Quels sont les algorithmes d'équilibrage de charge ? Tout ce que vous devez savoir

Imaginez un hôte de restaurant qui place les clients entrants dans différentes parties du restaurant pour répartir la charge de travail parmi le personnel de service. L'hôte vise à s'assurer qu'aucun serveur ne se sente submergé ou ne devienne responsable de plus de tables qu'il ne peut gérer. Ce processus permet également aux clients de recevoir un service rapide.

Dans les services cloud, les algorithmes d'équilibrage de charge fonctionnent de la même manière. Les administrateurs réseau et les responsables informatiques utilisent des logiciels d'équilibrage de charge pour répartir les ressources sur les sites web et les applications afin qu'ils tirent le meilleur parti de leurs ressources.

L'objectif principal est d'empêcher qu'un seul serveur ne soit surchargé, assurant des performances optimales, une haute disponibilité et une utilisation efficace des ressources.  

Comment fonctionne l'équilibrage de charge ?

Chaque jour, des milliards de personnes accèdent à des applications modernes via Internet. Les applications fonctionnent généralement sur plusieurs serveurs. Les outils d'équilibrage de charge facilitent la répartition des tâches pour éviter qu'un serveur ne soit submergé et ne ralentisse ou, pire, ne plante. Cela aide à répartir le travail de manière uniforme sur plusieurs serveurs afin que les utilisateurs puissent accéder aux applications sans délai ni interruption.

Pour que cela se produise, les développeurs ont créé des équilibreurs de charge, des dispositifs ou des programmes logiciels responsables de la distribution du trafic. Les administrateurs réseau les placent entre les utilisateurs et les serveurs. Lorsqu'un utilisateur tente de se connecter à une application, l'équilibreur de charge examine la requête et choisit le serveur le plus approprié.

Le processus fonctionne en coulisses, invisible pour les utilisateurs, de sorte qu'ils ne voient pas leurs requêtes passer par les équilibreurs de charge. Au lieu de cela, ils demandent diverses pages web et reçoivent des résultats pendant que l'équilibreur de charge travaille pour présenter les pages qu'ils demandent – presque comme par magie.

Vous pouvez comparer l'équilibrage de charge à la responsabilité d'un conducteur de trafic (sauf qu'un directeur de trafic est visible et que les équilibreurs de charge ne le sont pas). Pensez à une intersection animée en travaux sans feux de signalisation en fonctionnement. Sans contrôleur de trafic, les voitures pourraient ne pas se relayer pour traverser l'intersection, ce qui finirait par entraîner des accidents et des embouteillages.

Le directeur de trafic guide les véhicules à travers l'intersection à des intervalles raisonnables, équilibrant la charge de trafic pour s'assurer que tout se déroule sans heurts et pour réduire la probabilité d'accidents. Dans cet exemple, le directeur de trafic est l'équilibreur de charge, les voitures sont les tâches que les utilisateurs demandent, et les routes sont les serveurs.

Avantages de l'équilibrage de charge

L'équilibrage de charge améliore l'efficacité, la fiabilité et la scalabilité des systèmes gérant un trafic intense, ce qui se traduit par une expérience utilisateur améliorée. Les algorithmes d'équilibrage de charge offrent plusieurs avantages clés :

• Amélioration des performances : En distribuant le trafic sur plusieurs serveurs, l'équilibrage de charge minimise les temps d'attente pour les utilisateurs, conduisant à une expérience plus rapide et plus réactive. La gestion de plusieurs requêtes simultanément augmente la capacité et l'efficacité globales du système, conduisant à une amélioration des performances.  
• Tolérance aux pannes : Si un serveur tombe en panne, les algorithmes d'équilibrage de charge redirigent sans heurt le trafic vers d'autres serveurs disponibles, assurant un temps d'arrêt minimal et un service ininterrompu.   
• Scalabilité : Ajouter de nouveaux serveurs au pool est simple, permettant une mise à l'échelle facile pour répondre aux demandes de trafic croissantes.   
• Optimisation des ressources : L'équilibrage de charge prévient les goulets d'étranglement des ressources en répartissant la charge de travail de manière uniforme, maximisant l'utilisation des ressources disponibles.   
• Réduction des coûts : En utilisant efficacement le matériel existant, les organisations peuvent potentiellement réduire le besoin de mises à niveau coûteuses des serveurs.

Types d'algorithmes d'équilibrage de charge

Les algorithmes d'équilibrage de charge se divisent en deux types : statiques ou dynamiques. Apprenons-en plus sur les types d'algorithmes d'équilibrage de charge.

Algorithmes d'équilibrage de charge statiques

Les algorithmes d'équilibrage de charge statiques suivent des règles fixes pour distribuer le trafic de manière uniforme sur les serveurs. Plutôt que de prendre en compte l'état actuel ou la charge des serveurs, ils se basent sur des règles prédéterminées. En raison de leur simplicité, les algorithmes d'équilibrage de charge statiques sont généralement plus faciles à mettre en œuvre que les algorithmes dynamiques. Cependant, ils ne gèrent pas toujours efficacement les charges de serveur variées.

Voici quelques-uns des algorithmes d'équilibrage de charge statiques standard.

Méthode du round-robin

Dans la distribution en round-robin, les équilibreurs de charge distribuent les requêtes des utilisateurs entrants sur les serveurs dans un ordre rotatif. L'équilibreur de charge parcourt une liste de serveurs jusqu'à ce qu'il atteigne la fin. Ensuite, le processus recommence, et l'équilibreur de charge commence à attribuer des requêtes en haut de la liste dans le même ordre. Rappelez-vous que tous les algorithmes statiques, y compris la méthode du round-robin, supposent que tous les serveurs sont disponibles, quelle que soit leur capacité.

Exemples :

• Sites web de petites entreprises : Distribution du trafic sur quelques serveurs avec des configurations similaires.  
   
• Applications web de base : Où une distribution uniforme des requêtes est suffisante pour maintenir les performances.

Méthode du round-robin pondéré

Un round-robin pondéré fait appel à des méthodes plus avancées qu'une attribution round-robin traditionnelle. Au lieu d'une distribution égale, un algorithme pondéré vous permet d'attribuer des poids à chaque serveur, généralement en fonction de la capacité du serveur. L'équilibreur de charge utilise les poids attribués pour allouer les requêtes en conséquence.

Les serveurs avec des poids plus élevés reçoivent une plus grande proportion des requêtes entrantes. La distribution est rotative, similaire à la technique round-robin traditionnelle, mais les serveurs reçoivent des requêtes proportionnelles à leur poids tout au long du cycle.

Exemples :

• Fermes de serveurs avec des serveurs de spécifications différentes : Distribution du trafic en fonction de la capacité du serveur, garantissant que les serveurs plus puissants gèrent une plus grande part de la charge de travail.  
   
• Environnements cloud : Distribution du trafic sur des machines virtuelles avec des allocations de ressources variables.

Méthode de hachage IP

L'équilibreur de charge utilise la méthode de hachage IP pour générer une valeur de hachage à partir de l'adresse IP de l'utilisateur. Il prend ensuite la valeur de hachage et attribue le client à un serveur spécifique. Toutes les requêtes de ce client sont associées à leur hachage, et l'équilibreur de charge enverra l'utilisateur au même serveur à chaque nouvelle requête.

Exemples :

• Applications bancaires en ligne : Maintien des sessions utilisateur et garantie de transactions sécurisées.
• Sites web de commerce électronique : Préservation du contenu des paniers d'achat et des préférences utilisateur.
• Serveurs de jeux en ligne : Maintien de l'état du jeu et des connexions des joueurs.

Algorithmes d'équilibrage de charge dynamiques

Contrairement aux algorithmes d'équilibrage de charge statiques, les algorithmes d'équilibrage de charge dynamiques examinent l'état actuel des serveurs avant de distribuer le trafic réseau entrant. Bien que plus complexes, ces algorithmes offrent de meilleures performances pour une distribution efficace des ressources et une gestion de la charge des serveurs. Voici quelques algorithmes d'équilibrage de charge dynamiques typiques.

Méthode de la moindre connexion

Lorsque les clients se connectent à un serveur, ils établissent une connexion active pour communiquer. Lorsqu'un équilibreur de charge utilise la méthode de la moindre connexion, il examine les serveurs pour déterminer lesquels ont le moins de connexions actives et leur envoie le trafic entrant. Cette méthode suppose que les serveurs avec le moins de connexions ont la capacité la plus disponible.

Exemples :

• Serveurs web traitant du contenu dynamique : Où les temps de traitement des requêtes peuvent varier considérablement en fonction de la complexité de la requête.
• Applications avec des connexions de longue durée : Telles que les serveurs de bases de données ou les services de streaming.

Méthode de la moindre connexion pondérée

La méthode de la moindre connexion pondérée est une configuration avancée des algorithmes de moindre connexion. Comme la version statique de la méthode du round-robin pondéré, vous pouvez attribuer des poids à chaque serveur avec cet algorithme. L'équilibreur de charge distribuera les nouvelles requêtes au serveur avec le moins de connexions par capacité pondérée.

Exemples :

• Environnements cloud avec des machines virtuelles de tailles variées : Distribution du trafic en fonction des ressources allouées à chaque VM.
• Fermes de serveurs avec des serveurs de spécifications différentes : Priorisation des serveurs plus puissants tout en tenant compte de la charge actuelle sur chaque serveur.

Méthode du temps de réponse le plus court

Le temps de réponse signifie le temps qu'un serveur met pour traiter une requête entrante et envoyer une réponse à l'utilisateur. La méthode du temps de réponse le plus court évalue les temps de réponse des serveurs afin que l'équilibreur de charge dirige les requêtes entrantes vers le serveur répondant le plus rapidement.

Exemples :

• Serveurs de jeux : Où une faible latence est cruciale pour une expérience de jeu fluide et agréable.
• Applications de communication en temps réel : Telles que la visioconférence ou les jeux en ligne, où les retards peuvent avoir un impact significatif sur l'expérience utilisateur.
• Clusters de calcul haute performance : Où minimiser les temps d'achèvement des tâches est crucial.

Méthode basée sur les ressources

Dans la méthode basée sur les ressources, les équilibreurs de charge distribuent le trafic en analysant les serveurs actuels. Les équilibreurs de charge recherchent un serveur avec des ressources suffisantes avant d'envoyer des données.

Exemples :

• Serveurs de bases de données : Distribution des connexions de base de données en fonction de la charge du serveur et des ressources disponibles.
• Clusters de calcul haute performance : Distribution des tâches aux nœuds avec les ressources les plus disponibles.

Top 5 des programmes logiciels d'équilibrage de charge

Les logiciels d'équilibrage de charge distribuent les ressources et le trafic entrant vers les applications et les sites web afin d'aider les administrateurs réseau et les responsables informatiques à contrôler efficacement les ressources.

Pour être inclus dans la catégorie d'équilibrage de charge de G2, un produit doit :

• Surveiller le trafic web et distribuer les ressources
• Mettre à l'échelle les charges de travail de l'infrastructure pour correspondre au trafic
• Fournir ou s'intégrer à des services de basculement et de sauvegarde

Voici les cinq principales plateformes d'équilibrage de charge du rapport Grid® Summer 2024 de G2. Certains avis peuvent être modifiés pour plus de clarté.

1. HAProxy

HAProxy alimente la livraison d'applications modernes à grande échelle dans n'importe quel environnement. Il offre des méthodes d'équilibrage de charge complètes, y compris le round robin, les moindres connexions et plusieurs techniques de hachage. Les utilisateurs peuvent activer des décisions de routage avancées basées sur l'URL, le nom de domaine, l'extension de fichier, l'adresse IP ou les connexions actives.

Ce que les utilisateurs aiment le plus :

« Nous sommes passés de l'équilibreur de charge Snapt (basé sur logiciel) à HAProxy Enterprise (basé sur logiciel). Cela est également venu avec le HAProxy Fusion. HAProxy a été performant et stable pour les nombreux clients que nous servons et permet des changements de configuration qui n'impactent pas nos clients. Cela a été un grand pas en avant pour notre stabilité et notre confiance dans notre solution. Étant basé sur logiciel, nous avons facilement intégré la solution dans notre solution de reprise après sinistre.

Le produit est très compétitif en termes de prix, et nous avons reçu un soutien phénoménal. Je recommande vivement ce produit. »

- HAProxy Review, Nathan H.

Ce que les utilisateurs n'aiment pas :

« J'aimerais une interface utilisateur (UI) plus approfondie de la version open source. »

- HAProxy Review, Colin C.

2. Cloudflare Application Security and Performance

La solution d'équilibrage de charge de Cloudflare Application Security and Performance garantit des performances élevées, un temps de disponibilité et une expérience utilisateur de qualité en équilibrant le trafic sur des serveurs et des centres de données géographiquement distribués. Avec cette plateforme dynamique, les utilisateurs peuvent gérer le trafic sur plusieurs protocoles pour adapter la configuration et répondre à leurs besoins commerciaux.

Ce que les utilisateurs aiment le plus :

« Les fonctionnalités complètes de Cloudflare augmentent la vitesse de votre site et le protègent contre diverses menaces en ligne.

Cloudflare fournit également des certificats SSL gratuits pour une transmission sécurisée des données, optimise les images pour un chargement plus rapide et simplifie les fichiers grâce à la minification. Le cache du navigateur, les WebSockets pour la communication en temps réel, l'équilibrage de charge, la limitation de débit, le routage réseau optimisé, les règles de page pour la personnalisation et la fonctionnalité AMP Real URL pour maintenir votre identité de marque dans les résultats AMP de Google font tous partie de la boîte à outils robuste de Cloudflare pour optimiser et sécuriser votre site web. »

- Cloudflare Application Security and Performance Review, Chandra Shekhar T.

Ce que les utilisateurs n'aiment pas :

« Jusqu'à présent, il n'y a rien que je n'aime pas. Cependant, ils pourraient améliorer le langage de leur interface utilisateur, qui est plein de jargon pour les techniciens. Ou ils pourraient offrir une vue simple de l'interface utilisateur pour les non-techniciens et une vue avancée pour les techniciens. »

- Cloudflare Application Security and Performance Review, Jay K.

3. F5 NGINX Ingress Controller

F5 NGINX Ingress Controller utilise un outil Kubernetes universel pour implémenter des passerelles d'interface de programmation d'application (API) et des équilibreurs de charge. Il fournit une protection des applications à grande échelle grâce à des contrôles de sécurité robustes et des environnements distribués, et prévient les temps d'arrêt des applications grâce à des schémas de connectivité avancés et des processus de dépannage.

Ce que les utilisateurs aiment le plus :

« Il a réduit la complexité du trafic des applications Kubernetes. F5 NGINX Ingress Controller simplifie la gestion et l'optimisation du flux de trafic vers vos applications Kubernetes et fournit des fonctionnalités avancées de mise en réseau et de sécurité pour garantir leur fiabilité et leur sécurité. »

- F5 NGINX Ingress Controller Review, Shubham S.

Ce que les utilisateurs n'aiment pas :

« Lors de la considération de F5, il est important de peser les avantages, tels que la gestion avancée du trafic et les fonctionnalités de sécurité, contre les inconvénients potentiels, tels que le coût et la complexité. Bien qu'il s'agisse d'une solution fiable pour gérer le trafic d'entrée de Kubernetes, les utilisateurs peuvent avoir besoin d'investir du temps et des ressources pour l'apprendre et l'implémenter efficacement. »

- F5 NGINX Ingress Controller Review, Bhargav N.

4. Kemp LoadMaster

Kemp LoadMaster offre des équilibreurs de charge pour un équilibrage et une livraison d'applications à haute performance. Il fournit des équilibreurs de charge de déploiement matériel, virtuel et natif du cloud pour répondre à des besoins variés. Les solutions Kemp LoadMaster sont également accompagnées d'une vaste bibliothèque de modèles de déploiement d'applications.

Ce que les utilisateurs aiment le plus :

« Kemp Loadmaster est un système flexible, solide et fiable. Le support client est formidable, et je recommande d'obtenir un bon support de maintenance. »

- Kemp LoadMaster Review, Anthony C.

Ce que les utilisateurs n'aiment pas :

« Kemp LoadMaster est un peu plus cher que d'autres solutions d'équilibrage de charge sur le marché. »

- Kemp LoadMaster Review, Tony W.

5. F5 NGINX Plus

F5 NGINX Plus est une passerelle API tout-en-un, un cache de contenu, un équilibreur de charge et un serveur web avec des fonctionnalités de niveau entreprise. L'équilibreur de charge NGINX Plus est performant et léger pour divers besoins en opérations réseau et développement.

Ce que les utilisateurs aiment le plus :

« F5 NGINX Plus est l'une des meilleures plateformes de surveillance des API et d'amélioration de la sécurité qui simplifie la modernisation des applications héritées et la livraison d'applications de micro-services aux entreprises en cours de transformation numérique. »

- F5 NGINX Plus Review, Manya V.

Ce que les utilisateurs n'aiment pas :

« L'essai actuel est de 30 jours pour NGINX Plus et aurait dû être d'au moins 90 jours pour que la plateforme comprenne comment le retour sur investissement serait si elle est achetée. »

- F5 NGINX Plus Review, Mohammad S.

Équilibrage de charge : questions fréquemment posées (FAQ)

Quel est l'algorithme aléatoire pour l'équilibrage de charge ?

L'algorithme "aléatoire" distribue les requêtes entrantes de manière aléatoire sur les serveurs disponibles. C'est une approche simple qui peut être efficace dans certaines situations, mais elle ne prend pas en compte la charge du serveur ou d'autres facteurs.

Quel algorithme est le meilleur pour les données déséquilibrées ?

Pour les données déséquilibrées, les algorithmes qui prennent en compte la charge ou les performances du serveur sont généralement préférés. Les moindres connexions et le temps de réponse le plus court peuvent être de bons choix, car ils s'adaptent dynamiquement aux conditions changeantes des serveurs.

Qu'est-ce que l'affinité de session et pourquoi est-elle importante ?

L'affinité de session garantit que les requêtes d'un même utilisateur sont toujours dirigées vers le même serveur. Important pour les applications qui dépendent des données de session (par exemple, les paniers d'achat en ligne, les connexions utilisateur).  

Comment les équilibreurs de charge gèrent-ils les pannes de serveur ?

Les équilibreurs de charge gèrent les pannes de serveur par des vérifications régulières de l'état de santé, une suppression automatique des serveurs défaillants et un basculement.

Quel est le meilleur algorithme pour l'équilibrage de charge ?

Il n'y a pas de "meilleur" algorithme. Le choix optimal dépend fortement des besoins spécifiques et des caractéristiques de votre système. Les facteurs à prendre en compte incluent : les modèles de trafic, les capacités des serveurs et les exigences des applications.

En déséquilibre ?

Les algorithmes d'équilibrage de charge maintiennent fondamentalement l'efficacité et la fiabilité des applications et sites web modernes. Ils travaillent dur pour s'assurer qu'aucun serveur unique ne soit surchargé afin que les entreprises puissent fournir un service fluide et ininterrompu aux utilisateurs du monde entier. Que vous gériez un environnement cloud ou dirigiez une entreprise de commerce électronique animée, l'équilibrage de charge enrichira l'expérience utilisateur.

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