Что такое балансировщик нагрузки и как он помогает веб-приложениям?
Объясните разницу между балансировщиком нагрузки и обратным прокси (reverse proxy), включая их ключевые функции в инфраструктуре распределенной системы.
Подсказки:
- Подумайте о том, как трафик распределяется между несколькими серверами.
- Давайте рассмотрим сценарии, в которых требуется высокая доступность и отказоустойчивость.
- Какие алгоритмы балансировки нагрузки вы знаете для распределения трафика?
- Как опубликовать два веб-приложения по одному адресу и разным URL-путям на одном домене?
Выше ожиданий:
- Понимание терминации TLS на уровне балансировщика нагрузки.
- Опыт реализации рейт лимититера.
- Знания по модификации HTTP-заголовков и другим манипуляциям на уровне протокола с помощью реверс прокси.
- Знания организации аутентификации через реверс прокси.
- Опыт работы с решениями балансировки нагрузки, такими как NGINX, HAProxy, Traefik или от облачных провайдеров.
Балансировщик нагрузки — это устройство или сервис, который распределяет входящий сетевой трафик между несколькими серверами. Балансировщики нагрузки оптимизируют использование ресурсов, максимизируют пропускную способность и предотвращает отказы сервиса для конечного пользователя.
Как работают балансировщики нагрузки
Балансировщики нагрузки находятся между клиентами и серверами-приложениям, принимая все входящие запросы и направляя их на подходящие сервера, используя различные алгоритмы:
- Round Robin: Запросы распределяются последовательно по пулу серверов
- Least Connections: Новые запросы направляются на сервер с наименьшим количеством активных соединений
- IP Hash: IP-адрес клиента определяет, какой сервер получит запрос
- Взвешенные алгоритмы: Серверы с большей мощностью получают больше запросов
Пример конфигурации в NGINX:
upstream backend {
server backend1.example.com weight=3;
server backend2.example.com;
server backend3.example.com;
}
Преимущества для веб-приложений
- Высокая доступность: Если один сервер выходит из строя, трафик перенаправляется на работоспособные серверы
- Масштабируемость: Легко добавлять или удалять серверы по мере изменения потребностей
- Эффективность: Оптимальное распределение рабочей нагрузки по инфраструктуре, чтобы избежать перезгрузок и недоутилизации отдельных серверов
- Безопасность: Может обеспечивать частичную защиту от DDoS-атак
Балансировщик нагрузки vs обратный прокси
Ключевые функции reverse proxy
- Фильтрация содержимого: Проверка и потенциальная модификация трафика
- Переписывание URL: Изменение URL запросов перед пересылкой на серверы-обработчики
- Терминация SSL: Обработка шифрования/расшифрования для разгрузки серверов-обработчиков
- Аутентификация: Может реализовывать механизмы аутентификации перед тем, как запросы достигнут серверов-приложений
- Кэширование: Снижения нагрузки на серверы-обработчики
Хотя они выглядят похожими, их основные цели различаются:
| Характеристика | Балансировщик нагрузки | Обратный прокси |
|---|---|---|
| Основная цель | Распределение трафика для масштабируемости и надежности | Выступает в качестве промежуточного сервера для обеспечения безопасности и функциональности |
| Использование протоколов | Может работать на уровне 4 (TCP/IP) или уровне 7 (HTTP) | Обычно работает на уровне 7 |
| Маршрутизация на основе URL | Ограничена на уровне 4, возможна на уровне 7 | Основная функция |
| Модификация содержимого | Обычно невозможна | Может модифицировать запросы/ответы |
Публикация нескольких приложений на одном домене
Мы должны настроить сервер reverse прокси, который:
- Слушает порты 80/443
- Обрабатывает указанный домен (example.com)
- Определяет два маршрута по пути URL
- Каждый маршрут перенаправляет трафик в соответствующее приложение
Пример конфигурации в NGINX:
server {
listen 80;
server_name example.com;
location /app1 {
proxy_pass http://app1-servers;
}
location /app2 {
proxy_pass http://app2-servers;
}
}
Дополнительные возможности балансировщиков
- Терминация TLS: Балансировщики нагрузки могут обрабатывать шифрование/расшифрование, уменьшая вычислительную нагрузку на серверы-обработчики
- Rate limiter: Управление количеством запросов, которые клиенты могут отправлять за определенный период времени
- Поддержка сеансов: Обеспечение того, что клиент подключается к одному и тому же серверу-обработчику для всех запросов в сессии если это необходимо
- Проверка состояния: Активное отслеживание состояния доступности серверов-приложений и прекращение маршрутизации запросов к неисправным серверам
Популярные реализации включают NGINX, HAProxy, Traefik, AWS ELB/ALB и Google Cloud Load Balancing.