Chủ Đề 19 trình bày tổng quan về dịch vụ cân bằng tải (load balancing) và cài Đặt trong window server 2019

Khái niệm Load Balancing- Cân bằng tải Load Balancing là một phương pháp được sử dụng trong hệ thống mạng máy tính để phân phối công việc hoặc tải công việc giữacác máy chủ hoặc các tài

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

-BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN

MÔN QUẢN TRỊ MẠNG

Chủ đề 19: Trình bày tổng quan về dịch vụ cân bằng tải

MỤC LỤC

I Khái niệm về Load Balancing 3

II Vai trò Load Balancing 3

III Phân loại Load Balancing 4

1 Cân bằng tải phần cứng ……… 4

2 Cân bằng tải phần mềm……….4

IV Các thuật toán Load Balancing 6

1 Cân bằng tải tĩnh……… 6

2 Cân bằng tải động……… 7

V Nguyên tắc hoạt động 8

VI DEMO 11

VII Tài liệu tham khảo 11

I Khái niệm Load Balancing

- Cân bằng tải (Load Balancing) là một phương pháp được sử dụng trong

hệ thống mạng máy tính để phân phối công việc hoặc tải công việc giữacác máy chủ hoặc các tài nguyên mạng khác nhau, giúp tối ưu hóa hiệusuất, tăng khả năng mở rộng và đảm bảo tính khả dụng của hệ thống

- Thiết bị cân bằng tải (Load Balancer) là công cụ để thực hiện quá trìnhcân bằng tải Nó nhận các yêu cầu từ người dùng và chuyển tiếp chúngđến các máy chủ phù hợp trong cụm

II Vai trò Load Balancing

- Tăng hiệu suất: Cân bằng tải giúp phân phối công việc hoặc tải côngviệc đều đặn giữa các máy chủ, giúp tăng hiệu suất của hệ thống Nó đảmbảo rằng không có máy chủ nào quá tải và tất cả tài nguyên mạng đượctận dụng hiệu quả, nhờ vậy hệ thống có thể xử lý các yêu cầu nhanhchóng hơn, mang lại trải nghiệm tốt hơn cho người dùng

- Tăng độ tin cậy: Nếu một máy chủ gặp sự cố, thiết bị cân bằng tải sẽ tựđộng chuyển hướng các yêu cầu đến các máy chủ khác mà không gây ra

sự gián đoạn trong dịch vụ Nhờ vậy, hệ thống vẫn có thể hoạt động bình

- Tăng tính bảo mật: Thiết bị cân bằng tải có cấu hình phù hợp sẽ điềuhướng lưu lượng truy cập thông qua một loạt tường lửa được kết nối vớinhau để tăng tính bảo mật, nó có thể giám sát thêm lưu lượng truy cập vàchặn ngay nội dung độc hại, bảo vệ hệ thống khỏi các cuộc tấn côngmạng.

- Mang lại trải nghiệm người dùng tốt hơn: Bộ cân bằng tải cải thiện trảinghiệm người dùng bằng cách tối ưu hóa việc tiêu thụ tài nguyên, truyền

dữ liệu và thời gian phản hồi để cung cấp cho người dùng cuối dịch vụ tốtnhất có thể Cân bằng tải đảm bảo thực hiện liền mạch và chính xác cácyêu cầu của người dùng Nó đảm bảo người dùng không phải đối mặt vớicác ứng dụng hoặc tài nguyên phản hồi chậm

Hạn chế:

- Chi phí: Việc triển khai, vận hành và duy trì một hệ thống cân bằng tải

có thể tốn kém về chi phí, đặc biệt là khi sử dụng các giải pháp phần cứnghoặc các dịch vụ cloud

- Độ trễ: Quá trình cân bằng tải có thể gây ra một chút độ trễ ban đầutrong việc xử lý yêu cầu, đặc biệt là khi mở rộng quy mô vượt quá dunglượng Điều này thường xảy ra khi phần mềm cân bằng tải đang được cấuhình

- Phức tạp: Các hệ thống cân bằng tải có thể phức tạp và đòi hỏi kiến thức

kỹ thuật cao để cài đặt và cấu hình

III Phân loại Load Balancing

Load balancing có hai loại chính là cân bằng tải phần cứng và cân bằngtải phần mềm:

 Cân bằng tải phần cứng (Hardware load balancers): Là một thiết bị phần cứng chuyên dụng được sử dụng để phân phối lưu lượng truy cập mạng giữa nhiều máy chủ trong một cụm máy chủ

Nó có chức năng như một "bộ điều khiển giao thông" cho mạng, đảm bảo rằng không có máy chủ nào bị quá tải

Ví dụ về công cụ: F5 BIG-IP, Cisco ACE

 Cân bằng tải phần mềm (Software load balancers): Cân bằng tải

phần mềm có sẵn để cài đặt trên bất kỳ máy chủ nào hoặc thông qua dịch vụ được quản lý bởi bên thứ ba Một số hệ thống mạng cóthể có các chức năng cân bằng tải dựa trên phần mềm được tích hợp sẵn

Ví dụ về công cụ: Nginx, HAProxy

Trong đó, tùy thuộc vào tính năng mà ta còn có thể chia nhỏ nó ra thành 5loại:

Server Load Balancing

- Server Load Balancing( máy chủ cân bằng tải) là một giải pháp giúpcân bằng lại giữa các nguồn lực và giúp tăng hiệu suất làm việc cho

hệ thống mạng trong doanh nghiệp

- Với Server Load Balancing, mục tiêu là phân chia khối lượng công việc ra nhiều máy chủ dựa theo năng lực và tính khả dụng của chúng

- Server Load Balancing dựa vào các thông tin ở tầng Application để điều hướng truy cập Server Load Balancing còn được biết đến như Layer 7 Load Balancing vì chúng sử dụng thông tin của tầng ứng dụng

Network Load Balancing

- Cân bằng tải web là công nghệ cho phép phân phối lưu lượng truy cập đến các web server (được gọi là server pool hoặc server farm) Bằng cách này, dịch vụ web của chúng ta sẽ tránh được việc quá tải, dẫn đến ngưng hoạt động

- Network Load Balancing phân chia lưu lượng truy cập giữa các địa chỉ IP, switches, routers sử dụng thiết bị một cách hiệu quả và nâng cao tính ổn định

- Các cấu hình này sẽ được thực hiện ở tầng Transport, do đó, Network Load Balancing còn được gọi với tên Layer 4 Load Balancing

Global Server Load Balancing (GSLB)

- Sử dụng GSLB, tức là một nhóm máy chủ trên toàn thế giới giúp đảm bảo rằng: mỗi người dùng có thể kết nối với một máy chủ gần họ

về mặt địa lý, giảm thiểu số bước nhảy và thời gian di chuyển

- Trong Global Server Load Balancing, một trung tâm điều hành sẽ

xử lý việc cân bằng tải giữa khắp nơi trên toàn thế giới thông qua mộtloạt những thiết bị câng bằng tải Layer 4 và Layer 7 Trong việc triển khai GSLB, thường sẽ có các thiết bị ADC ở cấp độ toàn cầu lẫn cục

bộ, nơi lưu lượng truy cập được phân phối đến

Container Load Balancing

- Container Load Balancing cung cấp các phiên bản ảo hóa, riêng biệt.Phổ biến nhất hiện nay là hệ thống Kubernetes orchestration, hệ thốngnày có thể phân chia load giữa các container pods với nhau để giúp nâng cao tính sẵn sàng

Cloud Load Balancing

- Trong hạ tầng Cloud, có tương đối nhiều lựa chọn cho việc cân bằngtải Cloud Load Balancing bao gồm cả Network Load Balancing (Layer-4) và Application Load Balancing (Layer-7)

IV Các thuật toán Load Balancing

 Cân bằng tải tĩnh

Round robin (luân chuyển vòng)

Phân phối yêu cầu tới các máy chủ theo cách tuần tự hoặc luân phiên.Các tình huống sử dụng:

Phân phối yêu cầu đơn giản và ngang hàng giữa các máy chủ.Các máy chủ có khả năng xử lý giống nhau

+ Ưu điểm:

Dễ dàng, hiệu quả và được sử dụng rộng rãi nhất

Nếu một máy chủ gặp sự cố, các máy chủ khác trong nhóm có thể tiếptục xử lý yêu cầu, đảm bảo hệ thống luôn hoạt động

+Nhược điểm:

Không tối ưu cho tình huống các máy chủ có khả năng xử lý khácnhau

Có thể khiến 1 trong các máy chủ trở nên quá tải

Weighted round robin (luân chuyển vòng theo trọng số)

Thuật toán mở rộng của Round robin

Mỗi máy chủ được gán cho một trọng số tùy vào khả năng xử lý của

nó

Máy chủ có trọng số lớn hơn sẽ nhận được số yêu cầu nhiều hơn từ bộcân bằng tải.

Nếu máy chủ đạt đến khả năng xử lý của nó, nó có thể từ chối yêu cầuhoặc xếp hàng chờ các yêu cầu bổ sung

Trọng số có thể được điều chỉnh linh hoạt dựa trên tình trạng máy chủ,tải hoặc các yếu tố khác

Phức tạp hơn Round robin

Có thể dẫn đến việc mất cân bằng tải động nếu như tải của các yêu cầuliên tục thay đổi trong một khoảng thời gian rộng

Trong một khoảng thời gian ngắn, hoàn toàn có khả năng phần lớn cácyêu cầu có tải cao sẽ được chuyển hướng đến 1 server

(Cần điều chỉnh trọng số khi dung lượng máy chủ thay đổi)

Source IP hash (băm IP)

Bộ cân bằng tải thực hiện phép băm cho địa chỉ IP máy khách.Phương thức này chuyển đổi địa chỉ IP máy khách thành một số, sau

đó ánh xạ số này tới các máy chủ riêng lẻ

Cách thức hoạt động:

Bước 1: Máy khách gửi yêu cầu đến bộ cân bằng tải

Bước 2: Bộ cân bằng tải chặn yêu cầu đến

Bước 3: Bộ cân bằng tải trích xuất địa chỉ IP nguồn từ yêu cầu đến.Bước 4: Bộ cân bằng tải áp dụng hàm băm cho địa chỉ IP nguồn Hàmbăm tạo ra giá trị băm, đảm bảo rằng các địa chỉ IP nguồn giống nhau

sẽ dẫn đến giá trị băm giống nhau

Bước 5: Bộ cân bằng tải sử dụng giá trị băm để xác định máy chủ nào

sẽ xử lý yêu cầu, được thực hiện bằng cách ánh xạ giá trị băm tới chỉ

Duy trì trạng thái phiên, các yêu cầu từ cùng một IP nguồn luôn đếncùng một máy chủ.

Least connection (kết nối tối thiểu)

Các yêu cầu mới sẽ được gửi vào server có ít kết nối nhất trong hệthống Nhằm mục đích phân phối đồng đều các kết nối

Bộ cân bằng tải cần thực hiện một số tính toán để xác định máy chủ có

số lượng kết nối ít nhất

Tình huống sử dụng:

Khi số lượng các kết nối tương quan với tải của máy chủ

+Ưu điểm:

Ngăn chặn tình trạng quá tải trên máy chủ

Thích nghi với sự thay đổi trong khối lượng công việc của máy chủ.+Nhược điểm:

Bỏ qua dung lượng của máy chủ; một máy chủ có ít kết nối hơn có thể

có ít dung lượng hơn

Không phù hợp cho các tình huống cần duy trì phiên làm việc

Least response time (thời gian phản hồi tối thiểu)

Yêu cầu mới sẽ được gửi đến máy chủ có thời gian phản hồi nhanhnhất

Phương thức này cần liên tục theo dõi thời gian phản hồi từ máy chủ

để đảm bảo chọn được máy chủ tốt nhất

Tình huống sử dụng:

Khi cần phải giảm thiểu thời gian phản hồi

+Ưu điểm:

Tối ưu hóa hiệu suất tổng thể của hệ thống

Khả năng điều chỉnh linh hoạt dựa trên những thay đổi về thời gianphản hồi của máy chủ

+Nhược điểm:

Quyết định phân luồng phụ thuộc nhiều vào thời gian phản hồi trước

đó của máy chủ, có thể không phản ánh chính xác khả năng ở hiện tại.Phức tạp khi cần phải theo dõi và quản lý dữ liệu về thời gian phảnhồi

V Nguyên tắc hoạt động

- Nguyên tắc hoạt động của cân bằng tải:

+ Website tiếp nhận lượng truy cập

+ Lưu lượng được phân phối trên các tài nguyên máy chủ

+ Mỗi máy chủ tiếp nhận và xử lý một khối lượng phù hợp

+ Máy chủ trả về yêu cầu cho người dùng

Quản trị viên Load Balancing có thể tạo quy tắc chuyển tiếp cho 4 loại giao thức chính:

• HTTP: Theo cơ chế HTTP tiêu chuẩn, HTTP cân bằng các yêu cầu công việc Load Balancing thiết lập đối tượng chuyển tiếp X, chuyển tiếp chính X và tiêu đề cổng chuyển tiếp X cung cấp thông tin phụ trợ về các yêu cầu ban đầu

• HTTPS: Một chức năng tương tự như cân bằng http, cân bằng httpS được bổ sung bằng mã hóa, quản lý theo 2 cách: SSL chuyển qua để duy trì mã hóa cho phần phụ trợ hoặc chấm dứt SSL, đặt tải giải mã lên bộ Load Balancing và gửi lưu lượng được mã hóa đến chương trình phụ trợ

• TCP: Trong một số trường hợp, khi một ứng dụng không sử dụng giao thức HTTP hoặc HTTPS, TCP là một giải pháp để cân bằng lưu lượng truy cập, đặc biệt là khi một cụm CSDL có một số lưu lượng truy cập.

• UDP: Load Balancer gần đây đã thêm hỗ trợ cho Load Balancing của các giao thức Internet chính như DNS và syslogs bằng UDP

VI DEMO

- Chuẩn bị 3 máy:

+ 2 máy Windows Server 2019: kkk123_WS1 và kkk123_WS2.+ 1 máy Window 10: kkk123_Win10

1 Đặt tên xác định cho máy tính

Ở 2 máy Windows Server 2019 (kkk123_WS2)

- Mở Server Manager của Window Server

- Chọn Local Server và chọn Computer name

- Đổi tên cho máy tính và chọn OK

- Khi hiện hộp thoại thông báo “Do you want to use this computer name?”, chọn OK

- Chọn OK.

- Khi có yêu cầu restart, có thể ấn “Restart Now” để khởi động lại máy ngay hoặc chọn “Restart Later” để khởi động lại sau Ở đây chọn Restart Now

- Tương tự với máy kkk123_WS1

2 Thiết lập địa chỉ IP tĩnh cho 3 máy

Thiết lập IP cho máy kkk123_WS2

- Chọn Open Network & Internet settings

- Chọn Change adapter options

- Chuột phải vào Ethernet0 và chọn Properties

- Chọn Internet Protocal Version 4 (TCP/Ipv4)

- Đặt IP cho máy và chọn OK

- Tương tự với máy kkk123_WS1, IP là 192.186.1.2

- Với máy kkk123_Win10 thì IP là 192.168.1.10

CÀI NETWORK LOAD BALANCING

1 Cài đặt Web Server cho 2 máy ảo kkk123_WS1 và kkk123_WS2

Thao tác trên máy kkk123_WS1

- Mở Server Manager, chọn Add roles and features

- Chọn tab Server Roles, tìm và tích chọn Web Server (IIS), sau đó chọn Next

- Các tab phía sau đều chọn Next

- Ở tab Confirmation, có thể tích chọn “Restart the destination server automatically if required” hoặc không, ở đây không chọn, sau đó chọn Install.

Install xong nhấn “Close”

- Kiểm tra đã cài xong: vào trình duyệt web gõ địa chỉ IP của kkk123_WS1 và thấy web hoạt động

- Ở cửa sổ Add Roles and Features Wizard, chọn tab Features, tìm và tíchchọn mục Network Load Balancing, sau đó chọn Next.

- Ở tab Confimation, có thể chọn vào ô Restart the destination server automatically if required để khởi động lại máy sau khi hoàn tất các thao tác cài đặt hoặc không, ở đây chọn vào ô đó, sau khi chọn sẽ có một cửa

sổ thông báo hiện lên, chọn Yes

- Sau đó chọn Install

- Cửa sổ Network Load Balancing Manager, chuột phải vào Network Load Balancing Clusters chọn New Cluster.

- Ở cửa sổ Connect, nhập địa chỉ IP của host kkk123_WS1 (là 192.168.1.2), rồi ấn Connect

- Thông tin phía dưới không cần chỉnh sửa gì thêm, chọn Next.

- Ở cửa sổ này, có thể chọn độ ưu tiên (Priority) từ 1 -> 32 Vì đây là websever chính, độ ưu tiên chọn là 1 (mặc định), chọn Next.

- Chọn Add để thêm mới 1 địa chỉ IP Cluster

- Nhập địa chỉ IP ảo, dùng để đại diện cho 2 máy Web Sever Sau đó chọn OK.

- Nhập xong địa chỉ IP, chọn Next

- Ở cửa sổ Cluster Parameters, nhập địa chỉ trang web vào ô Full internet name, ( www.kkk123.vn )

- Cluster operation mode là Multicast (vì host thành viên có 1 card mạng, gói tin sẽ được chuyển đến tất cả máy chủ trong Cluster nhưng chỉ máy chủ đích xử lý), rồi chọn Next

- Ở cửa sổ Port Rules, chọn Edit

- Nhập Port range từ 80 => 80 (vì Web chạy trên IIS có cổng mặc định cho HTTP là 80)

- Phần giao thức (Protocols) sẽ chọn là cả 2 (Both)

- Filtering mode sẽ để mặc định: Multiple host (cho phép có nhiều host), Afinity: Single (để duy trì trạng thái phiên cho web)

- Sau đó chọn OK

- Chọn Finish để hoàn tất việc Tạo mới cluster.

- Đợi tầm 10 phút, Cluster vừa tạo sẽ chuyển qua trạng thái Converged

* Thêm host kkk123_WS2 vào Cluster

- Chuột phải vào Cluster vừa tạo www.kkk123.vn (192.168.1.100), chọn Add Host To Cluster

- Nhập địa chỉ IP host kk123_WS2 (192.168.1.3), chọn Connect

- Sau đó chọn Next

- Cửa sổ Host Parameters, độ ưu tiên là 2 (mặc định), chọn Next

- Cửa sổ Port Rules, vì không cần chỉnh sửa nên chọn Finish

- Đợi cho trạng thái host chuyển sang Converged

- Kiểm tra ip ở máy kkk123_WS1, thấy đã xuất hiện thêm một IPv4 khác

là IP ảo đã cấu hình lúc nãy

- Với máy kkk123_WS2 cũng vậy

4 Kiểm tra kết quả

Thao tác trên máy kkk123_Win10

- Vào trình duyệt web, truy cập địa chỉ IP ảo đã cấu hình: 192.168.1.100, thấy đã truy cập thành công nhưng không biết đang chạy tên

kkk123_WS1 hay kkk123_WS2 vì cơ chế của Network Balancing Chức năng cân bằng tải

- Test chức năng chịu lỗi: khi một trong 2 server bị lỗi thì vẫn hoạt động bình thường.

+ Giả sử máy kkk123_WS2 hư vật lý (tắt máy), thấy vẫn truy cập thành công, web vẫn hoạt động bình thường, lúc này chạy trên kkk123_WS1

+ Tương tự với máy kkk123_WS1

VII Tài liệu tham khảo

Báo cáo BTL Quản trị mạng (2023) - sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Khánh Trang, Vũ Thị Thùy Trang

Network Load Balancing - learn.microsoft.com

Load Balancing Algorithms - www.geeksforgeeks.org