Đối với mạng máy tính, việc đảm bảo chocác máy chủ hoạt động đồng bộ và hiệu quả là việc rất quan trọng. Load balancing là một tính năng giúp thực hiện việc đó. Vậy load balancing là gì? Hãy cùng mình tìm hiểu ngay trong bài viết này!
Load Balancing là gì?
Load Balancing (cân bằng tải) là một kỹ thuật bảo đảm máy chủ không bị quá tải bởi lượng truy cập. Với các biện pháp Load Balancing thì khối lượng công việc và truy cập của người dùng sẽ được phân chia đều trên các máy chủ. Việc này cung cấp khả năng chịu lỗi cao, đảm bảo tính sẵn sàng phục vụ của hệ thống. Trong giai đoạn đầu của thời đại công nghệ số, một máy chủ duy nhất khó có thể xử lý lưu lượng truy cập lớn. Các truy cập đồng thời với khối lượng lớn sẽ khiến cho máy chủ bị quá tải dẫn đến sự cần thiết của việc cân bằng tải – load balancing.
Cách thức hoạt động của Load Balancing
Thông thường, một quá trình load balancing cơ bản sẽ trải qua các bước như sau:
Website tiếp nhận lượng truy cập
Đầu tiên, website của bạn sẽ nhận một lượng lớn yêu cầu từ khách truy cập. Các yêu cầu này có thể cùng lúc đi đến máy chủ thông qua mạng internet.
Lưu lượng được phân phối trên các tài nguyên máy chủ
Sau khi tiếp nhận, phần cứng hoặc phần mềm load balancing xử lý từng yêu cầu, sau đó điều hướng nó đến các máy chủ thích hợp.
Mỗi máy chủ tiếp nhận và xử lý một khối lượng phù hợp
Sau khi máy chủ nhận được yêu cầu, sẽ có thể tiếp nhận yêu cầu hoặc gửi hoặc gửi phản hồi lại với load balancer trong trường hợp không thể tiếp nhận thêm yêu cầu. Việc này giúp tránh sự quá tải ở các nút.
Máy chủ trả về yêu cầu cho người dùng
Quá trình này sẽ được hoàn tất theo thứ tự ngược lại, máy chủ gửi phản hồi lại cho người dùng. Các bước trên chỉ có thể hoàn thành nếu có hệ thống có nhiều tài nguyên như: nhiều máy chủ, mạng hoặc máy chủ ảo. Mặt khác, nếu chỉ có một máy chủ, tất cả yêu cầu sẽ bị đẩy vào để một máy chủ duy nhất xử lý. Khi đó việc cân bằng tải không còn cần thiết nữa.
Lợi ích của Load Balancing là gì?
Một bộ cân bằng tải có thể hoạt động như một “cảnh sát giao thông” hay một tấm lọc các lưu lượng truyền qua mạng. Load Balancing ngăn chặn việc quá tải ở các máy chủ. Do đó, mỗi máy chủ đều có thể hoạt động hiệu quả. Gần đây, load balancing đã trở thành tính năng của một loại công nghệ có quy mô rộng lớn – ADC (Application Delivery Controllers), tạm dịch “Bộ điều khiển phân phối ứng dụng.” ADC cung cấp cho máy chủ nhiều tính năng cân bằng tải nâng cao. Từ đó đảm bảo cân bằng khối lượng công việc, tăng chất lượng phục vụ của ứng dụng, web.
Ngoài việc ngăn chặn các tài nguyên bị quá tải, load balancing còn hiệu quả cho việc bảo mật, đảm bảo năng suất. ADC thường được sử dụng như một công cụ, điểm kiểm soát bảo mật, giúp ngăn chặn các mối đe dọa. Trong đó gồm cả việc ngăn chặn Tấn công từ chối dịch vụ DDos (Denial of service attack – DOS attack).
So sánh Load Balancer ở phần cứng và phần mềm
Việc cân bằng tải có thể được thực hiện ở cả phần cứng lẫn phần mềm. Tất nhiên, mỗi cách đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Bảng so sánh sau sẽ cung cấp sơ lược đặc điểm chung của việc cân bằng tải ở phần cứng và phần mềm. Từ đó giúp người dùng có thể lựa chọn phương thức phù hợp với nhu cầu của mình.
| Phần cứng | Phần mềm | |
| Hiệu năng | Cao hơn | Thấp hơn |
| Tính linh hoạt | Kém linh hoạt | Linh hoạt hơn |
| Khả năng ảo hóa | Tích hợp sẵn | Không tích hợp sẵn |
| Kiến trúc | Nhiều dung lượng vật lý | Dung lượng vật lý thấp |
| Giá thành | Cao, đặc biệt là chi phí bảo trì | Tương đối thấp |
| Khả năng cấu hình | Thấp | Cao |
Bảng so sánh load balancer dùng phần cứng và phần mềm
Phân loại cân bằng tải
Có nhiều cách cấu hình cân bằng tải, tùy thuộc vào các tính năng đặc thù, gồm các loại như sau:
Server Load Balancing
Với Server Load Balancing, mục tiêu là phân chia khối lượng công việc ra nhiều máy chủ dựa theo năng lực và tính khả dụng của chúng. Server Load Balancing dựa vào những thông tin thuộc tầng Application để có thể thực hiện điều hướng truy cập. Server Load Balancing còn được biết đến như là Layer 7 Load Balancing vì sử dụng thông tin của tầng ứng dụng.
Network Load Balancing
Network Load Balancing sẽ phân chia lưu lượng truy cập giữa những địa chỉ IP, switch và router sử dụng thiết bị một cách hiệu quả và gia tăng tính ổn định. Các cấu hình này được thực hiện tại tầng Transport, chính vì thế Network Load Balancing còn được gọi là Layer 4 Load Balancing.
Global Server Load Balancing (GSLB)
Trong Global Server Load Balancing, một trung tâm điều hành sẽ xử lý việc cân bằng tải giữa khắp nơi trên toàn thế giới thông qua một loạt những thiết bị cân bằng tải Layer 4 và Layer 7. Trong việc triển khai GSLB, thường sẽ có các thiết bị ADC ở cấp độ toàn cầu lẫn cục bộ, nơi phân phối lưu lượng truy cập.
Container Load Balancing
Container Load Balancing cung cấp những phiên bản ảo hóa, hoàn toàn riêng biệt. Phổ biến nhất hiện nay chính là hệ thống Kubernetes orchestration. Hệ thống này có khả năng phân chia load giữa các container pods với nhau, giúp nâng cao tính sẵn sàng.
Cloud Load Balancing
Trong hạ tầng Cloud, có tương đối nhiều lựa chọn cho việc cân bằng tải. Cloud Load Balancing bao gồm cả Network Load Balancing (Layer-4) và Application Load Balancing (Layer-7).
Các thuật toán load balancing
Tùy thuộc vào các cấu hình cân bằng tải đang được sử dụng, có nhiều thuật toán giúp phân chia tải:
Round Robin
Một tập hợp các IP của máy chủ hoặc thiết bị mạng được cung cấp, sau đó, lưu lượng truy cập được chuyển hướng đến các tài nguyên theo thứ tự được liệt kê sẵn.
Weighted Round Robin
Mỗi máy tính hoặc tài nguyên mạng trong danh sách được cung cấp một điểm trọng số. Trong đó, máy có trọng số cao nhất sẽ nhận được lưu lượng truy cập lớn nhất.
Least Connection
Trong phương pháp này, tài nguyên có số lượng kết nối ít nhất sẽ được lựa chọn để tiếp nhận các yêu cầu mới.
Weighted Response Time
Thông tin về thời gian phản hồi của máy chủ được sử dụng để định hướng lưu lượng truy cập. Trong đó, máy chủ có thời gian phản hồi chậm nhất sẽ nhận lưu lượng thấp nhất.
Source IP Hash
Với phương pháp này, địa chỉ IP của máy khách được tính tới bằng một thuật toán mã hóa. Việc này giúp cho máy khách duy trì kết nối với cùng một máy chủ giữa các lần truy cập.
Câu hỏi thường gặp
Chi phí triển khai giải pháp load balancing như thế nào?
Chi phí triển khai giải pháp cân bằng tải (load balancing) phụ thuộc vào:
1. Loại giải pháp:
– Phần cứng: Chi phí cao hơn, hiệu suất và độ tin cậy cao hơn.
– Phần mềm: Chi phí thấp hơn, hiệu suất có thể bị ảnh hưởng bởi phần cứng.
2. Quy mô triển khai: Số lượng máy chủ, lượng truy cập, tính năng cần thiết.
3. Nhà cung cấp: Mức giá và chất lượng dịch vụ.
4. Yêu cầu tùy chỉnh: Cấu hình, tích hợp, hỗ trợ chuyên biệt.
5. Chi phí ước tính:
6. Phần cứng: Thiết bị: Vài triệu – vài trăm triệu đồng. Dịch vụ: Vài triệu – vài chục triệu đồng.
7. Phần mềm: Giấy phép: Vài trăm nghìn – vài triệu đồng/máy chủ. Dịch vụ: Vài triệu – vài chục triệu đồng.
Kỹ năng nào cần thiết để trở thành chuyên gia cấu hình và quản trị load balancing?
Một số yếu tố cần thiết để làm tốt công việc load balancing bao gồm:
1. Kiến thức nền tảng:
– Mạng máy tính
– Hệ điều hành (Linux, Windows Server)
– Cơ sở dữ liệu (SQL)
– Bảo mật mạng
2. Kỹ năng chuyên môn:
– Cấu hình, quản trị load balancing (HAProxy, Nginx, F5 BIG-IP, Cisco ADC)
– Thuật toán cân bằng tải (Round Robin, Least Connection, Weighted Round Robin, IP Hashing)
– Phân tích, giải quyết vấn đề hiệu suất hệ thống
– Giao tiếp, làm việc nhóm
3. Kỹ năng bổ trợ:
– Lập trình (tự động hóa tác vụ quản trị)
– Cloud computing (AWS Elastic Load Balancing, Azure Load Balancer, Google Cloud Load Balancing)
– Chứng chỉ chuyên môn (Certified Load Balancing Professional – CLBP)
4. Phẩm chất:
– Niềm đam mê công nghệ mạng
– Thái độ cầu tiến
– Khả năng thích nghi.
Lời kết
Mình vừa chia sẻ về 5 loại Load Balancing và các ứng dụng, hy vọng qua bài viết này bạn có thể nắm rõ được cách thức hoạt động cũng như lợi ích mà Load Balancing mang lại. Cảm ơn các bạn đã dành thời gian đọc bài viết này!
