Cân bằng tải là gì? Có bao nhiêu loại cân bằng tải?

Cân bằng tải là gì? Cân bằng tải đề cập đến quá trình phân phối công việc trên các thiết bị mạng hoặc máy chủ để tối ưu hóa hiệu suất và đảm bảo sự ổn định của hệ thống. Bằng cách phân chia công việc đều đặn và phân phối trên nhiều nguồn tài nguyên, cân bằng tải giúp tránh quá tải và tối ưu hóa sử dụng tài nguyên mạng, đồng thời cải thiện độ tin cậy và khả năng chịu lỗi của hệ thống.

Cân bằng tải là gì?

Cân bằng tải là quá trình phân phối công việc và lưu lượng truy cập một cách hiệu quả đến các máy chủ trong một nhóm, nhằm đảm bảo rằng không có máy chủ nào bị quá tải trong khi các máy chủ khác đang hoạt động dưới công suất tối đa. Đây là một phương pháp quan trọng để nâng cao hiệu suất và đáng tin cậy của hệ thống.

Khi một trang web hoặc ứng dụng trực tuyến nhận được nhiều yêu cầu từ người dùng, bộ cân bằng tải sẽ định tuyến các yêu cầu đó đến các máy chủ trong nhóm dựa trên tình trạng hoạt động và khả năng đáp ứng. Nếu một máy chủ quá tải hoặc gặp sự cố, lưu lượng truy cập sẽ tự động được chuyển hướng đến các máy chủ khác để đảm bảo tính ổn định và hiệu suất của hệ thống.

Cân bằng tải giúp tối ưu hóa sử dụng tài nguyên máy chủ, tránh quá tải và giảm thiểu thời gian đáp ứng. Nó cũng cho phép việc mở rộng hệ thống mạng một cách linh hoạt và đáng tin cậy bằng cách thêm các máy chủ mới vào nhóm. Bằng cách sử dụng cân bằng tải, các trang web và ứng dụng có thể xử lý đồng thời hàng ngàn yêu cầu từ người dùng một cách nhanh chóng và hiệu quả.

Xem thêm bài viết cùng chủ đề: Máy chủ (Server) là gì? Tìm hiểu chi tiết các thông tin về máy chủ.

Cân bằng tải thực hiện chức năng gì?

Phân phối yêu cầu

Cân bằng tải giúp phân phối các yêu cầu từ khách hàng hoặc tải mạng đến các máy chủ trong một nhóm một cách hiệu quả. Bằng cách định tuyến yêu cầu đến các máy chủ khả dụng, nó đảm bảo rằng công việc được phân phối đều và không có máy chủ nào bị quá tải.

Tăng tính sẵn sàng và độ tin cậy

Bằng cách chỉ gửi yêu cầu đến các máy chủ đang hoạt động và có khả năng đáp ứng, cân bằng tải giúp đảm bảo tính sẵn sàng và độ tin cậy cao của hệ thống. Nếu một máy chủ gặp sự cố hoặc tạm ngừng hoạt động, các yêu cầu sẽ tự động được chuyển hướng đến các máy chủ khác, giúp duy trì hoạt động liên tục của dịch vụ.

Linh hoạt trong mở rộng

Cân bằng tải cung cấp sự linh hoạt cho việc thêm hoặc giảm số lượng máy chủ trong nhóm theo nhu cầu. Khi một máy chủ mới được thêm vào, cân bằng tải sẽ tự động bắt đầu gửi yêu cầu đến máy chủ mới này, giúp phân phối công việc một cách hiệu quả. Tương tự, khi máy chủ bị loại bỏ hoặc tạm ngừng sử dụng, các yêu cầu sẽ không được gửi đến máy chủ đó, đảm bảo tài nguyên được sử dụng một cách hiệu quả.

Thuật toán của cân bằng tải là gì?

Các thuật toán cân bằng tải mang lại các lợi ích khác nhau và việc lựa chọn phương pháp phụ thuộc vào nhu cầu của bạn:

Round Robin

Các yêu cầu được phân phối tuần tự trên nhóm máy chủ. Mỗi yêu cầu sẽ được gửi đến máy chủ tiếp theo trong chuỗi theo thứ tự.

Ít kết nối nhất

Một yêu cầu mới sẽ được gửi đến máy chủ có ít kết nối hiện tại nhất đến máy khách. Thuật toán này tính đến khả năng tính toán của từng máy chủ để xác định máy chủ nào có ít kết nối nhất.

Ít thời gian nhất

Yêu cầu được gửi đến máy chủ được chọn dựa trên việc kết hợp thời gian phản hồi nhanh nhất và ít kết nối hoạt động nhất. Phương pháp này đặc biệt dành riêng cho NGINX Plus.

Hash

Yêu cầu được phân phối dựa trên khóa mà bạn xác định, chẳng hạn như địa chỉ IP của máy khách hoặc URL của yêu cầu. NGINX Plus có thể áp dụng hàm băm nhất quán để giảm thiểu sự phân phối lại tải nếu tập hợp các máy chủ thay đổi.

IP Hash

Địa chỉ IP của máy khách được sử dụng để xác định máy chủ nào sẽ nhận yêu cầu. Thuật toán này dựa trên IP của máy khách để phân phối tải.

Ngẫu nhiên với hai lựa chọn

Hệ thống chọn ngẫu nhiên hai máy chủ và gửi yêu cầu đến máy chủ được chọn bằng cách áp dụng thuật toán Kết nối tối thiểu (hoặc thuật toán Thời gian tối thiểu cho NGINX Plus, nếu được cấu hình như vậy).

Lợi ích khi sử dụng cân bằng tải trong hệ thống mạng 

Giảm thời gian gián đoạn mạng

Cân bằng tải đảm bảo rằng lưu lượng mạng được phân phối đều trên các máy chủ, giúp tránh tình trạng máy chủ bị quá tải và làm giảm thời gian gián đoạn của hệ thống. Điều này đồng nghĩa với việc tăng khả năng phục vụ yêu cầu và cải thiện trải nghiệm người dùng.

Khả năng mở rộng

Bằng cách sử dụng cân bằng tải, bạn có thể mở rộng hệ thống mạng của mình bằng cách thêm các máy chủ mới vào nhóm mà không gây gián đoạn đến hoạt động của hệ thống. Cân bằng tải giúp phân phối công việc hiệu quả trên các máy chủ, tận dụng tối đa tài nguyên và khả năng mở rộng của mạng.

Có thể bạn quan tâm: SD-WAN là gì? Nguyên lý hoạt động của SD-WAN.

Dự phòng

Cân bằng tải cung cấp tính sẵn sàng và độ tin cậy cao. Nếu một máy chủ gặp sự cố, lưu lượng truy cập sẽ được tự động chuyển hướng đến các máy chủ khác trong nhóm. Điều này giúp đảm bảo rằng dịch vụ vẫn hoạt động một cách liên tục và giảm thiểu thời gian chết của hệ thống.

Uyển chuyển

Cân bằng tải giúp phân phối công việc đồng đều và tự động trên các máy chủ. Điều này giúp tăng hiệu quả sử dụng tài nguyên mạng và giảm tải công việc trên các máy chủ cụ thể. Kết quả là, hệ thống hoạt động một cách ổn định và hiệu suất cao hơn.

Hiệu quả

Cân bằng tải giúp tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên mạng, từ đó cải thiện hiệu suất và đáp ứng nhanh chóng yêu cầu từ người dùng. Các yêu cầu được phân phối đều trên các máy chủ, giúp tránh tình trạng quá tải và đảm bảo rằng tất cả các máy chủ hoạt động ở mức tải lý tưởng.

Phân biệt cân bằng tải phần cứng và phần mềm 

Người dùng cần phân biệt cân bằng tải phần cứng và cân bằng tải phần mềm là hai loại cân bằng tải khác nhau:

Cân bằng tải phần cứng

Đây là giải pháp cân bằng tải dựa trên phần cứng, trong đó nhà cung cấp cung cấp bộ cân bằng tải tích hợp vào các thiết bị của họ, thường sử dụng bộ xử lý chuyên dụng. Để đáp ứng lưu lượng truy cập tăng đáng kể, bạn cần mua thêm hoặc nâng cấp các thiết bị từ nhà cung cấp. Giải pháp cân bằng tải phần cứng có thể hỗ trợ khối lượng lớn yêu cầu và có tính sẵn sàng cao, nhưng thường đòi hỏi đầu tư cao và ít linh hoạt hơn trong việc thay đổi và mở rộng hệ thống.

Cân bằng tải phần mềm

Đây là giải pháp cân bằng tải dựa trên phần mềm, thường chạy trên phần cứng thông thường và có tính tương thích rộng hơn. Bạn có thể cài đặt phần mềm cân bằng tải trên các thiết bị phần cứng mà bạn chọn hoặc sử dụng môi trường đám mây như AWS EC2. Giải pháp cân bằng tải phần mềm linh hoạt hơn trong việc thay đổi và mở rộng hệ thống, và thường ít tốn kém hơn so với cân bằng tải phần cứng. Tuy nhiên, nó có thể hạn chế về khả năng xử lý khối lượng lớn yêu cầu và độ tin cậy so với giải pháp phần cứng.

Tùy thuộc vào yêu cầu và tài nguyên của bạn, bạn có thể lựa chọn giữa cân bằng tải phần cứng và cân bằng tải phần mềm để tối ưu hóa hoạt động của hệ thống mạng của mình.

>>> Xem thêm bài viết của chúng tôi: USB Wifi là gì? Các dòng USB Wifi thông dụng hiện nay.

Có bao nhiêu loại cân bằng tải?

Cân bằng tải ứng dụng

Trình cân bằng tải ứng dụng kiểm tra các yếu tố trong yêu cầu của máy khách, như tiêu đề HTTP hoặc ID phiên SSL, để chuyển hướng lưu lượng truy cập đến các máy chủ chứa nội dung tương ứng. Ví dụ, một trang web thương mại điện tử có thể chuyển yêu cầu duyệt sản phẩm đến các máy chủ chứa hình ảnh và video, trong khi yêu cầu giỏ hàng được gửi đến máy chủ có thể duy trì kết nối máy khách và lưu trữ dữ liệu giỏ hàng.

Cân bằng tải mạng

Cân bằng tải mạng sử dụng thông tin về địa chỉ IP và mạng để chuyển hướng lưu lượng truy cập. Chúng theo dõi nguồn lưu lượng truy cập ứng dụng và ánh xạ các địa chỉ IP tới máy chủ. Cân bằng tải mạng sử dụng các thuật toán cân bằng tải tĩnh và động để phân phối lưu lượng truy cập giữa các máy chủ.

Cân bằng tải máy chủ toàn cầu

Cân bằng tải máy chủ toàn cầu xảy ra khi lưu lượng truy cập được phân phối trên nhiều máy chủ phân tán ở các vị trí địa lý khác nhau. Trong trường hợp này, các bộ cân bằng tải cục bộ quản lý lưu lượng truy cập trong một khu vực hoặc vùng địa lý. Mục tiêu là chuyển hướng lưu lượng truy cập đến máy chủ gần máy khách với vị trí địa lý gần nhất. Tuy nhiên, các máy chủ nằm ngoài vùng địa lý của máy khách chỉ được sử dụng khi máy chủ trong vùng gặp sự cố.

Cân bằng tải DNS

Cân bằng tải DNS liên quan đến cấu hình miền để chuyển hướng lưu lượng truy cập mạng. Bằng cách chỉnh sửa thông tin DNS của miền, yêu cầu mạng có thể được định tuyến đến các tài nguyên trong miền. Cân bằng tải DNS hữu ích để duy trì tính sẵn sàng của ứng dụng. 

Cân bằng tải DNS còn hỗ trợ trong việc cân bằng lưu lượng truy cập mạng trên một vùng tài nguyên được phân phối toàn cầu. Điều này cho phép các yêu cầu mạng được chuyển hướng tới các máy chủ gần nhất vị trí địa lý của người dùng, giúp cải thiện hiệu suất và giảm thời gian đáp ứng. Ví dụ, một công ty có thể sở hữu các máy chủ ở nhiều trung tâm dữ liệu và sử dụng cân bằng tải DNS để định tuyến yêu cầu từ người dùng đến máy chủ gần nhất địa lý.

Tạm kết 

Trong tương lai, với sự phát triển của công nghệ và sự gia tăng của lưu lượng truy cập, cân bằng tải sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng và trở thành một phần không thể thiếu của hệ thống mạng hiện đại. Bằng cách áp dụng các phương pháp cân bằng tải phù hợp và tiên phong trong việc nâng cao hiệu suất và khả năng mở rộng, chúng ta có thể đảm bảo trải nghiệm người dùng tốt nhất và đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về kết nối và truy cập thông tin.