L’équilibrage de charge correspond au processus consistant à répartir efficacement le trafic réseau entre plusieurs serveurs afin d’optimiser la disponibilité des applications et de garantir une expérience positive à l’utilisateur final.
Étant donné que les sites Web et les applications de cloud computing à fort trafic reçoivent des millions de requêtes d’utilisateurs chaque jour, l’équilibrage de charge représente une capacité essentielle pour la fourniture d’applications modernes. Par exemple, les sites de commerce électronique s’appuient sur l’équilibrage de charge pour s’assurer que les applications Web sont en mesure de fournir des données, des images, des vidéos et des prix depuis les serveurs Web jusqu’aux consommateurs, sans retard ni interruption.
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L’équilibrage de charge peut être implémenté de plusieurs manières. Les équilibreurs de charge matériels sont des appareils physiques installés et entretenus sur site. Les équilibreurs de charge logiciels sont des applications installées sur des serveurs privés ou fournies en tant que service cloud géré (équilibrage de charge dans le cloud).
Dans les deux cas, les équilibreurs de charge fonctionnent en analysant les requêtes entrantes des clients en temps réel et en déterminant quels serveurs de back end sont les plus appropriés pour traiter ces requêtes. Afin d’éviter qu’un seul serveur ne soit surchargé, l’équilibreur de charge achemine les requêtes vers un nombre déterminé de serveurs disponibles sur site, ou hébergés dans des parcs de serveurs ou encore dans des centres de données cloud.
Une fois que le serveur sélectionné reçoit la requête, il répond au client au moyen du système d’équilibrage de la charge. L’équilibreur de charge effectue ensuite la connexion serveur-client en associant l’adresse IP du client à celle du serveur sélectionné. Le client et le serveur peuvent alors communiquer et effectuer les tâches demandées jusqu’à la fin de la session.
En cas de pic de trafic réseau, un équilibreur de charge peut mettre en ligne des serveurs supplémentaires pour répondre aux besoins. Ou, en cas d’interruption de l’activité réseau, l’équilibreur de charge peut réduire le nombre de serveurs disponibles. Il peut également faciliter la mise en cache du réseau en acheminant le trafic vers des serveurs cache dans lesquelles les requêtes précédentes des utilisateurs sont temporairement stockées.
Les équilibreurs de charge effectuent des diagnostics d’intégrité sur les serveurs avant d’acheminer des requêtes vers ceux-ci. Si un serveur est sur le point tomber en panne, ou se trouve hors ligne du fait d’une maintenance ou de mises à niveau, l’équilibrage de charge réachemine automatiquement la charge de travail vers un serveur actif pour éviter les interruptions de service et maintenir une disponibilité élevée.
L’équilibrage de charge permet de disposer d’une infrastructure haute performance qui s’ajuste aux besoins, et parvient à gérer des charges de trafic réseau de différents volumes. Il est possible d’ajouter ou de supprimer des serveurs physiques ou virtuels peuvent être ajoutés, ce qui facilite et automatise l’évolutivité.
Les équilibreurs de charge peuvent inclure des fonctionnalités de sécurité telles que le chiffrement SSL, les pare-feu applicatifs Web (WAF) et l’authentification multifacteurs (MFA). Ils peuvent également être intégrés dans les contrôleurs de distribution d’applications (ADC) en vue d’améliorer la sécurité des applications. En acheminant ou en déchargeant le trafic réseau en toute sécurité, l’équilibrage de charge peut renforcer le niveau de protection contre les risques de sécurité tels que les attaques par déni de service distribué (DDoS).
La méthode de routage d’une requête vers un serveur particulier est définie par un algorithme d’équilibrage de charge. Les algorithmes d’équilibrage de charge offrent différentes capacités et avantages pour répondre à différents cas d’utilisation.
La permutation circulaire
Cet algorithme utilise le nom DNS (Domain Name System) pour attribuer séquentiellement des requêtes à chaque serveur dans une alternance continue. Il s’agit de la méthode d’équilibrage de charge la plus basique, car elle utilise uniquement le nom de chaque serveur pour déterminer lequel recevra la prochaine requête entrante.
La permutation circulaire pondérée
En plus de son nom DNS, chaque serveur de cet algorithme se voit également attribuer une « pondération ». Celle-ci détermine quels serveurs doivent avoir la priorité sur les autres pour traiter les requêtes entrantes. Un administrateur décide de la façon dont chaque serveur sera pondéré en fonction de sa capacité et des besoins du réseau.
Le hachage IP
Dans cet algorithme, un calcul simplifie (ou hache) l’adresse IP de la requête entrante en une valeur plus petite appelée clé de hachage. Cette clé de hachage unique (qui représente l’adresse IP de l’utilisateur) est ensuite utilisée comme base pour décider comment acheminer la requête vers un serveur spécifique.
Les connexions les moins nombreuses
Comme son nom l’indique, cet algorithme donne la priorité au serveur avec le moins de connexions actives lorsqu’une nouvelle requête client est reçue. Cette méthode permet d’empêcher les serveurs de devenir surchargés par le nombre de connexions et de maintenir une charge cohérente sur les serveurs à tout moment.
Le temps de réponse le plus court
Cet algorithme combine la méthode des connexions les moins nombreuses avec le temps de réponse moyen du serveur le plus court. Cette méthode tient compte à la fois du nombre de connexions et du temps nécessaire pour qu’un serveur exécute des requêtes.Le serveur le plus rapide ayant le moins de connexions actives recevra la requête entrante.
Bien que l’objectif principal de tout équilibreur de charge soit de répartir le trafic, il existe plusieurs types d’équilibreurs de charge qui remplissent des fonctions spécifiques.
Les équilibreurs de charge réseau
Les équilibreurs de charge réseau optimisent le trafic et réduisent le temps d’attente sur les réseaux locaux et longue distance. Ils utilisent des informations réseau telles que des adresses IP et les ports de destination, ainsi que des protocoles TCP et UDP, pour acheminer le trafic réseau et fournir un débit suffisant pour répondre aux besoins des utilisateurs.
Les équilibreurs de charge d’application
Ces équilibreurs de charge utilisent le contenu d’une application, tel que les URL, les sessions SSL et les en-têtes HTTP, pour acheminer le trafic des requêtes provenant des API. Du fait de la présence de fonctions dupliquées sur plusieurs serveurs d’applications, l’examen du contenu au niveau d’une application permet de déterminer quels serveurs peuvent répondre à des requêtes spécifiques rapidement et de manière fiable.
Les équilibreurs de charge virtuels
Avec l’essor de la virtualisation et de la technologie VMware, les équilibreurs de charge virtuels sont désormais utilisés pour optimiser le trafic entre les serveurs, les machines virtuelles et les conteneurs. Les outils d’orchestration de conteneurs open source tels que Kubernetes offrent des capacités d’équilibrage de charge virtuel pour acheminer les requêtes entre les nœuds des conteneurs dans un cluster.
Les équilibreurs de charge des serveurs globaux
Ce type d’équilibreur de charge achemine le trafic vers les serveurs sur plusieurs emplacements géographiques afin de garantir la disponibilité des applications. Les requêtes des utilisateurs peuvent être attribuées au serveur disponible le plus proche, ou en cas de défaillance du serveur, à un autre emplacement ayant un serveur disponible. Cette fonctionnalité de reprise en ligne fait de l’équilibrage de charge des serveurs globaux un élément précieux lors d’une reprise après incident.
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