Cosa Sono Gli Algoritmi di Bilanciamento del Carico? Tutto Quello Che Devi Sapere

Immagina un ristoratore che accompagna gli ospiti in arrivo in diverse parti del ristorante per distribuire il carico di lavoro tra il personale di sala. L'obiettivo del ristoratore è assicurarsi che nessun cameriere si senta sopraffatto o diventi responsabile di più tavoli di quanti ne possa gestire. Questo processo garantisce anche che gli ospiti ricevano un servizio tempestivo.

Nei servizi cloud, gli algoritmi di bilanciamento del carico funzionano allo stesso modo. Gli amministratori di rete e i responsabili IT utilizzano software di bilanciamento del carico per suddividere le risorse tra siti web e applicazioni in modo che possano ottenere il massimo dalle loro risorse.

L'obiettivo principale è prevenire il sovraccarico di un singolo server, garantendo prestazioni ottimali, alta disponibilità e un utilizzo efficiente delle risorse.  

Come funziona il bilanciamento del carico?

Ogni giorno, miliardi di persone accedono alle applicazioni moderne tramite internet. Le applicazioni di solito funzionano su più server. Gli strumenti di bilanciamento del carico facilitano la distribuzione dei compiti per evitare che un server venga sovraccaricato e rallenti o, peggio, si blocchi. Aiuta a distribuire il lavoro in modo uniforme su più server in modo che gli utenti possano accedere alle applicazioni senza ritardi o interruzioni.

Per far sì che ciò accada, gli sviluppatori hanno creato bilanciatori di carico, dispositivi o programmi software responsabili della distribuzione del traffico. Gli amministratori di rete li posizionano tra gli utenti e i server. Quando un utente tenta di connettersi a un'applicazione, il bilanciatore di carico esamina la richiesta e sceglie il server più adatto.

Il processo avviene dietro le quinte, invisibile agli utenti, quindi non vedono le loro richieste passare attraverso i bilanciatori di carico. Invece, chiedono varie pagine web e ricevono i risultati mentre il bilanciatore di carico lavora per presentare le pagine richieste - quasi come per magia.

Puoi paragonare il bilanciamento del carico alla responsabilità di un direttore del traffico (tranne che un direttore del traffico è visibile e i bilanciatori di carico non lo sono). Pensa a un incrocio trafficato che è in costruzione senza semafori funzionanti. Senza un direttore del traffico, le auto potrebbero non alternarsi nel passare attraverso l'incrocio, il che alla fine porterebbe a incidenti e ingorghi.

Il direttore del traffico guida i veicoli attraverso l'incrocio a intervalli ragionevoli, bilanciando il carico di traffico per assicurarsi che tutto scorra senza intoppi e per ridurre la probabilità di incidenti. In questo esempio, il direttore del traffico è il bilanciatore di carico, le auto sono i compiti richiesti dagli utenti e le strade sono i server.

Vantaggi del bilanciamento del carico

Il bilanciamento del carico aumenta l'efficienza, l'affidabilità e la scalabilità dei sistemi che gestiscono traffico intenso, risultando in un'esperienza utente migliorata. Gli algoritmi di bilanciamento del carico offrono diversi vantaggi chiave:

• Miglioramento delle prestazioni: Distribuendo il traffico su più server, il bilanciamento del carico riduce i tempi di attesa per gli utenti, portando a un'esperienza più veloce e reattiva. Gestire diverse richieste contemporaneamente aumenta la capacità e l'efficienza complessiva del sistema, portando a un miglioramento delle prestazioni.  
• Tolleranza ai guasti: Se un server si guasta, gli algoritmi di bilanciamento del carico reindirizzano senza problemi il traffico ad altri server disponibili, garantendo un tempo di inattività minimo e un servizio ininterrotto.   
• Scalabilità: Aggiungere nuovi server al pool è semplice, consentendo una facile scalabilità per soddisfare le crescenti esigenze di traffico.   
• Ottimizzazione delle risorse: Il bilanciamento del carico previene i colli di bottiglia delle risorse distribuendo il carico di lavoro in modo uniforme, massimizzando l'uso delle risorse disponibili.   
• Riduzione dei costi: Utilizzando in modo efficiente l'hardware esistente, le organizzazioni possono potenzialmente ridurre la necessità di costosi aggiornamenti dei server.

Tipi di algoritmi di bilanciamento del carico

Gli algoritmi di bilanciamento del carico si dividono in due tipi: statici o dinamici. Scopriamo di più sui tipi di algoritmi di bilanciamento del carico.

Algoritmi di bilanciamento del carico statici

Gli algoritmi di bilanciamento del carico statici seguono regole fisse per distribuire il traffico in modo uniforme tra i server. Piuttosto che considerare lo stato attuale o il carico dei server, si basano su regole predeterminate. A causa della loro semplicità, gli algoritmi di bilanciamento del carico statici sono generalmente più facili da implementare rispetto a quelli dinamici. Tuttavia, non gestiscono sempre in modo efficiente i vari carichi dei server.

Di seguito sono riportati alcuni degli algoritmi di bilanciamento del carico statici standard.

Metodo round-robin

Nella distribuzione round-robin, i bilanciatori di carico distribuiscono le richieste degli utenti in arrivo tra i server in ordine rotazionale. Il bilanciatore di carico percorre un elenco di server fino a raggiungere la fine. Quindi, il processo ricomincia e il bilanciatore di carico inizia ad assegnare le richieste dall'inizio dell'elenco nello stesso ordine. Ricorda che tutti gli algoritmi statici, incluso il metodo round-robin, presuppongono che tutti i server siano disponibili, indipendentemente dalla capacità.

Esempi:

• Siti web di piccole imprese: Distribuire il traffico su pochi server con configurazioni simili.  
   
• Applicazioni web di base: Dove la distribuzione uniforme delle richieste è sufficiente per mantenere le prestazioni.

Metodo round-robin ponderato

Un round-robin ponderato utilizza metodi più avanzati rispetto a un'assegnazione round-robin tradizionale. Invece di una distribuzione equa, un algoritmo ponderato consente di assegnare pesi a ciascun server, tipicamente basati sulla capacità del server. Il bilanciatore di carico utilizza i pesi assegnati per allocare le richieste di conseguenza.

I server con pesi più alti ricevono una proporzione maggiore delle richieste in arrivo. La distribuzione è rotazionale, simile alla tecnica round-robin tradizionale, ma i server ricevono richieste proporzionali al loro peso durante il ciclo.

Esempi:

• Server farm con server di specifiche diverse: Distribuire il traffico in base alla capacità del server, assicurando che i server più potenti gestiscano una quota maggiore del carico di lavoro.  
   
• Ambienti cloud: Distribuire il traffico tra macchine virtuali con allocazioni di risorse variabili.

Metodo hash IP

Il bilanciatore di carico utilizza il metodo hash IP per generare un valore hash dall'indirizzo IP dell'utente. Quindi prende il valore hash e assegna il client a un server specifico. Tutte le richieste di quel client sono associate al loro hash, e il bilanciatore di carico invierà l'utente allo stesso server con ogni nuova richiesta.

Esempi:

• Applicazioni bancarie online: Mantenere le sessioni utente e garantire transazioni sicure.
• Siti web di e-commerce: Preservare i contenuti del carrello e le preferenze degli utenti.
• Server di giochi online: Mantenere lo stato del gioco e le connessioni dei giocatori.

Algoritmi di bilanciamento del carico dinamici

A differenza degli algoritmi di bilanciamento del carico statici, gli algoritmi di bilanciamento del carico dinamici esaminano lo stato attuale dei server prima di distribuire il traffico di rete in arrivo. Sebbene più complessi, questi algoritmi offrono prestazioni migliori per una distribuzione efficiente delle risorse e una gestione del carico del server. Di seguito sono riportati alcuni tipici algoritmi di bilanciamento del carico dinamici.

Metodo della connessione minima

Quando i client si connettono a un server, stabiliscono una connessione attiva per comunicare. Quando un bilanciatore di carico utilizza il metodo della connessione minima, esamina i server per determinare quali hanno il minor numero di connessioni attive e invia loro il traffico in arrivo. Questo metodo presuppone che i server con meno connessioni abbiano la capacità più disponibile.

Esempi:

• Server web che gestiscono contenuti dinamici: Dove i tempi di elaborazione delle richieste possono variare significativamente in base alla complessità della richiesta.
• Applicazioni con connessioni di lunga durata: Come server di database o servizi di streaming.

Metodo della connessione minima ponderata

Il metodo della connessione minima ponderata è una configurazione avanzata degli algoritmi di connessione minima. Come la versione statica del metodo round-robin ponderato, è possibile assegnare pesi a ciascun server con questo algoritmo. Il bilanciatore di carico distribuirà le nuove richieste al server con il minor numero di connessioni in base alla capacità ponderata.

Esempi:

• Ambienti cloud con macchine virtuali di dimensioni variabili: Distribuire il traffico in base alle risorse allocate a ciascuna VM.
• Server farm con server di specifiche diverse: Dare priorità ai server più potenti considerando il carico attuale su ciascun server.

Metodo del tempo di risposta minimo

Il tempo di risposta indica il tempo che un server impiega per elaborare una richiesta in arrivo e inviare una risposta all'utente. Il metodo del tempo di risposta minimo valuta i tempi di risposta del server in modo che il bilanciatore di carico instradi le richieste in arrivo al server che risponde più velocemente.

Esempi:

• Server di giochi: Dove la bassa latenza è cruciale per un'esperienza di gioco fluida e piacevole.
• Applicazioni di comunicazione in tempo reale: Come videoconferenze o giochi online, dove i ritardi possono influire significativamente sull'esperienza utente.
• Cluster di calcolo ad alte prestazioni: Dove minimizzare i tempi di completamento dei lavori è fondamentale.

Metodo basato sulle risorse

Nel metodo basato sulle risorse, i bilanciatori di carico distribuiscono il traffico analizzando i server attuali. I bilanciatori di carico cercano un server con risorse sufficienti prima di inviare qualsiasi dato.

Esempi:

• Server di database: Distribuire le connessioni al database in base al carico del server e alle risorse disponibili.
• Cluster di calcolo ad alte prestazioni: Distribuire i lavori ai nodi con le risorse più disponibili.

I 5 migliori programmi software di bilanciamento del carico

Il software di bilanciamento del carico distribuisce risorse e traffico in arrivo ad applicazioni e siti web per aiutare gli amministratori di rete e i responsabili IT a controllare le risorse in modo efficiente.

Per qualificarsi per l'inclusione nella categoria di bilanciamento del carico di G2, un prodotto deve:

• Monitorare il traffico web e distribuire le risorse
• Scalare i carichi di lavoro dell'infrastruttura per adattarsi al traffico
• Fornire o integrarsi con servizi di failover e backup

Di seguito sono riportate le cinque principali piattaforme di bilanciamento del carico dal Grid® Report di G2 dell'estate 2024. Alcune recensioni possono essere modificate per chiarezza.

1. HAProxy

HAProxy alimenta la consegna moderna delle applicazioni su larga scala in qualsiasi ambiente. Offre metodi di bilanciamento del carico completi, tra cui round robin, connessioni minime e diverse tecniche di hashing. Gli utenti possono attivare decisioni di routing avanzate basate su URL, nome di dominio, estensione del file, indirizzo IP o connessioni attive.

Cosa piace di più agli utenti:

“Abbiamo migrato da Snapt load balancer (basato su software) a HAProxy Enterprise (basato su software). Questo includeva anche HAProxy Fusion. HAProxy è stato performante e stabile tra i diversi clienti che serviamo e consente modifiche alla configurazione che non impattano i nostri clienti. Questo è stato un grande passo avanti per la nostra stabilità e fiducia nella nostra soluzione. Poiché è basato su software, abbiamo facilmente incorporato la soluzione nel nostro piano di recupero di emergenza.

Il prodotto è molto competitivo nel prezzo e abbiamo ricevuto un supporto fenomenale. Consiglierei vivamente questo prodotto.”

- Recensione HAProxy, Nathan H.

Cosa non piace agli utenti:

“Mi piacerebbe un'interfaccia utente (UI) più approfondita dalla versione open source.”

- Recensione HAProxy, Colin C.

2. Cloudflare Application Security and Performance

La soluzione di bilanciamento del carico di Cloudflare Application Security and Performance garantisce alte prestazioni, uptime e un'esperienza utente di qualità bilanciando il traffico tra server e data center distribuiti geograficamente. Con questa piattaforma dinamica, gli utenti possono gestire il traffico su più protocolli per personalizzare la configurazione e soddisfare le esigenze aziendali.

Cosa piace di più agli utenti:

“Le funzionalità complete di Cloudflare aumentano la velocità del tuo sito e lo proteggono da varie minacce online.

Cloudflare fornisce anche certificati secure sockets layer (SSL) gratuiti per la trasmissione sicura dei dati, ottimizza le immagini per un caricamento più veloce e semplifica i file tramite la minificazione. La memorizzazione nella cache del browser, i WebSockets per la comunicazione in tempo reale, il bilanciamento del carico, la limitazione della velocità, l'ottimizzazione del routing di rete, le regole di pagina per la personalizzazione e la funzione AMP Real URL per mantenere l'identità del tuo marchio nei risultati AMP di Google fanno parte del robusto toolkit di Cloudflare per ottimizzare e proteggere il tuo sito web.”

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

Cosa non piace agli utenti:

“Finora, non c'è nulla che non mi piaccia. Tuttavia, potrebbero migliorare il linguaggio nella loro UI, che è pieno di gergo per i tecnici. Oppure potrebbero offrire una vista UI semplice per i non tecnici e una vista avanzata per i tecnici.”

- Recensione Cloudflare Application Security and Performance, Jay K.

3. F5 NGINX Ingress Controller

F5 NGINX Ingress Controller utilizza uno strumento Kubernetes universale per implementare gateway di interfaccia di programmazione delle applicazioni (API) e bilanciatori di carico. Fornisce protezione delle app su larga scala attraverso controlli di sicurezza robusti e ambienti distribuiti, e previene i tempi di inattività delle app attraverso modelli di connettività avanzati e processi di risoluzione dei problemi.

Cosa piace di più agli utenti:

“Ha ridotto la complessità del traffico delle applicazioni Kubernetes. F5 NGINX Ingress Controller semplifica la gestione e l'ottimizzazione del flusso di traffico verso le tue applicazioni Kubernetes e fornisce funzionalità avanzate di rete e sicurezza per garantire la loro affidabilità e sicurezza.”

- Recensione F5 NGINX Ingress Controller, Shubham S.

Cosa non piace agli utenti:

“Quando si considera F5, è importante valutare i benefici, come la gestione avanzata del traffico e le funzionalità di sicurezza, rispetto ai potenziali svantaggi, come il costo e la complessità. Sebbene sia una soluzione affidabile per gestire il traffico di ingresso di Kubernetes, gli utenti potrebbero dover investire tempo e risorse per imparare e implementarla efficacemente.”

- Recensione F5 NGINX Ingress Controller, Bhargav N.

4. Kemp LoadMaster

Kemp LoadMaster offre bilanciatori di carico per un bilanciamento ad alte prestazioni e una consegna delle applicazioni. Fornisce bilanciatori di carico per distribuzione hardware, virtuale e cloud-native per soddisfare esigenze diverse. Le soluzioni Kemp LoadMaster includono anche un'ampia libreria di modelli di distribuzione delle applicazioni.

Cosa piace di più agli utenti:

“Kemp Loadmaster è un sistema flessibile, solido e affidabile. Il supporto al cliente è eccezionale e consiglio di ottenere un buon supporto di manutenzione.”

- Recensione Kemp LoadMaster, Anthony C.

Cosa non piace agli utenti:

“Kemp LoadMaster ha un prezzo un po' più alto rispetto ad altre soluzioni di bilanciamento del carico sul mercato.”

- Recensione Kemp LoadMaster, Tony W.

5. F5 NGINX Plus

F5 NGINX Plus è un gateway API all-in-one, cache di contenuti, bilanciatore di carico e server web con funzionalità di livello enterprise. Il bilanciatore di carico NGINX Plus è ad alte prestazioni e leggero per varie esigenze di operazioni di rete e sviluppo.

Cosa piace di più agli utenti:

“F5 NGINX Plus è una delle migliori piattaforme di monitoraggio delle API e miglioramento della sicurezza che semplifica la modernizzazione delle applicazioni legacy e la consegna di applicazioni micro-servizi alle imprese in fase di trasformazione digitale.”

- Recensione F5 NGINX Plus, Manya V.

Cosa non piace agli utenti:

“L'attuale prova è di 30 giorni per NGINX Plus e dovrebbe essere di almeno 90 giorni per comprendere come sarebbe il ritorno sull'investimento se acquistato.”

- Recensione F5 NGINX Plus, Mohammad S.

Bilanciamento del carico: Domande frequenti (FAQ)

Qual è l'algoritmo casuale per il bilanciamento del carico?

L'algoritmo "casuale" distribuisce le richieste in arrivo in modo casuale tra i server disponibili. È un approccio semplice che può essere efficace in alcune situazioni, ma non considera il carico del server o altri fattori.

Quale algoritmo è il migliore per dati sbilanciati?

Per dati sbilanciati, gli algoritmi che considerano il carico del server o le prestazioni sono generalmente preferiti. Connessioni minime e Tempo di risposta minimo possono essere buone scelte, poiché si adattano dinamicamente alle condizioni del server in cambiamento.

Cos'è l'affinità di sessione e perché è importante?

L'affinità di sessione garantisce che le richieste dallo stesso utente siano sempre indirizzate allo stesso server. Importante per le applicazioni che si basano sui dati di sessione (ad esempio, carrelli della spesa online, accessi utente).  

Come gestiscono i bilanciatori di carico i guasti dei server?

I bilanciatori di carico gestiscono i guasti dei server tramite controlli di integrità regolari, rimozione automatica dei server non funzionanti e failover.

Qual è l'algoritmo migliore per il bilanciamento del carico?

Non esiste un algoritmo "migliore". La scelta ottimale dipende fortemente dalle esigenze specifiche e dalle caratteristiche del tuo sistema. I fattori da considerare includono: modelli di traffico, capacità del server e requisiti dell'applicazione.

Fuori equilibrio?

Gli algoritmi di bilanciamento del carico mantengono fondamentalmente l'efficienza e l'affidabilità delle applicazioni e dei siti web moderni. Lavorano duramente per assicurarsi che nessun server singolo venga sovraccaricato in modo che le aziende possano fornire un servizio fluido e ininterrotto agli utenti di tutto il mondo. Che tu gestisca un ambiente cloud o conduca un'attività di e-commerce fiorente, il bilanciamento del carico arricchirà l'esperienza utente.

Approfondisci i server applicativi per capire come generare contenuti dinamici sul tuo sito web con la logica aziendale.