Hur man fördelar serverbelastningen med en lastbalanserare

Med hjälp av lastbalansering kan serveråtkomsten fördelas jämnt över olika hårdvaruresurser genom en teknisk instans som kallas lastbalanserare. Detta säkerställer stabila åtkomsthastigheter, vilket är avgörande för att generera leads och kunder.

Vad är lastbalansering?

Lastbalansering är särskilt populärt inom serverteknik och beskriver en metod där förfrågningar fördelas mellan olika servrar i bakgrunden utan att användarna märker det. Lastbalanseringen som används för detta kan implementeras som hårdvara eller mjukvara. Den tilldelar flera servrar till en domän utan att orsaka adresskonflikter och nås under den offentliga domänen.

De underordnade webbservrarna namnges med domäntilläggen www1, www2, www3 osv. Detta möjliggör lastbalansering så att en webbplats är tillgänglig under samma URL, även om flera servrar ligger bakom den. Detta förhindrar överbelastning av servern eftersom externa förfrågningar fördelas över olika fysiska maskiner inom klustret. Användarna märker i allmänhet inte detta eftersom fördelningen av förfrågningar sker baserat på komplexa algoritmer i bakgrunden.

Lastbalansering kan också spela en roll utanför webbservrar, till exempel med datorer som körs med flera processorer. I sådana fall ser lastbalanseringen till att kraven fördelas jämnt mellan de olika processorerna för att generera mer datorkraft. Lastbalansering är också efterfrågat när man använder containerprogramvara som Kubernetes. Här ser de till att arbetsbelastningen fördelas effektivt mellan olika poddar.

Hur fungerar lastbalansering?

Förfrågningar till en webbserver, t.ex. i form av sidvisningar, körs initialt på lastbalanseraren. Denna tar sedan över lastfördelningen genom att vidarebefordra åtkomstförsöken till olika servrar. Lastbalanseraren kan implementeras som hårdvara eller mjukvara, men principen förblir densamma: en förfrågan når lastbalanseraren och, beroende på vilken metod som används, vidarebefordrar enheten eller mjukvaran data till relevant server.

Den tekniska grunden är DNS-proceduren: Användare kommer åt en webbplats endast via en URL. Denna omvandlas till en IP-adress med hjälp av DNS, som sedan pekar på lastbalanseraren. Idealt sett märker användarna inte av denna process.

Vilka är fördelarna med balanserad lastbalansering?

De tre huvudsakliga fördelarna med en väl implementerad lastbalanserare är följande:

• Optimerade åtkomsttider: Att fördela trafiken över flera servrar kan resultera i kortare åtkomsttider, även när det finns många förfrågningar samtidigt.
• Högre feltolerans: En lastbalanserare ökar feltoleransen eftersom trafiken från en långsam server automatiskt omdirigeras till andra servrar i klustret. Om en server är otillgänglig förblir den webbplats som den hostar tillgänglig.
• Förenklat systemunderhåll: Lastbalansering underlättar underhållet av ett serversystem avsevärt. Konfigurationer och uppdateringar kan utföras medan servrarna är igång utan märkbar prestandaförlust. Lastbalanseringsenheten detekterar underhållsstatus och omdirigerar förfrågningar därefter.

Vilka olika typer av lastbalansering finns det?

Hur inkommande förfrågningar fördelas beror på valet av algoritm. Populära algoritmer för lastbalansering är: Round Robin, Weighted Round Robin, Least Connections och Weighted Least Connections.

Round Robin

Round Robin beskriver en procedur där inkommande serverförfrågningar behandlas i en kö av lastbalanseringsenheten och distribueras över en serie servrar. Varje ny förfrågan tilldelas nästa server i sekvensen. Som ett resultat kan åtkomstförfrågningar fördelas jämnt över lastbalanseringsklustret. Oavsett hur brådskande begäran är eller hur stor serverbelastningen är, behandlar Round Robin alla processer på samma sätt. Lastbalanserare som fungerar enligt round-robin-principen är särskilt lämpliga för miljöer där alla instanser har ungefär samma resurser tillgängliga.

Viktad rundtur

Svagheterna hos den klassiska round-robin-algoritmen i heterogena serverkluster kan balanseras med en viktad round-robin-fördelning. Inkommande förfrågningar fördelas med hänsyn till den statiska viktningen för varje server. Denna viktning definieras i förväg av administratören.

Den mest kraftfulla servern kan till exempel tilldelas värdet ”100”, medan mindre effektiva servrar tilldelas värdet ”50”. I en sådan konfiguration skulle servern med vikten ”100” ta emot två förfrågningar per omgång från lastbalanseringen, medan servern med vikten ”50” endast skulle ta emot en förfrågan. Weighted Round Robin bör främst användas vid lastbalansering när servrarna i klustret har olika resurser tillgängliga.

Färre anslutningar

Båda round-robin-algoritmerna tar inte hänsyn till hur många anslutningar de underordnade servrarna måste upprätthålla under en viss period när lastbalanseraren distribuerar serverförfrågningar i serie. Detta kan leda till att flera anslutningar samlas på en server i klustret. Detta leder till att servern blir överbelastad, även om den hanterar färre anslutningar än andra. Algoritmen för minst antal anslutningar skyddar mot detta. Den distribuerar förfrågningar baserat på de befintliga anslutningarna för varje server – denmed minst antal aktiva anslutningar får nästa förfrågan från lastbalanseraren. Denna lastbalanseringsmetod rekommenderas för homogena serverkluster där alla datorer har jämförbara resurser tillgängliga.

Viktade minsta anslutningar

Om ett serverkluster har olika kapacitet bör man istället för algoritmen för minsta antal anslutningar använda lastbalansering baserad på den viktade fördelningen av befintliga anslutningar. Detta tar hänsyn till både antalet aktiva anslutningar som en server har och den viktning som definierats av administratören. Detta säkerställer en balanserad lastfördelning inom serverklustret. Nya förfrågningar tilldelas automatiskt av lastbalanseringen till de servrar vars förhållande mellan aktiva anslutningar och respektive serverviktning tyder på den lägsta aktuella belastningen.

Vilka problem kan uppstå vid användning av lastbalansering?

Särskilt inom e-handeln är lastbalansering ofta en utmaning. Här är ett exempel: Besökare på en webbplats lägger varor som de vill köpa i sin varukorg. Dessa varor sparas under hela sessionen, oavsett vilken sida användarna navigerar till inom online-marknadsplatsen. En typisk lastbalanserare skulle fördela förfrågningarna mellan olika servrar. Detta innebär att innehållet i varukorgen skulle gå förlorat.

För att lösa detta problem finns två möjliga tillvägagångssätt. För det första kan lastbalanseringen svara på användarnas IP-adress. Då dirigeras till exempel förfrågningar från samma IP-adress alltid till samma server. En annan metod skulle vara att läsa ett sessions-ID från själva förfrågan för att avgöra vilken server förfrågan ska skickas till.

Varför är lastbalanserare så viktiga?

Om du tjänar dina pengar via internet har ditt företag inte råd med serveravbrott. Och om du bara använder en server och den kraschar på grund av överbelastning är din webbplats inte längre tillgänglig för potentiella kunder. Detta leder till flera problem: För det första kan du inte generera intäkter under överbelastningen. Tjänster kan inte bokas och köp kan inte göras. Dessutom minskar förtroendet från (potentiella) kunder. Det är dubbelt så illa för användare som upplever en serveröverbelastning under beställningsprocessen. Det råder ofta stor osäkerhet, och de drabbade vet inte om beställningen faktiskt har kommit fram och registrerats i systemet.

Även om du inte erbjuder tjänster direkt via internet bör din webbplats vara tillgänglig hela tiden. En webbplats är en av de viktigaste kanalerna för att få tillgång till information. Om potentiella kunder söker efter information om ditt företag online och inte kan nå din webbplats är det mer troligt att de överväger dina konkurrenter. Du kan minimera sådana risker med en lastbalanserare.

Hur man implementerar lastbalansering i sin verksamhet

Lastbalansering kan implementeras med hjälp av både hårdvaru- och mjukvarulösningar på en virtuell server. Professionella kompletta paket erbjuds av många leverantörer, antingen som Infrastructure-as-a-Service (IaaS) eller som en nätverkskomponent för din egen IT-infrastruktur.

Eftersom anskaffningen av egna lastbalanserare oftast medför höga kostnader, vänder sig mindre företag ofta till öppen källkodslösningar som NGINX. Det är ett kostnadseffektivt sätt att säkerställa hög tillgänglighet för ditt företags webbplats eller andra webbprojekt genom effektiv lastfördelning inom servernätverket. Inom webbhotellssektorn erbjuds lastbalansering också ofta som en tilläggsfunktion för molnservrar.