¿Qué son los algoritmos de balanceo de carga? Todo lo que necesitas saber.

Imagina a un anfitrión de restaurante sentando a los clientes entrantes en diferentes partes del restaurante para distribuir la carga de trabajo entre el personal de servicio. El anfitrión busca asegurarse de que ningún servidor se sienta abrumado o se haga responsable de más mesas de las que puede manejar. Este proceso también significa que los clientes reciben un servicio oportuno.

En los servicios en la nube, los algoritmos de balanceo de carga funcionan de la misma manera. Los administradores de redes y los gerentes de TI utilizan software de balanceo de carga para repartir los recursos a sitios web y aplicaciones para que obtengan el máximo de sus recursos. 

El objetivo principal es evitar que cualquier servidor se sobrecargue, asegurando un rendimiento óptimo, alta disponibilidad y utilización eficiente de los recursos.  

¿Cómo funciona el balanceo de carga?

Todos los días, miles de millones de personas acceden a aplicaciones modernas a través de internet. Las aplicaciones generalmente se ejecutan en múltiples servidores. Las herramientas de balanceo de carga facilitan la distribución de tareas para evitar que cualquier servidor se sature y se ralentice o, peor aún, se caiga. Ayuda a distribuir el trabajo de manera uniforme entre múltiples servidores para que los usuarios puedan acceder a las aplicaciones sin demora ni interrupción. 

Para que esto suceda, los desarrolladores crearon balanceadores de carga, dispositivos o programas de software responsables de la distribución del tráfico. Los administradores de redes los colocan entre los usuarios y los servidores. Cuando un usuario intenta conectarse a una aplicación, el balanceador de carga revisa la solicitud y elige el servidor más adecuado. 

El proceso funciona detrás de las pantallas, invisible para los usuarios, por lo que no ven sus solicitudes canalizándose a través de los balanceadores de carga. En cambio, piden varias páginas web y reciben resultados mientras el balanceador de carga trabaja para presentar las páginas que solicitan, casi como por arte de magia. 

Puedes comparar el balanceo de carga con la responsabilidad de un director de tráfico (excepto que un director de tráfico es visible y los balanceadores de carga no lo son). Piensa en una intersección concurrida que está en construcción sin semáforos en funcionamiento. Sin un controlador de tráfico, los coches podrían no turnarse para pasar por la intersección, lo que eventualmente llevaría a accidentes y atascos de tráfico. 

El director de tráfico guía a los vehículos a través de la intersección a intervalos razonables, equilibrando la carga de tráfico para asegurarse de que todo fluya sin problemas y reducir la probabilidad de accidentes. En este ejemplo, el director de tráfico es el balanceador de carga, los coches son las tareas que los usuarios solicitan y las carreteras son los servidores. 

Beneficios del balanceo de carga

El balanceo de carga aumenta la eficiencia, la confiabilidad y la escalabilidad de los sistemas que manejan tráfico pesado, resultando en una experiencia de usuario mejorada. Los algoritmos de balanceo de carga ofrecen varios beneficios clave:

• Mejor rendimiento: Al distribuir el tráfico entre múltiples servidores, el balanceo de carga minimiza los tiempos de espera para los usuarios, lo que lleva a una experiencia más rápida y receptiva. Manejar varias solicitudes simultáneamente aumenta la capacidad y eficiencia general del sistema, lo que lleva a un mejor rendimiento.  
• Tolerancia a fallos: Si un servidor falla, los algoritmos de balanceo de carga redirigen el tráfico sin problemas a otros servidores disponibles, asegurando un tiempo de inactividad mínimo y un servicio ininterrumpido.   
• Escalabilidad: Agregar nuevos servidores al grupo es sencillo, lo que permite una fácil escalabilidad para acomodar las crecientes demandas de tráfico.   
• Optimización de recursos: El balanceo de carga previene cuellos de botella de recursos al distribuir la carga de trabajo de manera uniforme, maximizando el uso de los recursos disponibles.   
• Reducción de costos: Al utilizar eficientemente el hardware existente, las organizaciones pueden potencialmente reducir la necesidad de costosas actualizaciones de servidores.

Tipos de algoritmos de balanceo de carga 

Los algoritmos de balanceo de carga se dividen en dos tipos: estáticos o dinámicos. Aprendamos más sobre los tipos de algoritmos de balanceo de carga. 

Algoritmos de balanceo de carga estáticos 

Los algoritmos de balanceo de carga estáticos siguen reglas fijas para distribuir el tráfico de manera uniforme entre los servidores. En lugar de considerar el estado actual o la carga de los servidores, se basan en reglas predeterminadas. Debido a su simplicidad, los algoritmos de balanceo de carga estáticos son generalmente más fáciles de implementar que los dinámicos. Sin embargo, no siempre manejan eficientemente las diversas cargas de los servidores. 

A continuación se presentan algunos de los algoritmos de balanceo de carga estáticos estándar. 

Método de round-robin

En la distribución round-robin, los balanceadores de carga distribuyen las solicitudes de usuarios entrantes entre los servidores en un orden rotativo. El balanceador de carga recorre una lista de servidores hasta llegar al final. Luego, el proceso comienza de nuevo, y el balanceador de carga comienza a asignar solicitudes desde la parte superior de la lista en el mismo orden. Recuerda que todos los algoritmos estáticos, incluido el método round-robin, asumen que todos los servidores están disponibles, independientemente de su capacidad. 

Ejemplos:

• Sitios web de pequeñas empresas: Distribuir el tráfico entre unos pocos servidores con configuraciones similares.  
   
• Aplicaciones web básicas: Donde la distribución uniforme de solicitudes es suficiente para mantener el rendimiento. 

Método de round-robin ponderado

Un round-robin ponderado utiliza métodos más avanzados que una asignación round-robin tradicional. En lugar de una distribución equitativa, un algoritmo ponderado te permite asignar pesos a cada servidor, generalmente basados en la capacidad del servidor. El balanceador de carga utiliza los pesos asignados para asignar las solicitudes en consecuencia. 

Los servidores con pesos más altos reciben una mayor proporción de las solicitudes entrantes. La distribución es rotativa, similar a la técnica round-robin tradicional, pero los servidores reciben solicitudes proporcionales a su peso a lo largo del ciclo. 

Ejemplos:

• Granjas de servidores con servidores de diferentes especificaciones: Distribuir el tráfico en función de la capacidad del servidor, asegurando que los servidores más potentes manejen una mayor parte de la carga de trabajo.  
   
• Entornos en la nube: Distribuir el tráfico entre máquinas virtuales con diferentes asignaciones de recursos.

Método de hash de IP

El balanceador de carga utiliza el método de hash de IP para generar un valor hash a partir de la dirección IP del usuario. Luego toma el valor hash y asigna al cliente a un servidor específico. Todas las solicitudes de ese cliente están asociadas con su hash, y el balanceador de carga enviará al usuario al mismo servidor con cada nueva solicitud. 

Ejemplos:

• Aplicaciones de banca en línea: Mantener sesiones de usuario y asegurar transacciones seguras.
• Sitios web de comercio electrónico: Preservar el contenido del carrito de compras y las preferencias del usuario.
• Servidores de juegos en línea: Mantener el estado del juego y las conexiones de los jugadores.

Algoritmos de balanceo de carga dinámicos 

A diferencia de los algoritmos de balanceo de carga estáticos, los algoritmos de balanceo de carga dinámicos examinan el estado actual de los servidores antes de distribuir el tráfico de red entrante. Aunque son más complejos, estos algoritmos funcionan mejor para una distribución eficiente de recursos y manejo de carga de servidores. A continuación se presentan algunos algoritmos típicos de balanceo de carga dinámicos. 

Método de menor conexión

Cuando los clientes se conectan a un servidor, establecen una conexión activa para comunicarse. Cuando un balanceador de carga utiliza el método de menor conexión, observa los servidores para determinar cuáles tienen menos conexiones activas y envía el tráfico entrante a ellos. Este método asume que los servidores con menos conexiones tienen la mayor capacidad disponible.

Ejemplos:

• Servidores web que manejan contenido dinámico: Donde los tiempos de procesamiento de solicitudes pueden variar significativamente según la complejidad de la solicitud.
• Aplicaciones con conexiones de larga duración: Como servidores de bases de datos o servicios de streaming.

Método de menor conexión ponderada

El método de menor conexión ponderada es una configuración avanzada de algoritmos de menor conexión. Al igual que la versión estática del método de round-robin ponderado, puedes asignar pesos a cada servidor con este algoritmo. El balanceador de carga distribuirá nuevas solicitudes al servidor con menos conexiones por capacidad ponderada.

Ejemplos:

• Entornos en la nube con máquinas virtuales de diferentes tamaños: Distribuir el tráfico en función de los recursos asignados a cada VM.
• Granjas de servidores con servidores de diferentes especificaciones: Priorizando servidores más potentes mientras se considera la carga actual en cada servidor.

Método de menor tiempo de respuesta

El tiempo de respuesta significa el tiempo que un servidor tarda en procesar una solicitud entrante y enviar una respuesta de vuelta al usuario. El método de menor tiempo de respuesta evalúa los tiempos de respuesta del servidor para que el balanceador de carga dirija las solicitudes entrantes al servidor que responde más rápido.

Ejemplos:

• Servidores de juegos: Donde la baja latencia es crucial para una experiencia de juego fluida y agradable.
• Aplicaciones de comunicación en tiempo real: Como videoconferencias o juegos en línea, donde los retrasos pueden afectar significativamente la experiencia del usuario.
• Clústeres de computación de alto rendimiento: Donde minimizar los tiempos de finalización de trabajos es crítico.

Método basado en recursos

En el método basado en recursos, los balanceadores de carga distribuyen el tráfico analizando los servidores actuales. Los balanceadores de carga buscan un servidor con suficientes recursos antes de enviar cualquier dato.

Ejemplos:

• Servidores de bases de datos: Distribuir conexiones de bases de datos en función de la carga del servidor y los recursos disponibles.
• Clústeres de computación de alto rendimiento: Distribuir trabajos a nodos con los recursos más disponibles.

Los 5 mejores programas de software de balanceo de carga

El software de balanceo de carga distribuye recursos y tráfico entrante a aplicaciones y sitios web para ayudar a los administradores de redes y gerentes de TI a controlar los recursos de manera eficiente. 

Para calificar para la inclusión en la categoría de balanceo de carga de G2, un producto debe:

• Monitorear el tráfico web y distribuir recursos
• Escalar cargas de trabajo de infraestructura para igualar el tráfico
• Proporcionar, o integrarse con, servicios de conmutación por error y respaldo

A continuación se presentan las cinco principales plataformas de balanceo de carga líderes del Informe Grid® de Verano 2024 de G2. Algunas reseñas pueden estar editadas para mayor claridad. 

1. HAProxy

HAProxy impulsa la entrega de aplicaciones modernas a escala en cualquier entorno. Ofrece métodos de balanceo de carga completos, incluidos round robin, menos conexiones y varias técnicas de hash. Los usuarios pueden activar decisiones de enrutamiento avanzadas basadas en URL, nombre de dominio, extensión de archivo, dirección IP o conexiones activas. 

Lo que más les gusta a los usuarios:

“Migramos de Snapt load balancer (basado en software) a HAProxy Enterprise (basado en software). Esto también vino con el HAProxy Fusion. HAProxy ha sido eficiente y estable en los múltiples clientes que atendemos y permite cambios de configuración que no afectan a nuestros clientes. Esto ha sido un gran paso adelante para nuestra estabilidad y confianza en nuestra solución. Dado que es basado en software, hemos incorporado fácilmente la solución en nuestra solución de recuperación ante desastres.

El producto tiene un precio muy competitivo y hemos recibido un apoyo fenomenal. Recomendaría altamente este producto.”

- Reseña de HAProxy, Nathan H. 

Lo que no les gusta a los usuarios:

“Me encantaría una interfaz de usuario (UI) más detallada de la versión de código abierto.”

- Reseña de HAProxy, Colin C. 

2. Cloudflare Application Security and Performance

La solución de balanceo de carga de Cloudflare Application Security and Performance garantiza un alto rendimiento, tiempo de actividad y calidad de experiencia del usuario al equilibrar el tráfico entre servidores y centros de datos distribuidos geográficamente. Con esta plataforma dinámica, los usuarios pueden gestionar el tráfico a través de múltiples protocolos para personalizar la configuración y satisfacer sus necesidades comerciales. 

Lo que más les gusta a los usuarios:

“Las características integrales de Cloudflare mejoran la velocidad de tu sitio y lo protegen de diversas amenazas en línea. 

Cloudflare también proporciona certificados de capa de sockets seguros (SSL) gratuitos para la transmisión segura de datos, optimiza imágenes para una carga más rápida y simplifica archivos a través de la minificación. El almacenamiento en caché del navegador, WebSockets para comunicación en tiempo real, balanceo de carga, limitación de velocidad, enrutamiento de red optimizado, reglas de página para personalización y la función AMP Real URL para mantener tu identidad de marca en los resultados de Google AMP son parte del robusto conjunto de herramientas de Cloudflare para optimizar y asegurar tu sitio web.”

- Reseña de Cloudflare Application Security and Performance, Chandra Shekhar T. 

Lo que no les gusta a los usuarios:

“Hasta ahora, no hay nada que no me guste. Sin embargo, podrían mejorar el lenguaje en su UI, que está lleno de jerga para técnicos. O podrían ofrecer una vista de UI simple para no técnicos y una vista avanzada para técnicos.”

- Reseña de Cloudflare Application Security and Performance, Jay K. 

3. F5 NGINX Ingress Controller

F5 NGINX Ingress Controller utiliza una herramienta universal de Kubernetes para implementar puertas de enlace de interfaz de programación de aplicaciones (API) y balanceadores de carga. Proporciona protección de aplicaciones a escala a través de controles de seguridad sólidos y entornos distribuidos, y previene el tiempo de inactividad de las aplicaciones a través de patrones de conectividad avanzados y procesos de solución de problemas. 

Lo que más les gusta a los usuarios:

“Redujo la complejidad del tráfico de aplicaciones de Kubernetes. F5 NGINX Ingress Controller simplifica la gestión y optimización del flujo de tráfico hacia tus aplicaciones de Kubernetes y proporciona características avanzadas de redes y seguridad para asegurar su confiabilidad y seguridad.”

- Reseña de F5 NGINX Ingress Controller, Shubham S. 

Lo que no les gusta a los usuarios:

“Al considerar F5, es importante sopesar los beneficios, como la gestión avanzada del tráfico y las características de seguridad, contra posibles desventajas, como el costo y la complejidad. Aunque es una solución confiable para gestionar el tráfico de ingreso de Kubernetes, los usuarios pueden necesitar invertir tiempo y recursos para aprender e implementarlo de manera efectiva.”

- Reseña de F5 NGINX Ingress Controller, Bhargav N. 

4. Kemp LoadMaster

Kemp LoadMaster ofrece balanceadores de carga para un balanceo de alto rendimiento y entrega de aplicaciones. Proporciona balanceadores de carga de implementación de hardware, virtual y nativa de la nube para satisfacer diversas necesidades. Las soluciones Kemp LoadMaster también vienen con una extensa biblioteca de plantillas de implementación de aplicaciones. 

Lo que más les gusta a los usuarios:

“Kemp Loadmaster es un sistema flexible, sólido y confiable. El soporte al cliente es tremendo, y recomiendo obtener un buen mantenimiento de soporte.”

- Reseña de Kemp LoadMaster, Anthony C. 

Lo que no les gusta a los usuarios:

“Kemp LoadMaster tiene un precio un poco más alto que otras soluciones de balanceo de carga en el mercado.” 

- Reseña de Kemp LoadMaster, Tony W. 

5. F5 NGINX Plus

F5 NGINX Plus es una puerta de enlace API todo en uno, caché de contenido, balanceador de carga y servidor web con características de nivel empresarial. El balanceador de carga NGINX Plus es de alto rendimiento y ligero para diversas necesidades de operaciones de red y desarrollo.

Lo que más les gusta a los usuarios:

“F5 NGINX Plus es una de las mejores plataformas de monitoreo de API y mejora de seguridad que simplifica la modernización de aplicaciones heredadas y la entrega de aplicaciones de microservicios a empresas en proceso de transformación digital.”

- Reseña de F5 NGINX Plus, Manya V. 

Lo que no les gusta a los usuarios:

“La prueba actual es de 30 días para NGINX Plus y debería haber sido de al menos 90 días para que la plataforma entienda cómo sería el retorno de la inversión si se compra.”

- Reseña de F5 NGINX Plus, Mohammad S. 

Balanceo de carga: Preguntas frecuentes (FAQs)

¿Qué es el algoritmo aleatorio para el balanceo de carga?

El algoritmo "aleatorio" distribuye las solicitudes entrantes de manera aleatoria entre los servidores disponibles. Es un enfoque simple que puede ser efectivo en algunas situaciones, pero no considera la carga del servidor u otros factores.

¿Qué algoritmo es mejor para datos desequilibrados?

Para datos desequilibrados, generalmente se prefieren los algoritmos que consideran la carga o el rendimiento del servidor. Menos conexiones y Menor tiempo de respuesta pueden ser buenas opciones, ya que se adaptan dinámicamente a las condiciones cambiantes del servidor.

¿Qué es la afinidad de sesión y por qué es importante?

La afinidad de sesión asegura que las solicitudes del mismo usuario siempre se dirijan al mismo servidor. Importante para aplicaciones que dependen de datos de sesión (por ejemplo, carritos de compras en línea, inicios de sesión de usuarios).  

¿Cómo manejan los balanceadores de carga las fallas de los servidores?

Los balanceadores de carga manejan las fallas de los servidores mediante chequeos de salud regulares, eliminación automática de servidores no saludables y conmutación por error.

¿Cuál es el mejor algoritmo para el balanceo de carga? 

No hay un algoritmo "mejor". La elección óptima depende en gran medida de las necesidades y características específicas de tu sistema. Los factores a considerar incluyen: patrones de tráfico, capacidades del servidor y requisitos de la aplicación.

¿Fuera de balance?

Los algoritmos de balanceo de carga mantienen fundamentalmente la eficiencia y confiabilidad de las aplicaciones y sitios web modernos. Trabajan arduamente para asegurarse de que ningún servidor se sobrecargue para que las empresas puedan proporcionar un servicio fluido e ininterrumpido para los usuarios en todo el mundo. Ya sea que gestiones un entorno en la nube o dirijas un negocio de comercio electrónico en auge, el balanceo de carga enriquecerá la experiencia del usuario. 

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