Load Balancing là gì? Top 7 Lợi ích mà người dùng nên biết

Internet – vũ trụ thông tin rộng lớn, nơi hàng tỷ thiết bị kết nối và tương tác với nhau mỗi ngày. Đã bao giờ bạn truy cập một trang web và gặp phải tình trạng tải trang chậm chạp, hoặc thậm chí là lỗi kết nối? Đó có thể là do hệ thống máy chủ đang quá tải, không thể đáp ứng kịp thời lượng truy cập khổng lồ. Giải pháp cho vấn đề này chính là “Load Balancing”. Hãy cùng khám phá thế giới của Load Balancing là gì – chìa khóa cho một hệ thống mạng mạnh mẽ và mượt mà ngay dưới đây.

Load balancing là gì?

Vậy Load Balancing hay cân bằng tải là gì. Về cơ bản, cân bằng tải (load balancing) là một kỹ thuật được sử dụng để phân phối lưu lượng mạng trên một nhóm máy chủ. Mục đích của Load Balancing sẽ nhằm tối ưu hóa hiệu suất, độ tin cậy và dung lượng mạng, giảm độ trễ do nhu cầu phân bổ đều giữa nhiều máy chủ và tài nguyên điện toán.

Cân bằng tải sử dụng một thiết bị – vật lý hoặc ảo – để xác định trong thời gian thực máy chủ nào trong nhóm có thể đáp ứng tốt nhất yêu cầu của khách hàng nhất định, đồng thời đảm bảo lưu lượng truy cập mạng lớn không áp đảo quá mức một máy chủ.

Ngoài việc tối đa hóa dung lượng mạng và đảm bảo hiệu suất cao, cân bằng tải còn cung cấp khả năng chuyển đổi dự phòng. Nếu một máy chủ bị lỗi, bộ cân bằng tải sẽ ngay lập tức chuyển hướng khối lượng công việc của nó sang máy chủ dự phòng, nhờ đó giảm thiểu ảnh hưởng đến người dùng cuối.

Để dễ hiểu hơn, chúng ta cùng nhìn vào một ví dụ thực tế. Một hàng đợi thanh toán ở cửa hàng tạp hóa có tám làn thanh toán nhưng chỉ có một làn hoạt động. Người tiêu dùng phải mất một thời gian khá lâu mới hoàn tất việc thanh toán cho hàng tạp hóa của mình vì mọi người đều phải xếp hàng.

Nhưng nếu như cửa hàng mở tất cả 8 làn thanh toán, như vậy sẽ tiết kiệm được thời gian hơn, các vị khách sẽ không cần phải đợi lâu để đến lượt. Khách hàng trong trường hợp này phải chờ ít thời gian hơn khoảng tám lần (tùy thuộc vào các yếu tố như số lượng thực phẩm mà mỗi khách hàng mua).

Cách thức hoạt động của Load Balancing

Hãy tưởng tượng bạn đang điều khiển một dàn nhạc hùng tráng. Mỗi nhạc cụ, mỗi nghệ sĩ đều đóng vai trò quan trọng, tạo nên bản giao hưởng tuyệt vời. Tuy nhiên, nếu chỉ tập trung vào một vài nhạc cụ, âm thanh sẽ trở nên mất cân bằng, thiếu đi sự hòa quyện.

Tương tự như vậy, trong thế giới công nghệ, “dàn nhạc” của bạn là hệ thống máy chủ, nơi lưu trữ và xử lý dữ liệu cho website, ứng dụng hay bất kỳ dịch vụ nào khác. Khi lượng truy cập tăng cao, một vài máy chủ có thể bị quá tải, dẫn đến hiệu suất giảm sút, thậm chí là gián đoạn dịch vụ.

Đây là lúc Cân bằng tải (Load Balancing) xuất hiện, đóng vai trò nhạc trưởng tài ba, điều phối lưu lượng truy cập một cách thông minh, đảm bảo hệ thống hoạt động mượt mà và hiệu quả.

• Điểm hẹn: Khi người dùng truy cập hệ thống, bạn sẽ bắt gặp Load balancer trước tiên. Giống như nhạc trưởng, Load balancer sẽ lắng nghe yêu cầu của người dùng và quyết định “chuyển hướng” họ đến đâu.
• Lựa chọn thông minh: Load balancer sử dụng các thuật toán tinh vi để phân tích tình trạng của các máy chủ trong hệ thống. Nó sẽ cân nhắc nhiều yếu tố như tải trọng, thời gian phản hồi, vị trí địa lý của người dùng để lựa chọn điểm đến phù hợp nhất.
• Phân phối nhịp nhàng: Load balancer sẽ chia sẻ lưu lượng truy cập đều đặn cho các máy chủ, đảm bảo không có máy chủ nào bị quá tải. Nhờ vậy, hệ thống luôn hoạt động ổn định, tránh tình trạng nghẽn mạng hay gián đoạn dịch vụ.
• Sự linh hoạt: Load balancer có khả năng “nhận diện” các máy chủ gặp sự cố và tự động chuyển hướng lưu lượng truy cập sang các máy chủ khác. Nhờ vậy, hệ thống vẫn hoạt động bình thường ngay cả khi một vài máy chủ gặp vấn đề.

Kết quả ấn tượng:

• Hiệu suất vượt trội: Cân bằng tải giúp hệ thống xử lý yêu cầu nhanh chóng, giảm thời gian chờ đợi cho người dùng.
• Độ tin cậy cao: Hệ thống luôn hoạt động ổn định, giảm thiểu nguy cơ gián đoạn dịch vụ.
• Khả năng mở rộng: Cân bằng tải giúp hệ thống dễ dàng mở rộng quy mô, đáp ứng nhu cầu tăng trưởng của doanh nghiệp.

Các loại load balancer

Một yếu tố thiết yếu của cơ sở hạ tầng có tính sẵn sàng cao là cân bằng tải. Các loại Load balancer khác nhau với dung lượng lưu trữ, tính năng và độ phức tạp khác nhau có thể được triển khai dựa trên nhu cầu của mạng.

Load balancer có thể là một phiên bản phần mềm, một thiết bị vật lý hoặc cũng có thể là cả hai. Sau đây là những mô tả chi tiết cũng như ưu điểm, hạn chế của hay loại Load balancer này.

Hardware Load Balancer

Hardware Load Balancer (Bộ cân bằng tải phần cứng) là một thiết bị được tích hợp sẵn phần mềm chuyên dụng, độc quyền, nhằm quản lý khối lượng lớn lưu lượng ứng dụng. Nhiều phiên bản của load balancer ảo có thể được sử dụng trên một thiết bị nhờ tính năng ảo hóa tích hợp của các bộ cân bằng tải này.

Theo truyền thống, các nhà cung cấp thường bán cho người dùng các thiết bị riêng biệt – thường theo cặp để cung cấp khả năng chuyển đổi dự phòng trong trường hợp một hệ thống bị lỗi – được tải phần mềm độc quyền trên phần cứng chuyên dụng. Việc mở rộng mạng lưới đòi hỏi một tổ chức phải mua những thiết bị lớn hơn hoặc nhiều hơn.

Ưu điểm

• Sức mạnh phi thường: Hardware load balancer sở hữu sức mạnh xử lý vượt trội so với các giải pháp phần mềm, sẵn sàng đương đầu với lượng truy cập khổng lồ.
• Tốc độ ánh sáng: Nhờ khả năng xử lý phần cứng, Hardware load balancer mang đến tốc độ xử lý yêu cầu nhanh chóng, giúp hệ thống hoạt động mượt mà như tia chớp.
• Độ tin cậy kiên định: Hardware load balancer hoạt động độc lập với hệ điều hành, đảm bảo tính ổn định cao và khả năng hoạt động liên tục, bất chấp mọi thử thách.

• Bảo mật toàn diện: Được trang bị các tính năng bảo mật tiên tiến, Hardware load balancer là lá chắn vững chắc bảo vệ hệ thống khỏi các cuộc tấn công mạng nguy hiểm.
• Dễ dàng cài đặt: Việc cài đặt và sử dụng Hardware load balancer tương đối đơn giản, giúp bạn tiết kiệm thời gian và công sức.

Hạn chế

• Chi phí cao: Hardware load balancer có giá thành cao hơn so với các giải pháp phần mềm, phù hợp cho các doanh nghiệp lớn và các ứng dụng quan trọng.
• Khả năng mở rộng hạn chế: Việc mở rộng quy mô Hardware load balancer thường phức tạp và tốn kém hơn so với giải pháp phần mềm.
• Tính linh hoạt thấp: Khả năng tùy chỉnh và cấu hình Hardware load balancer thường hạn chế hơn so với giải pháp phần mềm.

Software Load Balancer

Trên máy ảo (VMs) hoặc máy chủ hộp trắng, Software Load Balancer (cân bằng tải phần mềm) được sử dụng thường xuyên nhất làm tính năng bộ điều khiển phân phối ứng dụng (ADC). Chức năng bổ sung như bộ nhớ đệm, nén và định hình lưu lượng thường được ADC cung cấp.

Cân bằng tải ảo, phổ biến trong các hệ thống đám mây, có thể mang lại sự linh hoạt cao. *Ví dụ: nó cho phép người dùng tự động tăng hoặc giảm quy mô để đáp ứng với sự gia tăng lưu lượng truy cập hoặc hoạt động mạng giảm.

Software load balancer hoạt động như công cụ điều hướng lưu lượng ảo, phân phối một cách thông minh các yêu cầu qua các web server khác. Điều này đảm bảo hiệu năng được tối ưu hóa, cũng như tính ổn định và sẵn sàng cao.

Ưu điểm

• Linh hoạt: Software Load Balancer (SLB) là một giải pháp “ảo”, có thể dễ dàng cài đặt và cấu hình trên hệ thống hiện có. Giống như một vũ công uyển chuyển, SLB thích ứng với mọi môi trường, từ hệ thống đơn giản đến phức tạp.
• Tiết kiệm: SLB sử dụng phần mềm chạy trên các máy chủ sẵn có, giúp giảm chi phí đầu tư phần cứng so với Hardware Load Balancer (HLB). So sánh với việc mua một bộ trang phục lộng lẫy, SLB như một bộ cánh thời trang được may đo riêng, vừa vặn và tiết kiệm.
• Khả năng mở rộng: SLB có thể dễ dàng mở rộng quy mô để đáp ứng nhu cầu lưu lượng truy cập tăng cao. Giống như một vũ đoàn ngày càng đông đảo, SLB có thể bổ sung thêm “vũ công” mới mà không ảnh hưởng đến nhịp điệu chung.
• Tính linh hoạt: SLB cung cấp nhiều tùy chọn cấu hình và thuật toán cân bằng tải, cho phép bạn tối ưu hóa hiệu suất hệ thống theo nhu cầu cụ thể. Giống như một vũ công đa tài, SLB có thể thực hiện nhiều động tác khác nhau, từ đơn giản đến phức tạp.

Hạn chế

• Hiệu suất: SLB có thể có hiệu suất thấp hơn HLB do sử dụng tài nguyên của máy chủ. Giống như một vũ công sử dụng năng lượng của bản thân, SLB có thể “đuối sức” nếu phải thực hiện quá nhiều động tác phức tạp.
• Độ tin cậy: SLB phụ thuộc vào hệ thống máy chủ, do đó nếu máy chủ gặp sự cố, SLB cũng có thể bị ảnh hưởng.
• Bảo mật: SLB có thể là mục tiêu tấn công của tin tặc.

Các thuật toán Load Balancing

Thuật toán cân bằng tải quyết định máy chủ nào xử lý các yêu cầu khách hàng gửi đến nhất định. Có hai loại thuật toán cân bằng tải: tĩnh và động.

Thuật toán cân bằng tải tĩnh

Kỹ thuật dựa trên IP hash-based máy chủ ưa thích của khách hàng bằng cách sử dụng một số khóa nhất định, chẳng hạn như tiêu đề HTTP hoặc thông tin địa chỉ IP. Cách tiếp cận này mang lại tính bền vững của phiên hoặc tính kết dính, mang lại lợi ích cho các ứng dụng phụ thuộc vào thông tin trạng thái đã lưu của người dùng cụ thể, chẳng hạn như giỏ hàng thanh toán trên thương mại điện tử.

Cách tiếp cận vòng tròn phân phối tuần tự lưu lượng truy cập đến một tập hợp máy chủ luân phiên thông qua hệ thống tên miền (DNS). Máy chủ tên có thẩm quyền duy trì danh sách một số bản ghi “A” và trả về một bản ghi để phản hồi cho mỗi truy vấn DNS.

Sử dụng phương pháp quay vòng có trọng số, quản trị viên có thể đưa ra các trọng số khác nhau cho các máy chủ khác nhau. Theo cách này, dựa trên trọng lượng của chúng, các máy chủ có thể quản lý nhiều lưu lượng truy cập hơn sẽ nhận được nhiều lưu lượng truy cập hơn một chút.

Thuật toán cân bằng tải động

Bằng cách gửi lưu lượng truy cập đến các máy chủ có ít kết nối mở nhất, phương pháp ít kết nối nhất sẽ ưu tiên các máy chủ có ít giao dịch và kiểm tra hoạt động nhất. Tất cả các kết nối được cho là yêu cầu gần như cùng một lượng sức mạnh xử lý theo phương pháp này.

Theo phương pháp kết nối tối thiểu có trọng số, giả định rằng một số máy chủ nhất định có khả năng xử lý lưu lượng truy cập tốt hơn các máy chủ khác. Kết quả là, nó cho phép quản trị viên gán cho mỗi máy chủ một trọng số riêng biệt.

Để xác định đích đến tối ưu cho việc phân phối lưu lượng truy cập, phương pháp thời gian phản hồi có trọng số kết hợp thời gian phản hồi trung bình của mỗi máy chủ với số lượng kết nối mà mỗi máy chủ đã mở. Bởi vì nó hướng lưu lượng truy cập đến các máy chủ có thời gian phản hồi nhanh nhất nên thuật toán này đảm bảo dịch vụ nhanh hơn.

Dựa trên các tài nguyên có sẵn trên mỗi máy chủ tại bất kỳ thời điểm nào, thuật toán dựa trên tài nguyên sẽ phân phối tải. Trước khi phân phối lưu lượng, nó kiểm tra tính khả dụng của bộ nhớ và bộ xử lý trung tâm trên mỗi máy chủ bằng phần mềm chuyên dụng.

Load balancing dựa trên nền tảng đám mây

Load Balancing dựa trên nền tảng đám mây cài đặt điện toán đám mây bằng cách tận dụng đám mây làm cơ sở hạ tầng cơ bản. Dưới đây là một số ví dụ về mô hình cân bằng tải dựa trên đám mây:

• Cân bằng tải mạng: Đây là giải pháp cân bằng tải nhanh nhất có thể truy cập được. Nó hoạt động ở Lớp 4 của mô hình OSI, vận chuyển lưu lượng mạng bằng thông tin lớp mạng.

• Cân bằng tải an toàn HTTP: Điều này cho phép các nhà quản lý mạng phân phối lưu lượng truy cập dựa trên thông tin nhận được từ các địa chỉ HTTP. Nó chạy trên Lớp 7 và là một trong những giải pháp cân bằng tải thích ứng nhất.
• Cân bằng tải nội bộ: Điều này có thể so sánh với cân bằng tải mạng, nhưng nó cũng có thể phân phối lưu lượng trong cơ sở hạ tầng nội bộ.

Lợi ích của Load balancing đối với Server

Các tổ chức có nhiều máy chủ sẽ nhận được nhiều lợi ích từ việc cân bằng tải lưu lượng mạng. Sau đây là những lợi ích chính của việc sử dụng bộ Load balancer:

Khả năng mở rộng lớn hơn

Bộ cân bằng tải có thể tăng kiến trúc máy chủ theo yêu cầu dựa trên nhu cầu mạng mà không làm gián đoạn dịch vụ. Ví dụ: Một trang web bắt đầu thu hút được một lượng lớn người dùng, điều này sẽ dẫn đến lưu lượng truy cập có thể tăng đột ngột.

Nếu máy chủ web không thể xử lý lượng khách truy cập tăng đột biến, trang web có thể bị sập. Trong trường hợp này, cân bằng tải có thể phân phối lưu lượng dư thừa trên nhiều máy chủ, tránh điều này xảy ra.

Cải thiện hiệu quả

Căng thẳng lưu lượng truy cập thấp hơn trên mỗi máy chủ sẽ làm tăng lưu lượng truy cập mạng và thời gian phản hồi. Điều này cuối cùng dẫn đến trải nghiệm tốt hơn cho khách truy cập trang web.

Giảm thời gian ngừng hoạt động

Các công ty có sự hiện diện toàn cầu và một số cơ sở ở các múi giờ khác nhau có thể được hưởng lợi từ việc cân bằng tải, đặc biệt là về mặt bảo trì máy chủ. Ví dụ: một công ty có thể tắt máy chủ yêu cầu sửa chữa và chuyển hướng lưu lượng truy cập đến các bộ cân bằng tải có thể truy cập khác mà không gây gián đoạn hoặc ngừng hoạt động dịch vụ.

Phân tích dự đoán

Load balancing có thể phát hiện và xử lý lỗi trước khi chúng ảnh hưởng đến các tài nguyên khác. Ví dụ: Loading balance dựa trên phần mềm có thể xác định tắc nghẽn lưu lượng trước khi chúng xảy ra.

Quản lý sự cố hiệu quả

Trong trường hợp xảy ra sự cố, bộ Load balancing có thể ngay lập tức chuyển hướng lưu lượng truy cập sang các tài nguyên chức năng và giải pháp dự phòng. Nếu phát hiện thấy lỗi trên tài nguyên mạng, chẳng hạn như máy chủ thư, Load balancing có thể chuyển tài nguyên sang các khu vực không bị ảnh hưởng khác để tránh gián đoạn dịch vụ.

Cải thiện mức độ bảo mật

Bộ cân bằng tải còn cung cấp thêm một lớp bảo vệ mà không yêu cầu bất kỳ điều chỉnh hoặc tài nguyên bổ sung nào. Khi ngày càng có nhiều cloud compute engine, các bộ cân bằng tải đang được xây dựng với các tính năng bảo mật như giảm tải. Điều này bảo vệ tổ chức khỏi các cuộc tấn công từ chối dịch vụ phân tán bằng cách định tuyến lưu lượng tấn công từ máy chủ của công ty đến nhà cung cấp đám mây công cộng.

Tiết kiệm chi phí

Load Balancing giúp tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên, giảm tải cho các máy chủ và giúp bạn tiết kiệm chi phí vận hành hệ thống. Nhờ vậy, bạn có thể tập trung nguồn lực vào những mục tiêu quan trọng khác, mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn.

Với những lợi ích vượt trội, Load Balancing là một giải pháp thiết yếu cho bất kỳ hệ thống mạng nào. Cho dù bạn đang vận hành một trang web nhỏ hay một doanh nghiệp lớn, Load Balancing đều có thể giúp bạn nâng cao hiệu quả hoạt động và mang lại trải nghiệm tốt nhất cho người dùng.

Ứng dụng thực tế của Load balancing

Bạn có từng choáng ngợp trước sức mạnh của internet? Hàng triệu người cùng lúc truy cập website, tải xuống dữ liệu, sử dụng ứng dụng… tất cả đều diễn ra mượt mà, nhanh chóng. Bí mật đằng sau sự mượt mà ấy chính là “cân bằng tải” – Load Balancing, một công nghệ ẩn mình với vai trò vô cùng quan trọng.

1. Website

Tưởng tượng bạn đang truy cập một trang web bán hàng hot với hàng triệu người cùng lúc. Nếu không có “cân bằng tải”, website sẽ dễ dàng bị sập do quá tải. Load Balancing sẽ phân chia lưu lượng truy cập đến nhiều máy chủ, giúp website hoạt động ổn định, đảm bảo trải nghiệm mua sắm mượt mà cho tất cả người dùng.

2. Ứng dụng di động

Bạn có bao giờ gặp tình trạng ứng dụng yêu thích “lag” hoặc “crash” khi có quá nhiều người sử dụng? Load Balancing sẽ giải quyết vấn đề này bằng cách phân chia tải cho các máy chủ, giúp ứng dụng hoạt động trơn tru và mang lại trải nghiệm tuyệt vời cho người dùng.

3. Dịch vụ Cloud

Cloud Computing là xu hướng công nghệ đang bùng nổ. Load Balancing đóng vai trò quan trọng trong việc phân chia lưu lượng truy cập cho các máy chủ ảo trong hệ thống Cloud, giúp đảm bảo hiệu suất và tính sẵn sàng cao cho các dịch vụ Cloud.

4. Hệ thống Streaming

Bạn có hay xem phim trực tuyến hoặc nghe nhạc online? Load Balancing giúp phân chia tải cho các máy chủ, đảm bảo chất lượng video và âm thanh luôn mượt mà, không bị gián đoạn, mang đến trải nghiệm giải trí tuyệt vời cho bạn.

5. Hệ thống Game Online

Hàng triệu người chơi cùng lúc truy cập vào thế giới game online. Load Balancing sẽ phân chia tải cho các máy chủ game, giúp đảm bảo sự ổn định, mượt mà trong trải nghiệm chơi game, không giật lag, không “out game” bất ngờ.

Lời kết

Mong rằng doanh nghiệp đã hiểu rõ hơn về Load Balancing là gì và áp dụng vào công việc hàng ngày. Load Balancing đã và đang đóng vai trò quan trọng trong việc xây dựng hệ thống mạng mạnh mẽ, ổn định và hiệu quả. Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, Load Balancing sẽ tiếp tục tiến xa hơn nữa, mang đến những lợi ích to lớn cho người dùng. Hãy liên hệ ngay với GCS qua Livechat bên dưới để được tư vấn và giải đáp tận tình những gói dịch vụ phù hợp cho doanh nghiệp.