Cân bằng tải là gì?

Cân bằng tải (Load Balancing) là kỹ thuật phân phối lưu lượng truy cập mạng trên nhiều máy chủ. Kỹ thuật này cho phép các tổ chức mở rộng quy mô theo chiều ngang, nhằm đáp ứng công việc có lưu lượng truy cập cao. Cân bằng tải định tuyến (lựa chọn đường dẫn) cho các yêu cầu của máy khách đến các máy chủ có sẵn, trải đều khối lượng công việc và cải thiện khả năng phản hồi của ứng dụng, qua đó tăng tính khả dụng của website.

Cân bằng tải hỗ trợ cho lớp 4 - lớp 7 trong mô hình Kết nối các hệ thống mở (OSI) bảy lớp. Khả năng của cân bằng tải là:

• L4: Bộ cân bằng tải lớp 4 phân phối lưu lượng dựa trên dữ liệu vận chuyển, như địa chỉ IP và cổng TCP.
• L7: Các thiết bị cân bằng tải lớp 7 đưa ra quyết định định tuyến dựa trên các đặc điểm cấp ứng dụng, gồm tiêu đề HTTP, mã định danh tài nguyên thống nhất, ID phiên SSL và dữ liệu biểu mẫu HTML.

Bộ cân bằng tải là gì?

Bộ cân bằng tải (Load balancer) là một thiết bị hoạt động như một proxy ngược và phân phối lưu lượng mạng trên một số máy chủ. Bộ cân bằng tải cải thiện hiệu suất tổng thể bằng cách giảm bớt gánh nặng cho các máy chủ, cũng như thực hiện các tác vụ đặc trưng khác.

Cân bằng tải hoạt động như thế nào?

Bộ cân bằng tải là cầu nối giữa máy chủ ứng dụng và người dùng trên internet. Sau khi bộ cân bằng tải nhận được yêu cầu, nó sẽ xác định máy chủ khả dụng và sau đó định tuyến yêu cầu đến máy chủ đó.

Bằng cách định tuyến các yêu cầu đến các máy chủ có sẵn hoặc máy chủ lưu lượng truy cập thấp hơn, cân bằng tải sẽ giảm áp lực cho các máy chủ đang bị quá tải và đảm bảo tính khả dụng cũng như độ tin cậy cao.

Bộ cân bằng tải tự động thêm máy chủ trong trường hợp nhu cầu cao và loại bỏ máy chủ trong trường hợp ngược lại. Với tính năng này, nó mang đến sự linh hoạt trong việc điều chỉnh theo nhu cầu.

Bên cạnh tăng hiệu suất, cân bằng tải cũng cung cấp khả năng chuyển đổi dự phòng. Nó chuyển hướng khối lượng công việc từ máy chủ lỗi sang máy chủ dự phòng, giúp giảm tác động tiêu cực đến người dùng cuối.

Tại sao cân bằng tải lại quan trọng?

Cân bằng tải là yếu tố cần thiết trong việc duy trì luồng thông tin giữa máy chủ và thiết bị người dùng (như máy tính, máy tính bảng, điện thoại thông minh).

Bộ cân bằng tải mang lại một số lợi ích sau:

• Cải thiện khả năng mở rộng : Bộ cân bằng tải có thể thay đổi quy mô cơ sở hạ tầng máy chủ theo yêu cầu mà không ảnh hưởng đến dịch vụ. Chẳng hạn với một trang web có lưu lượng truy cập tăng đột biến, nếu máy chủ web không thể quản lý luồng lưu lượng truy cập này, trang web có thể sập. Khi ấy, cân bằng tải sẽ giúp trang web trải đều lưu lượng bổ sung ra nhiều máy chủ và ngăn tình trạng lag, sập xảy ra.
• Cải thiện hiệu quả : Nhờ khả năng giảm lưu lượng trên mỗi máy chủ, lưu lượng mạng sẽ lưu thông tốt hơn và cải thiện thời gian phản hồi. Qua đó, người dùng truy cập website sẽ có trải nghiệm tốt hơn.
• Giảm thời gian website ngừng hoạt động : Cân bằng tải mang đến nhiều lợi ích cho các công ty toàn cầu và trải trên nhiều múi giờ, đặc biệt là trong quá trình bảo trì máy chủ. Ví dụ: Khi cần tắt máy chủ để bảo trì, các công ty có thể sử dụng các bộ cân bằng tải để định tuyến lưu lượng truy cập, để không làm gián đoạn dịch vụ hay website ngừng hoạt động.
• Phân tích dự đoán : Cân bằng tải còn có khả năng phát hiện lỗi sớm và giúp quản lý chúng mà không ảnh hưởng đến các tài nguyên khác. Chẳng hạn, bộ cân bằng tải có thể dự đoán tắc nghẽn lưu lượng từ trước khi chúng xảy ra.
• Quản lý sự cố hiệu quả : Trong trường hợp xảy ra lỗi, bộ cân bằng tải có thể tự động chuyển hướng lưu lượng truy cập đến các tài nguyên chức năng và các tùy chọn dự phòng. Nếu phát hiện lỗi trên tài nguyên mạng, chẳng hạn mail server, bộ cân bằng tải có thể phân phối lại tài nguyên cho các khu vực không bị ảnh hưởng khác để ngăn gián đoạn dịch vụ.
• Cải thiện bảo mật : Bộ cân bằng tải bổ sung một lớp bảo mật mà không yêu cầu thay đổi hay thêm tài nguyên. Khi thị trường đám mây nở rộ, bộ cân bằng tải được trang bị thêm các tính năng bảo mật. Điều này bảo vệ tổ chức khỏi DDoS* bằng cách chuyển lưu lượng tấn công từ server công ty sang đám mây công cộng (public cloud).

* DDoS, từ chối dịch vụ phân tán, là cuộc tấn công nhắm vào đánh sập máy tính hoặc server chắc chắn sẽ khiến chúng chắc chắn ngừng hoạt động, gây gián đoạn dịch vụ.

Bộ cân bằng tải phần cứng và Bộ cân bằng tải phần mềm: Đâu là sự khác biệt?

Bộ cân bằng tải phần cứng (Hardware load balancer) và Bộ cân bằng tải phần mềm (Software load balancer) là hai loại cơ bản của công nghệ cân bằng tải.

Chúng đều có các trường hợp sử dụng cụ thể và sự phân biệt rõ ràng. Bộ cân bằng tải phần cứng yêu cầu thiết bị rack-and-stack, trong khi bộ cân bằng tải phần mềm được cài đặt trên máy chủ x86 tiêu chuẩn, máy ảo (VM) hoặc đám mây. Hardware load balancer có kích thước phù hợp để xử lý tải lưu lượng cao nhất. Còn Software load balancer thường được dùng cho mức tiêu thụ băng thông.

Dưới đây là một số ưu điểm và nhược điểm của hai bộ cân bằng tải này:

Bộ cân bằng tải phần cứng

Ưu điểm

• Cung cấp thông lượng nhanh vì chạy trên bộ xử lý chuyên dụng.
• Cung cấp khả năng bảo mật tốt hơn vì được xử lý bởi tổ chức chứ không phải phải bên thứ ba.
• Đi kèm với chi phí mua cố định.

Nhược điểm

• Bộ cân bằng tải phần cứng yêu cầu thêm nhân lực lẫn chuyên môn để định cấu hình và lập trình chúng.
• Không thể mở rộng quy mô khi kết nối đạt đến giới hạn. Khi điều này xảy ra, các kết nối sẽ bị từ chối, ngắt hoặc chậm hơn và các tổ chức chỉ có thể mua và cài đặt thêm các máy bổ sung.
• Bộ cân bằng tải phần cứng đắt hơn vì chi phí mua và bảo trì cao hơn, cũng như có thể yêu cầu thuê thêm chuyên gia tư vấn để quản lý nó.

Bộ cân bằng tải phần mềm

• Cung cấp sự linh hoạt để điều chỉnh theo nhu cầu và yêu cầu thay đổi của mạng.
• Có thể mở rộng quy mô vượt quá khả năng ban đầu.
• Cung cấp cân bằng tải dựa trên đám mây. Ví dụ: một công ty có thể có bộ cân bằng tải chính tại cơ sở và bộ cân bằng tải dự phòng trên đám mây.

• Khi thay đổi quy mô vượt quá khả năng, bộ cân bằng tải phần mềm có thể gây ra thời gian chênh lệch (initial delay). Điều này cũng thường xảy ra khi phần mềm cân bằng tải đang được định cấu hình.
• Bên cạnh chi phí mua giống bộ cân bằng tải phần cứng, bộ cân bằng tải phần mềm có thể liên tục tốn thêm chi phí nâng cấp.

6 điều bạn nên biết trước khi chọn Bộ cân bằng tải

1. Xác định nhu cầu trước mắt và dài lâu

Đối với nhiều người, bộ cân bằng tải cần thiết cho tình trạng tắc nghẽn mạng - khi tốc độ tăng trưởng vượt quá khả năng của cơ sở hạ tầng. Tuy nhiên, lựa chọn bộ cân bằng tải chỉ dựa trên khả năng phân bổ lưu lượng truy cập trên cụm máy chủ của nó là không đủ. Bạn nên xem xét thêm vấn đề phân phối mạng như thế nào, mức độ chuyển đổi dự phòng yêu cầu, có cần mã hóa hay không, cũng như bảo mật cụm máy chủ ra sao…

2. Tính tải dự kiến

​​Trong nhiều trường hợp, tổ chức chọn cân bằng tải để đáp ứng mức tăng trưởng lưu lượng truy cập hiện tại của họ. Tuy nhiên, có nhiều tổ chức đầu tư quá mức cho phần cứng và dịch vụ không cần thiết. Một số lại đầu tư không đủ, khiến họ nhanh chóng phát triển vượt quá giải pháp đã chọn. Để tránh những sai lầm phổ biến như vậy, bạn nên xác định các yếu tố cơ bản đằng sau đợt tăng trưởng lưu lượng truy cập (như cao điểm theo mùa, dịch vụ mới, sáp nhập…) và lập kế hoạch phù hợp.

3. Tính khả dụng cao

Dù cân bằng tải có thể giúp giảm mức sử dụng máy chủ và tối đa hóa lưu lượng truy cập, nhưng bộ phận CNTT vẫn nên chú trọng đến tính kinh doanh liên tục (business continuity). Đây có thể hiểu là sự khác biệt giữa một doanh nghiệp hoạt động có lãi và một doanh nghiệp thất bại. Đặc biệt là các tổ chức trực tuyến, họ phải luôn ưu tiên tính khả dụng (High availability) khi chọn giải pháp cân bằng tải.

* High availability là server hoặc thiết bị luôn sẵn sàng để phục vụ người dùng, giảm tình trạng hệ thống bị gián đoạn.

4. Vấn đề bảo mật

Việc đưa tính năng cân bằng tải vào môi trường mạng có nghĩa là mạng sẽ xử lý nhiều lưu lượng truy cập hơn và nhiều máy chủ được sử dụng hơn trong trung tâm dữ liệu (data center). Điều này tương đương với việc hacker có nhiều mục tiêu để tấn công hơn. Do đó, bảo mật không thể thiếu trong chiến lược phát triển kinh doanh của bạn.

5. Hoàn vốn đầu tư

Tính ROI (tỷ lệ thu hồi vốn đầu tư) cho mọi phần cứng, phần mềm CNTT và dịch vụ phụ trợ, có vẻ là một bài toán phức tạp. Tuy nhiên, với bộ cân bằng tải, ROI chỉ đơn giản là phép tính giữa chi phí kinh doanh đã mất với chi phí mà giải pháp cân bằng tải mang lại. Ví dụ: thời gian ngừng hoạt động (downtime) có thể được dùng làm chỉ số để so sánh với chi phí triển khai cân bằng tải.

6. Tổng chi phí sở hữu (TCO)

Ước tính TCO chính xác sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình lập ngân sách. Tổ chức nên tính đến không chỉ chi phí triển khai ban đầu mà còn cả các chi phí duy trì.

Qua bài viết, hy vọng bạn đã biết Cân bằng tải là gì, cách nó nâng cao hiệu suất và bảo mật của máy chủ, cũng như cải thiện trải nghiệm người dùng.
.

Nguyễn Quỳnh Anh