Load Balancing là gì? Lợi ích và phân loại Load Balancing

Load Balancing là một kỹ thuật quản lý mạng thiết yếu, cho phép phân phối đồng đều lưu lượng truy cập hoặc tác vụ đến nhiều máy chủ hoặc tài nguyên trong hệ thống giúp đảm bảo hoạt động ổn định, tối ưu hiệu suất và ngăn chặn tình trạng quá tải trên một máy chủ duy nhất. Trong bài viết này mình sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về Load Balancing, từ cách hoạt động, lợi ích nổi bật đến phân loại và một số thuật toán phổ biến.

Những điểm chính

1. Khái niệm: Biết được Load Balancing là kỹ thuật phân phối đồng đều lưu lượng truy cập hoặc tác vụ đến nhiều máy chủ.
2. Cách thức hoạt động: Nắm được quy trình hoạt động gồm 4 bước của Load Balancing.
3. Lợi ích của Load Balancing: Nhìn thấy những lợi ích của Load Balancing trong quản trị hệ thống và tối ưu trải nghiệm cho người dùng.
4. Các loại Load Balancer: Biết được các loại Load Balancer như L4, L7, GSLB.
5. Các loại giao thức Load Balancers có thể xử lý: Biết được Load Balancers có thể xử lý các giao thức như HTTP/HTTPS, TCP/UDP.
6. So sánh Load Balancer phần cứng và phần mềm: Nắm được điểm giống và khác nhau giữa Load Balancer phần cứng và phần mềm.
7. Một số thuật toán cân bằng tải phổ biến: Nắm được một số thuật ngữ liên quan đến Load Balancing.
8. Biết đến Vietnix là nhà cung cấp nền tảng máy chủ lý tưởng cho giải pháp Load Balancing.
9. Câu hỏi thường gặp: Giải đáp các thắc mắc liên quan đến Load Balancing.

Load Balancing là gì?

Load Balancing là kỹ thuật phân phối đồng đều lưu lượng truy cập hoặc tác vụ đến nhiều máy chủ hoặc tài nguyên trong hệ thống nhằm đảm bảo hoạt động ổn định, tối ưu hiệu suất và tránh tình trạng quá tải trên một máy chủ duy nhất. Nhờ áp dụng Load Balancing, các dịch vụ và ứng dụng web có thể phục vụ số lượng lớn người dùng một cách mượt mà, giảm nguy cơ ngừng hoạt động khi có lượng truy cập tăng đột biến hoặc một máy chủ gặp sự cố.

Load Balancing đóng vai trò quan trọng trong hệ thống công nghệ thông tin hiện đại, đặc biệt đối với các website, dịch vụ cloud và ứng dụng quy mô lớn. Khi có nhiều máy chủ cùng vận hành, Load Balancer sẽ ghi nhận các yêu cầu từ phía người dùng và đưa ra quyết định phân phối đến máy chủ phù hợp, dựa vào thuật toán xác định như Round Robin, Least Connection hoặc IP Hash. Từ đó, khả năng đáp ứng của hệ thống được nâng cao, mức độ bảo mật cũng được cải thiện và dịch vụ luôn duy trì tính sẵn sàng cao.

Cách thức hoạt động của Load Balancing

Quy trình hoạt động của Load Balancing trải qua 4 bước gồm:

• Website tiếp nhận lượng truy cập từ người dùng: Khi người dùng truy cập vào website, hệ thống phải tiếp nhận đồng thời một lượng lớn các yêu cầu truy vấn, bao gồm các hoạt động như tải trang web, hình ảnh, video hoặc yêu cầu dữ liệu ứng dụng. Trong môi trường hiện đại, lưu lượng này có thể rất lớn và phát sinh liên tục, đặt ra áp lực xử lý đáng kể cho hệ thống máy chủ.
• Load balancer xử lý và phân phối yêu cầu đến nhiều máy chủ: Tất cả các request được hệ thống load balancer tiếp nhận, phân tích và điều hướng đến các máy chủ phù hợp trong nhóm tài nguyên. Bộ cân bằng tải sẽ lựa chọn máy chủ dựa trên trạng thái hoạt động hiện tại nhằm đảm bảo không máy chủ nào bị quá tải, từ đó nâng cao tốc độ xử lý và tối ưu hiệu suất cho toàn hệ thống web/app.
• Máy chủ tiếp nhận, xử lý và gửi phản hồi hoặc chuyển yêu cầu lại cho load balancer: Sau khi nhận được yêu cầu, mỗi máy chủ thực hiện các tác vụ xử lý, truy xuất dữ liệu hoặc thực hiện chức năng mà người dùng mong muốn. Nếu máy chủ không thể tiếp nhận thêm yêu cầu do quá tải, nó sẽ phản hồi cho load balancer để bộ cân bằng tải tiếp tục phân phối các yêu cầu mới đến các nút máy chủ còn lại.
• Máy chủ gửi phản hồi trở lại người dùng: Khi quá trình xử lý được hoàn tất, các máy chủ sẽ gửi kết quả hoặc dữ liệu phản hồi về cho load balancer, từ đó chuyển tiếp đáp án cuối cùng đến người dùng truy cập. Quá trình này giúp đảm bảo tất cả lưu lượng truy cập được xử lý đồng đều, không gây nghẽn hay ngừng hoạt động cho website, kể cả trong các thời điểm cao điểm truy cập.

Lợi ích của Load Balancing

Load Balancing mang lại nhiều lợi ích vượt trội trong quản trị hệ thống và tối ưu trải nghiệm cho người dùng truy cập website hoặc dịch vụ trực tuyến:

• Đảm bảo tính sẵn sàng và tăng uptime cho hệ thống: Khi một máy chủ gặp sự cố hoặc offline, Load Balancer sẽ tự động điều hướng lưu lượng truy cập sang các máy chủ còn lại đang hoạt động. Việc này giúp hệ thống luôn duy trì sự ổn định, đảm bảo tiêu chí sẵn sàng liên tục với uptime có thể đạt tới 99.99%. Với các dịch vụ được cung cấp bởi Vietnix, bạn sẽ luôn được đảm bảo cam kết uptime ở mức 99.9%.
• Tăng khả năng mở rộng linh hoạt: Doanh nghiệp có thể bổ sung thêm nhiều máy chủ mới vào hệ thống mà không cần dừng hoạt động dịch vụ. Lưu lượng truy cập sẽ được phân phối đều, giúp website dễ dàng đáp ứng nhu cầu tăng trưởng truy cập vào các thời điểm cao điểm hay khi tăng quy mô hoạt động.
• Nâng cao hiệu quả xử lý và tốc độ truy cập: Việc kết hợp sức mạnh của nhiều máy chủ trong cùng hệ thống giúp tối đa hóa khả năng chịu tải, cải thiện thời gian phản hồi và mang lại trải nghiệm mượt mà cho khách truy cập. Mọi request được phân phối hợp lý nên không máy chủ nào bị quá tải, tránh tình trạng mạng nghẽn hoặc chậm.
• Giảm thời gian chết, duy trì dịch vụ liên tục: Load Balancing cho phép các đơn vị tổ chức bảo trì, nâng cấp máy chủ mà vẫn đảm bảo dịch vụ không bị gián đoạn. Khi một máy chủ cần bảo trì, lưu lượng truy cập sẽ được chuyển sang máy chủ khác trong hệ thống.
• Nâng cao bảo mật hệ thống: Người dùng khi kết nối chỉ tiếp xúc với Load Balancer, không truy cập trực tiếp vào backend, giúp hạn chế các nguy cơ tấn công hoặc truy cập trái phép vào tài nguyên. Load Balancer còn có thể bổ sung thêm tính năng bảo mật như chống DDoS, giảm tải mã hóa, bảo vệ toàn diện cho các ứng dụng và dữ liệu của doanh nghiệp. Để tăng cường hơn nữa khả năng bảo mật, đảm bảo hệ thống ổn định và chống tấn công một cách chuyên sâu, bạn có thể trang bị thêm dịch vụ Firewall Anti DDoS độc quyền của Vietnix.
• Dự đoán và quản lý lỗi hiệu quả: Hệ thống có thể tự động phát hiện sớm các lỗi, tắc nghẽn hoặc sự cố trong mạng lưới máy chủ và thực hiện chuyển hướng hoặc phân phối lại lưu lượng truy cập đến các tài nguyên khác mà không ảnh hưởng tới quá trình sử dụng dịch vụ.

Load Balancer L4 (Layer 4)

Load balancer L4 hoạt động tại tầng truyền tải trong mô hình OSI, chủ yếu dựa vào thông tin địa chỉ IP và port (TCP/UDP) để phân phối lưu lượng truy cập tới các máy chủ trong hệ thống. Loại này không phân tích nội dung của gói tin, mà chỉ xử lý yêu cầu về mặt kết nối, giúp tối ưu tốc độ phân phối và giảm độ trễ. L4 phù hợp cho các dịch vụ yêu cầu tốc độ xử lý cao mà không cần kiểm tra nội dung chi tiết như truyền tải file, ứng dụng đơn giản.

Load Balancer L7 (Layer 7)

Load balancer L7 hoạt động ở tầng ứng dụng (Application Layer), phân phối lưu lượng dựa trên nội dung HTTP/HTTPS hoặc các thông tin ở mức ứng dụng như URL, cookie, header, host,…. Loại này có khả năng phân tích sâu nội dung mỗi request, hỗ trợ các kỹ thuật như cân bằng qua đường dẫn URL hoặc chuyển hướng theo loại tài nguyên truy cập. L7 giúp tối ưu việc chia tải cho các ứng dụng web động, cho phép kiểm soát chi tiết quá trình định tuyến và nâng cao bảo mật hệ thống.

GSLB (Global Server Load Balancer)

GSLB là giải pháp cân bằng tải ở cấp độ toàn cầu, giúp phân phối truy cập từ người dùng đến các máy chủ đặt tại các vị trí địa lý khác nhau trên thế giới. GSLB dựa vào các thuật toán phân tích như DNS, hiệu suất máy chủ, vị trí địa lý hoặc trạng thái hiện tại để định tuyến lưu lượng đến máy chủ gần nhất hoặc hiệu quả nhất. Nhờ GSLB, hệ thống web hoặc ứng dụng có thể duy trì hiệu suất truy cập cao, giảm độ trễ và đảm bảo trải nghiệm tốt nhất cho người dùng ở mọi khu vực.

Các loại giao thức load balancer có thể xử lý

Quản trị Load Balancer có thể tạo quy định chuyển tiếp để xử lý bốn loại giao thức chính:

• HTTP: Load Balancer thực hiện cân bằng tải theo chuẩn HTTP, điều hướng các yêu cầu dựa trên cơ chế HTTP. Lúc này, Load Balancer sẽ thêm các tiêu đề như X-Forwarded-For, X-Forwarded-Proto và X-Forwarded-Port, giúp các backend nhận biết chính xác thông tin yêu cầu ban đầu từ client.
• HTTPS: Tương tự HTTP nhưng bổ sung mã hóa dữ liệu. Việc xử lý mã hóa có thể được thực hiện theo hai cách: passthrough SSL duy trì đường truyền dữ liệu được mã hóa đến backend hoặc chấm dứt SSL tại Load Balancer, khi đó giải mã diễn ra ở Load Balancer trước khi gửi lưu lượng dữ liệu không mã hóa đến backend.
• TCP: Được sử dụng cho các ứng dụng không chạy trên HTTP hoặc HTTPS, ví dụ như cân bằng tải cho các đóng góp dữ liệu từ cụm cơ sở dữ liệu. Load Balancer điều phối lưu lượng TCP đến các máy chủ backend tương ứng.
• UDP: Một số Load Balancer hiện đại cũng đã hỗ trợ cân bằng tải cho các giao thức sử dụng UDP như DNS, syslogd, giúp cân bằng tải cho các dịch vụ mạng lõi này.

So sánh Load Balancer ở phần cứng và phần mềm

Load Balancer có thể được triển khai dưới dạng phần cứng hoặc phần mềm, mỗi loại đều có những ưu điểm và hạn chế riêng phù hợp với từng nhu cầu hệ thống. Load Balancer phần cứng thường mang lại hiệu suất cao và độ tin cậy tốt nhưng chi phí đầu tư và bảo trì lớn, đồng thời tính linh hoạt không cao. Ngược lại, Load Balancer phần mềm linh hoạt hơn, dễ dàng mở rộng, tùy biến và triển khai trên phần cứng phổ thông với chi phí thấp, nhưng hiệu suất có thể không bằng các thiết bị chuyên dụng.

Một số thuật toán cân bằng tải phổ biến

Một số thuật toán cân bằng tải dưới đây được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống phân tán để phân phối lưu lượng truy cập hợp lý giữa các máy chủ, tối ưu hiệu năng và độ ổn định của dịch vụ như:

• Round Robin: Là kỹ thuật vòng tròn đơn giản, lần lượt phân phối các yêu cầu đến các máy chủ theo thứ tự sắp xếp tuần tự, đảm bảo tải được chia đều cho tất cả server.
• Least Connection: Thuật toán chọn gửi yêu cầu đến server có số lượng kết nối đang hoạt động ít nhất, thích hợp với các hệ thống mà các yêu cầu có độ dài và phức tạp khác nhau.
• Least Response Time: Dựa trên thời gian phản hồi trung bình của mỗi server, yêu cầu được gửi tới server có khả năng xử lý nhanh nhất để cải thiện tốc độ phục vụ.
• Least Packets: Chọn server nhận được ít gói tin nhất trong một khoảng thời gian nhất định nhằm đảm bảo cân bằng tải chính xác hơn dựa trên lưu lượng dữ liệu.
• Hashing: Thuật toán phân phối yêu cầu dựa trên địa chỉ IP nguồn/đích, số port, URL hoặc tên miền của client, giúp kết nối từ một nguồn nhất định sẽ được giữ cố định đến một server backend cụ thể.
• Custom Load: Cho phép cân bằng tải dựa trên truy vấn tải thực tế của các server riêng lẻ thông qua giao thức SNMP, giúp đánh giá chính xác năng lực xử lý thực tế của từng máy chủ.
• Weighted Round Robin: Mỗi server được gán một trọng số, server có trọng số cao hơn sẽ nhận được nhiều lưu lượng truy cập hơn, phù hợp khi các máy chủ có khả năng xử lý không đồng đều.

Vietnix – Nền tảng máy chủ lý tưởng cho giải pháp Load Balancing

Để xây dựng một hệ thống với Load Balancing hiệu quả, đảm bảo tính sẵn sàng cao và khả năng mở rộng linh hoạt, việc lựa chọn những máy chủ mạnh mẽ và đáng tin cậy là điều kiện tiên quyết. Vietnix cung cấp dịch vụ thuê máy chủ uy tín, lý tưởng để làm nền tảng cho mọi giải pháp cân bằng tải. Với các tùy chọn cấu hình linh hoạt, Vietnix đảm bảo tài nguyên dồi dào, băng thông ổn định và đội ngũ kỹ thuật chuyên nghiệp 24/7. Chúng tôi sẽ hỗ trợ bạn có được hạ tầng vững chắc, cho phép triển khai Load Balancer một cách tối ưu, nâng cao hiệu suất và duy trì dịch vụ liên tục cho các website và ứng dụng của bạn. Liên hệ ngay!

Thông tin liên hệ:

• Website: https://vietnix.vn/
• Hotline: 1800 1093
• Email: sales@vietnix.com.vn
• Địa chỉ: 265 Hồng Lạc, Phường Bảy Hiền, Thành Phố Hồ Chí Minh

Load Balancing là một kỹ thuật mạng thiết yếu, đảm bảo sự ổn định, hiệu suất và tính sẵn sàng cao cho các ứng dụng và dịch vụ trực tuyến. Bằng cách phân phối lưu lượng truy cập đồng đều đến nhiều máy chủ, Load Balancing giúp ngăn chặn quá tải, tối ưu hóa tài nguyên và tăng cường bảo mật. Việc hiểu rõ cách thức hoạt động, các loại hình và các thuật toán cân bằng tải sẽ giúp doanh nghiệp triển khai một hạ tầng mạnh mẽ, đáp ứng mọi yêu cầu về hiệu suất và tính liên tục trong kỷ nguyên số.