Cân bằng tải (Load Balancing) là gì? Tầm quan trọng

Trong kỷ nguyên số, lưu lượng truy cập trực tuyến tăng mạnh khiến hệ thống mạng và máy chủ phải đối mặt với nhiều thách thức. Một trong những giải pháp hiệu quả để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định là cân bằng tải (Load Balancing). Đây là công nghệ giúp phân phối lưu lượng truy cập đồng đều giữa các tài nguyên máy chủ, tối ưu hóa hiệu suất và tăng cường độ tin cậy cho hệ thống.

Trong bài viết này, Viettel IDC sẽ giúp quý doanh nghiệp hiểu rõ hơn về cân bằng tải, lợi ích, cách thức hoạt động và những công nghệ liên quan, từ đó đưa ra giải pháp phù hợp.

Cân bằng tải (Load Balancing) là gì?

Cân bằng tải là quá trình phân phối lưu lượng mạng hoặc ứng dụng đến nhiều máy chủ hoặc tài nguyên khác nhau trong một hệ thống. Điều này đảm bảo rằng không có máy chủ nào bị quá tải giúp cải thiện hiệu suất, tăng tính sẵn sàng và giảm thiểu thời gian gián đoạn dịch vụ.

Một cơ sở hạ tầng web không có Load balancing có thể trông giống như sau:

Trong môi trường hiện đại, cân bằng tải không chỉ áp dụng cho máy chủ vật lý mà còn được triển khai trên các hạ tầng ảo hóa, đám mây và container. Vậy tại sao cân bằng tải lại được xem là yếu tố không thể thiếu trong hạ tầng công nghệ hiện đại? Cùng Viettel IDC đi tiếp để tìm hiểu rõ hơn các lợi ích của cân bằng tải nhé.

Xem thêm: Ảo hóa Container và Virtual Machine khác nhau như thế nào?

Lợi ích khi sử dụng cân bằng tải

Tăng hiệu suất và tốc độ xử lý

Cân bằng tải giúp phân phối lưu lượng truy cập một cách đồng đều giữa các máy chủ, tránh tình trạng quá tải. Nhờ đó, hiệu suất của hệ thống được tối ưu hóa, tốc độ xử lý các yêu cầu từ người dùng nhanh hơn, mang lại trải nghiệm mượt mà ngay cả khi lưu lượng tăng đột biến.

Đảm bảo tính sẵn sàng cao 

Khi một máy chủ trong hệ thống gặp sự cố, cân bằng tải tự động chuyển hướng lưu lượng sang các máy chủ khác đang hoạt động. Điều này giúp hệ thống duy trì hoạt động liên tục, giảm thiểu thời gian gián đoạn dịch vụ, đảm bảo sự ổn định trong trải nghiệm của người dùng.

Tăng khả năng mở rộng 

Cân bằng tải hỗ trợ doanh nghiệp dễ dàng thêm mới hoặc gỡ bỏ máy chủ mà không làm gián đoạn hoạt động của hệ thống. Đây là yếu tố quan trọng để đáp ứng nhu cầu mở rộng kinh doanh hoặc xử lý lượng truy cập tăng đột ngột trong các chiến dịch lớn.

Cải thiện bảo mật hệ thống

Nhiều giải pháp cân bằng tải hiện đại tích hợp tính năng bảo mật, chẳng hạn như phát hiện và ngăn chặn tấn công DDoS, lọc lưu lượng không hợp lệ hoặc độc hại. Điều này giúp bảo vệ hệ thống khỏi các mối đe dọa tiềm ẩn, nâng cao độ tin cậy của toàn bộ hạ tầng.

Tối ưu hóa chi phí vận hành

Bằng cách sử dụng tài nguyên hiệu quả, cân bằng tải giảm bớt áp lực lên từng máy chủ. Điều này giúp kéo dài tuổi thọ của phần cứng, giảm chi phí bảo trì và nâng cấp hệ thống đồng thời tối ưu hóa ngân sách công nghệ của doanh nghiệp.

Với những lợi ích thiết thực này, cân bằng tải trở thành giải pháp không thể thiếu trong việc xây dựng và vận hành các hệ thống mạng hiện đại.

Cân bằng tải hoạt động như thế nào?

Khi người dùng truy cập vào website hoặc ứng dụng, yêu cầu sẽ được gửi đến hệ thống cân bằng tải, đóng vai trò trung gian giữa người dùng và các máy chủ. Hệ thống này kiểm tra trạng thái từng máy chủ để xem máy chủ nào đang hoạt động tốt, máy chủ nào bị lỗi hoặc đang quá tải. Những máy chủ không sẵn sàng sẽ bị loại khỏi danh sách phân phối tạm thời.

Sau đó, hệ thống sẽ dùng các thuật toán thông minh, như phân phối đều (Round Robin) hoặc dựa trên số lượng kết nối ít nhất (Least Connections) để gửi yêu cầu đến máy chủ phù hợp nhất. 

Hãy hình dung một website thương mại điện tử đang tổ chức chương trình khuyến mãi lớn, khiến lượng người truy cập tăng mạnh. Khi người dùng nhấp vào một sản phẩm, yêu cầu của họ được gửi đến hệ thống cân bằng tải. Hệ thống này sẽ kiểm tra trạng thái của các máy chủ: Máy chủ A đang xử lý 1.000 yêu cầu, khá bận rộn; máy chủ B chỉ đang xử lý 500 yêu cầu còn khả năng đáp ứng và máy chủ C đã quá tải, không thể phản hồi.

Dựa vào kết quả kiểm tra, Load Balancer sẽ chuyển yêu cầu của người dùng đến máy chủ B, nơi có đủ khả năng xử lý nhanh chóng. Điều này giúp đảm bảo tốc độ tải trang ổn định và mang lại trải nghiệm mượt mà, ngay cả trong thời điểm lượng truy cập tăng cao.

Xem thêm: Khám phá các thuật toán cân bằng tải phổ biến hiện nay

Thuật toán cân bằng tải

Thuật toán cân bằng tải được chia thành hai nhóm chính: cân bằng tải tĩnh và cân bằng tải động, tùy thuộc vào cách mà các thuật toán phân phối lưu lượng và mức độ phản ứng với trạng thái thực tế của máy chủ.

Cân bằng tải tĩnh

Cân bằng tải tĩnh hoạt động dựa trên các quy tắc cố định, không phụ thuộc vào trạng thái hiện tại của máy chủ. Sau đây là những ví dụ về cân bằng tải tĩnh:

- Phương thức Round Robin: Đây là phương pháp đơn giản nhất. Yêu cầu được phân phối tuần tự đến từng máy chủ theo thứ tự lần lượt. Khi đến máy chủ cuối cùng, yêu cầu sẽ quay lại máy chủ đầu tiên. Ví dụ, nếu có 3 máy chủ (A, B, C), yêu cầu đầu tiên sẽ được gửi đến A, tiếp theo là B, rồi đến C, và sau đó quay lại A.

- Phương thức Weighted Round Robin: Tương tự như Round Robin nhưng mỗi máy chủ sẽ được gán một trọng số phản ánh khả năng xử lý của nó. Máy chủ có trọng số cao hơn sẽ nhận nhiều yêu cầu hơn. Ví dụ, nếu máy chủ A có trọng số 2, B và C có trọng số 1, hệ thống sẽ phân phối 2 yêu cầu đến A, và mỗi máy chủ B và C nhận 1 yêu cầu.

- Phương thức IP Hash: Phương pháp này phân phối yêu cầu dựa trên địa chỉ IP của người dùng. Thuật toán tính toán giá trị băm từ địa chỉ IP và gán yêu cầu đó cho một máy chủ cụ thể trong hệ thống. Điều này giúp duy trì kết nối nhất quán cho người dùng với máy chủ nhất định.

Cân bằng tải động

Thuật toán cân bằng tải động kiểm tra trạng thái hiện tại của các máy chủ trước khi phân phối lưu lượng truy cập. Sau đây là một số ví dụ về thuật toán cân bằng tải động.

- Phương thức Least Connections (kết nối tối thiểu): Yêu cầu được gửi đến máy chủ có ít kết nối đang hoạt động nhất vào thời điểm đó. Ví dụ, nếu máy chủ A đang xử lý 5 kết nối và máy chủ B chỉ có 3 kết nối, yêu cầu mới sẽ được gửi đến máy chủ B, vì nó ít tải hơn.

- Phương thức Weighted Least Connections (kết nối tối thiểu theo trọng số): Kết hợp trọng số của mỗi máy chủ với số lượng kết nối hiện tại. Máy chủ mạnh hơn sẽ nhận thêm yêu cầu, nhưng không bị quá tải so với các máy chủ khác. Hệ thống sẽ phân phối yêu cầu đến máy chủ có trọng số cao nhất và ít kết nối nhất.

- Phương thức Least Response Time (thời gian phản hồi tối thiểu): Yêu cầu sẽ được gửi đến máy chủ có thời gian phản hồi nhanh nhất, được đo bằng các phép đo thời gian thực từ hệ thống. Điều này giúp tối ưu hóa trải nghiệm người dùng bằng cách giảm độ trễ.

- Phương thức dựa trên tài nguyên: Phương pháp này theo dõi các tài nguyên hệ thống như CPU, bộ nhớ (RAM), hoặc băng thông của các máy chủ. Yêu cầu sẽ được phân phối đến máy chủ có tài nguyên trống nhiều nhất, giúp duy trì hiệu suất ổn định.

Cân bằng tải gồm những loại nào?

Mặc dù mục đích chính của bất kỳ bộ cân bằng tải nào là phân phối lưu lượng, nhưng có một số loại bộ cân bằng tải phục vụ các chức năng cụ thể.

Bộ cân bằng tải mạng (Network Load Balancer)

Bộ cân bằng tải mạng hoạt động ở lớp mạng (Layer 4) của mô hình OSI. Nó chịu trách nhiệm phân phối lưu lượng giữa các máy chủ dựa trên các yếu tố như địa chỉ IP và cổng mạng, mà không quan tâm đến nội dung của dữ liệu. Bộ cân bằng tải mạng thường được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu hiệu suất cao và ít độ trễ, chẳng hạn như các dịch vụ web hoặc các ứng dụng yêu cầu băng thông lớn.

Bộ cân bằng tải ứng dụng (Application Load Balancer)

Bộ cân bằng tải ứng dụng hoạt động ở lớp ứng dụng (Layer 7) và phân phối lưu lượng dựa trên các yếu tố như nội dung của yêu cầu (URL, HTTP headers, cookies,...). Loại cân bằng tải này được sử dụng cho các ứng dụng web phức tạp, nơi cần phải phân phối yêu cầu dựa trên các thuộc tính cụ thể của yêu cầu, giúp tối ưu hóa việc xử lý và cải thiện hiệu suất.

Bộ cân bằng tải ảo (Virtual Load Balancer)

Với sự phát triển của công nghệ ảo hóa và VMware, bộ cân bằng tải ảo hiện đang được sử dụng để tối ưu hóa lưu lượng trên các máy chủ, máy ảo và vùng chứa. Các công cụ phối hợp vùng chứa nguồn mở như Kubernetes cung cấp khả năng cân bằng tải ảo để định tuyến các yêu cầu giữa các nút từ các vùng chứa trong một cụm.

Bộ cân bằng tải máy chủ toàn cầu (Global Server Load Balancer - GSLB)

Bộ cân bằng tải máy chủ toàn cầu được thiết kế để phân phối lưu lượng giữa các máy chủ ở các vị trí địa lý khác nhau. GSLB giúp tối ưu hóa hiệu suất toàn cầu bằng cách điều chỉnh việc phân phối yêu cầu đến các trung tâm dữ liệu gần nhất với người dùng, từ đó giảm thiểu độ trễ và cải thiện tốc độ truy cập. Đây là giải pháp lý tưởng cho các ứng dụng toàn cầu hoặc các dịch vụ đám mây yêu cầu sự sẵn sàng cao và có khả năng chịu lỗi toàn cầu.

Công nghệ cân bằng tải gồm những loại nào?

Cân bằng tải có thể được triển khai thông qua hai loại bộ cân bằng tải chính: bộ cân bằng tải phần cứng và bộ cân bằng tải phần mềm. 

Bộ cân bằng tải phần cứng (Hardware Load Balancer)

Bộ cân bằng tải phần cứng là thiết bị phần cứng chuyên dụng được thiết kế để phân phối lưu lượng mạng giữa các máy chủ. Những thiết bị này thường có khả năng xử lý tốc độ cao, độ tin cậy cao và có thể đáp ứng tốt các yêu cầu của các hệ thống quy mô lớn. Bộ cân bằng tải phần cứng thường được sử dụng trong các môi trường doanh nghiệp lớn hoặc các trung tâm dữ liệu với yêu cầu hiệu suất và khả năng chịu lỗi cao. Các thiết bị này có thể hỗ trợ nhiều tính năng bảo mật, quản lý và giám sát lưu lượng giúp tối ưu hóa hạ tầng mạng.

Bộ cân bằng tải phần mềm (Software Load Balancer)

Bộ cân bằng tải phần mềm là các giải pháp phần mềm chạy trên các máy chủ thông thường hoặc trên môi trường ảo hóa. So với bộ cân bằng tải phần cứng, bộ cân bằng tải phần mềm có thể linh hoạt hơn trong việc triển khai và mở rộng đồng thời có chi phí thấp hơn. Bộ cân bằng tải phần mềm rất phù hợp với các môi trường đám mây, ảo hóa hoặc các ứng dụng nhỏ và vừa, nơi mà việc triển khai phần cứng là không cần thiết. Các giải pháp phần mềm thường dễ dàng tích hợp với các công nghệ hiện đại như container hoặc microservices.

Viettel IDC có thể giúp cân bằng tải như thế nào?

Viettel IDC là một trong những nhà cung cấp dịch vụ hạ tầng công nghệ thông tin hàng đầu tại Việt Nam. Với các giải pháp hạ tầng điện toán đám mây tiên tiến, Viettel IDC cung cấp dịch vụ cân bằng tải hiệu quả, giúp các doanh nghiệp đảm bảo hệ thống của mình hoạt động ổn định và đạt hiệu suất tối ưu.

Viettel IDC không chỉ cung cấp các giải pháp cân bằng tải truyền thống mà còn tích hợp các công nghệ hiện đại như Load Balancer dưới dạng dịch vụ (LBaaS). Điều này cho phép các doanh nghiệp dễ dàng quản lý và tối ưu hóa việc phân phối tải mà không cần phải đầu tư vào phần cứng đắt tiền.

Hệ thống cân bằng tải của Viettel IDC có thể giúp doanh nghiệp phân phối lưu lượng truy cập đến các máy chủ hoặc dịch vụ trong môi trường đám mây, đảm bảo thời gian phản hồi nhanh và giảm thiểu khả năng gián đoạn dịch vụ.

Kết luận

Trên đây là những kiến thức cơ bản về Load Balancer mà Viettel IDC muốn chia sẻ đến quý doanh nghiệp. Cân bằng tải là một giải pháp khá hữu ích trong việc tối ưu năng suất hoạt động của Server. Hy vọng rằng, bài viết này sẽ mang lại cho bạn nhiều thông tin và kiến thức hữu ích.

Ngoài ra, nếu quý khách muốn được tư vấn chi tiết hơn về các dịch vụ điện toán đám mây, vui lòng liên hệ đến Viettel IDC thông qua:

- Hotline: 1800 8088 (miễn phí cước gọi)

- Fanpage: https://www.facebook.com/viettelidc

- Website: https://viettelidc.com.vn