¿Qué es un equilibrador de carga?

Los usuarios y clientes dependen de una capacidad casi en tiempo real para encontrar información y realizar transacciones. Los tiempos de espera o las respuestas poco fiables e incoherentes —incluso en los momentos de mayor demanda y uso— pueden alejar a un cliente para siempre. Y los picos elevados de necesidad de computación pueden causar estragos en un servidor interno o en un sistema de servidores si la demanda entrante —o «carga»— es demasiado alta para gestionarse con facilidad.

Entre las ventajas de utilizar un equilibrador de carga figuran las siguientes:

• Disponibilidad de las aplicaciones: Los usuarios, tanto internos como externos, necesitan poder confiar en la disponibilidad de las aplicaciones. Si una aplicación o función no funciona, se retrasa o se bloquea, se pierde un tiempo precioso y se introduce una fuente potencial de fricción que podría llevar a un cliente a la competencia.
• Escalabilidad de la aplicación: Imagine que dirige una empresa de venta de entradas y anuncia que las entradas para un espectáculo popular estarán disponibles en una fecha y hora concretas. En ese momento, miles o incluso millones de personas podrían intentar acceder simultáneamente a su sitio para comprar entradas. Sin un equilibrador de carga, su sitio dependería únicamente de la capacidad de su servidor principal, que probablemente no sería suficiente para manejar una demanda tan alta. Sin embargo, al utilizar un equilibrador de carga, puede distribuir las solicitudes y el tráfico entre diferentes superficies de computación disponibles, asegurando que más clientes tengan la oportunidad de conseguir las entradas que desean.
• Seguridad de las aplicaciones: El equilibrio de carga también permite a las organizaciones escalar sus soluciones de seguridad. Una de las principales formas es distribuyendo el tráfico entre varios sistemas back-end, lo que ayuda a minimizar la superficie de ataque y dificulta el agotamiento de recursos y la saturación de enlaces. Los equilibradores de carga también pueden redirigir el tráfico a otros sistemas si uno de ellos es vulnerable o está en peligro. Además, los equilibradores de carga pueden ofrecer una capa adicional de protección contra ataques DDoS redirigiendo el tráfico entre servidores si uno en particular se vuelve vulnerable.
• Rendimiento de las aplicaciones: Al llevar a cabo todas estas funciones, un equilibrador de carga mejora significativamente el rendimiento de las aplicaciones. Al incrementar la seguridad, optimizar el tiempo de actividad y facilitar la escalabilidad frente a picos de demanda, los equilibradores de carga garantizan que sus aplicaciones funcionen como se diseñaron y cumplan con las expectativas tanto de usted como de sus clientes.

Existen dos tipos de algoritmos de equilibrado de carga según su funcionamiento: estáticos y dinámicos. El equilibrado de carga estático mide la carga entrante utilizando algoritmos que cuentan con información sobre la capacidad de rendimiento de los servidores en la red distribuida. Por su parte, el equilibrado de carga dinámico identifica de manera dinámica, durante el tiempo de ejecución, la cantidad de carga que debe redistribuirse y el sistema que debe asumirla. Está diseñado para entornos con grandes fluctuaciones en la carga entrante.

Los siguientes son algunos de los tipos comunes de algoritmos de equilibrio de carga.

• Round robin: Este algoritmo envía el tráfico a una lista de servidores en rotación utilizando el sistema de nombres de dominio (DNS). (Nota: El equilibrio de carga DNS también puede ser una solución dinámica).
• Umbral: Este algoritmo distribuye las tareas en función de un valor umbral establecido por el administrador.
• Aleatorio con dos opciones: El algoritmo de «potencia de dos» selecciona dos servidores al azar y envía la petición al seleccionado aplicando a continuación el algoritmo de «menos conexiones» o el de «menos tiempo», si así se ha configurado.
• Menos conexiones: Se envía una nueva solicitud al servidor con menos conexiones actuales con clientes. La capacidad de cálculo relativa de cada servidor se tiene en cuenta para determinar cuál tiene menos conexiones o cuál está utilizando menos ancho de banda o recursos.
• Menos tiempo: En este algoritmo, una solicitud se envía al servidor seleccionado mediante una fórmula que combina el tiempo de respuesta más rápido y el menor número de conexiones activas.
• Hash de URL: Este algoritmo genera un valor hash basado en la URL contenida en las solicitudes de los clientes. Las solicitudes se redirigen a los servidores según el valor hash calculado. El equilibrador de carga almacena en caché este valor hash, de manera que las solicitudes posteriores que utilicen la misma URL obtengan el resultado desde la caché y se reenvíen al mismo servidor.
• Hash de IP de origen: Este algoritmo utiliza las direcciones IP de origen y destino del cliente para generar una clave hash única que vincula al cliente con un servidor concreto. Como la clave puede regenerarse si la sesión se desconecta, esto permite que las solicitudes de reconexión se redirijan al mismo servidor utilizado anteriormente.
• Hashing coherente: Este algoritmo asigna tanto a los clientes como a los servidores a una estructura de anillo, en la que cada servidor tiene asignados varios puntos según su capacidad. Cuando llega una solicitud de un cliente, se le asigna un punto en el anillo y, a continuación, se redirige dinámicamente en el sentido de las agujas del reloj al siguiente servidor disponible.

El equilibrio de carga responde estática o dinámicamente a la solicitud de un usuario y la distribuye a uno de los servidores back-end capaces de satisfacerla. Si uno de los servidores se cae, el equilibrador de carga redirige el tráfico al resto de servidores en línea.

Ejemplo de equilibrio de carga estático: Una empresa aloja un sitio web con contenido mayoritariamente estático. Este escenario sería ideal para un equilibrador de carga estático porque las necesidades de tráfico son predecibles y constantes. La empresa puede utilizar dos (o más) servidores web idénticos entre los que el equilibrador de carga estático puede distribuir el tráfico.

Ejemplo de equilibrio de carga dinámico: Una empresa experimenta aumentos, picos y caídas de tráfico. Algunos son predecibles y otros no. Estas organizaciones se beneficiarían del equilibrio de carga dinámico. Estas empresas podrían incluir a un minorista de comercio electrónico que anuncia las horas y fechas del Black Friday, una empresa de atención sanitaria que ha habilitado la programación en línea para citas de vacunas estacionales, una agencia gubernamental de desempleo que requiere que los beneficiarios presenten una solicitud semanal en un día específico de la semana, o una organización de ayuda que necesita responder rápidamente en línea ante un desastre natural. Algunos de estos picos y aumentos en el tráfico y la demanda pueden planificarse, pero otros no. En estos escenarios, un algoritmo de equilibrado de carga dinámico asegura el acceso a las aplicaciones y recursos cuando los clientes y usuarios más lo necesitan.

Existen otros tipos de soluciones de equilibradores de carga, que pueden utilizarse solos o en una red con equilibradores de carga nativos de la nube. A continuación se indican algunos tipos destacados.

Equilibrador de carga de hardware: Un equilibrador de carga de hardware es un dispositivo físico con un sistema operativo especializado que puede programarse para distribuir el tráfico web entre varios servidores de aplicaciones, normalmente locales.

Equilibrador de carga de software: Un equilibrador de carga de software funciona como un equilibrador de carga físico, pero se ejecuta en programas de software. El software mantiene las aplicaciones disponibles a través de todo tipo de demandas de tráfico, utilizando el equilibrio de carga estático y dinámico para eliminar los puntos únicos de fallo.

Equilibrador de carga virtual: Un tipo de equilibrador de carga que combina equilibradores de carga de hardware y software es un equilibrador de carga virtual. Utiliza software de controlador de entrega de aplicaciones que ayuda a distribuir la carga de tráfico de red entre los servidores back-end de hardware.