ロード バランサとは

ユーザや顧客は、ほぼリアルタイムで情報を検索し、トランザクションを実行できることを当然のこととして期待しています。たとえそれが需要や使用量がピークに達する時間帯であっても、レスポンスが遅れたり、その信頼性や一貫性が失われたりするなら、顧客は離れ、二度と戻ってこないかもしれません。コンピューティングのニーズが急増し、受信した需要、つまり「ロード」 (負荷) が高すぎて対処しきれなくなると、内部サーバやサーバ システムに大きな混乱が生じます。

ロード バランサを使用することには、次のようなメリットがあります。

• アプリケーションの可用性: ユーザは内外を問わず、可用性の高いアプリケーションを必要としています。アプリケーションや機能がダウンしたり、遅延したり、フリーズしたりすると、貴重な時間が失われます。そうした煩わしさが、競合への乗り換えにつながることもあります。
• アプリケーションの拡張性: チケット販売会社を例に考えてみましょう。人気の高いライブ チケットの発売予定日時が発表されたとします。チケットを求めて、数千人あるいはそれを超えるユーザがこの会社のサイトにアクセスすることが予想されます。ロード バランサがなければ、サイトを利用できるのは、1つのサーバまたは複数あるうちの最初のサーバで処理できるユーザのみであり、この大きな需要のほんの一部しか満たせません。一方、ロード バランサを導入してこのトラフィックの大幅な急増に備えれば、リクエストやトラフィックを他の利用可能なコンピューティング サーフェスに振り分けることができます。つまり、より多くの客が希望するチケットを購入できるわけです。
• アプリケーションのセキュリティ: ロード バランシングによって、組織はセキュリティ ソリューションを拡張することもできます。その主な手法の1つは、複数のバックエンド システム間でトラフィックを分散させることで、アタック サーフェスを最小化し、リソースを使い果たしたりリンクにアクセスが集中したりする事態を防ぎます。あるシステムが脆弱であったりすでに侵害されていたりする場合には、トラフィックを他のシステムにルーティングすることもできます。さらに、特定のサーバが脆弱になった場合は、サーバ間でトラフィックをルーティングし直すことにより、DDoS攻撃への対策をより一層強化できます。
• アプリケーションのパフォーマンス: 以上のメリットをもたらすロード バランサにより、アプリケーションのパフォーマンスが向上します。つまり、セキュリティを強化し、アップタイムを最適化し、需要のピークに応じて拡張させることで、アプリケーションが想定どおりに、そして顧客やユーザの期待どおりに機能します。

ロード バランシング アルゴリズムは、その動作方式によって静的または動的の2種類に分けられます。静的ロード バランシングでは、分散型ネットワーク内の既存サーバのパフォーマンス能力に関する情報を持つアルゴリズムを使って、各サーバが受信する負荷を測定します。一方動的ロード バランシングでは、ランタイム中に減らす必要がある負荷の量と、その負荷をどのシステムに振り分けるかを動的に特定します。こちらは、受信する負荷の変動が大きいシステムに適した方式です。

一般的なロード バランシング アルゴリズムの種類をいくつかご紹介します。

• ラウンド ロビン: このアルゴリズムは、Domain Name System (DNS)を使って、分散対象のサーバに順番にトラフィックを回していきます。(注: DNSロード バランシングは動的なソリューションの場合もあります。)
• しきい値: このアルゴリズムは、管理者が設定したしきい値に基づいてタスクを分散させます。
• ランダムな2択: いわゆる「power of two」アルゴリズムで、ランダムに選ばれた2つのサーバから1つを選んで、それにリクエストを送信します。その際、設定に応じて最小接続数アルゴリズムか最短時間アルゴリズムが適用されます。
• 最小接続数: 新たなリクエストは、その時点でクライアントとの接続数が最も少ないサーバに送信されます。各サーバの相対的な処理能力を踏まえた上で、接続数が一番少ないサーバまたは使用している帯域幅やリソース量が一番少ないサーバを判断します。
• 最短時間: このアルゴリズムでは、応答時間が最短かつ有効な接続数が最も少ないという原則を満たすサーバを選んで、リクエストを送信します。
• URLハッシュ: このアルゴリズムは、クライアントからのリクエストに含まれるURLをベースにハッシュ値を生成します。リクエストはこのハッシュ値に応じて、サーバに転送されます。ロード バランサによってURLのハッシュ値がキャッシュに保存され、以降同じURLを使用するリクエストはキャッシュにヒットするので、同じサーバに転送されます。
• ソースIPハッシュ: このアルゴリズムは、クライアントのソースIPアドレスと宛先IPアドレスをもとに一意のハッシュ キーを生成し、クライアントを特定のサーバに紐付けます。このキーはセッションが切断されても再度生成できるため、再接続のリクエストが以前に使用したのと同じサーバにルーティングされるようになります。
• コンシステント ハッシュ: このアルゴリズムは、クライアントとサーバの両方をリング構造にマッピングし、各サーバを処理能力に応じてこのリング上の複数のポイントに割り当てます。クライアントからリクエストを受信すると、リクエストはリング上のあるポイントへとハッシュ化され、時計回りに次の使用可能なサーバへと動的にルーティングされます。

ロード バランシングは、ユーザ リクエストに静的または動的に応答し、そのリクエストを完了できるバックエンド サーバの中から1つ選んでそれにリクエストを振り分ける仕組みです。いずれかのサーバがダウンした場合には、ロード バランサが残りのオンライン サーバにトラフィックをルーティングします。

静的ロード バランシングの例: ある企業は、静的なコンテンツが大半を占めるWebサイトをホストしています。このシナリオでは、トラフィックのニーズが予測可能で変動が少ないため、静的ロード バランサが適していると言えます。2つ (もしくはそれ以上) の同一のWebサーバを用意して、その間で静的ロード バランサを使ってトラフィックを分散することができます。

動的ロード バランシングの例: ある企業はトラフィックの変動が大きく、急増したり急減したりします。この変動には予測可能なものもあれば、そうでないものもあります。このようなケースでは、動的ロード バランシングからメリットを得られるでしょう。これに該当する企業の例として、ブラック フライデーのセール日時を発表するEC小売企業、季節性ワクチン摂取のオンライン予約の開始を発表した直後の医療機関、失業保険受給者に毎週決まった曜日にその週の給付金請求を行うよう義務付けている政府の労働機関、自然災害発生時にオンラインでの迅速な対応が求められる救援団体などが挙げられます。これらのケースで起こるトラフィックや需要の急増は、計画的に備えられるものもありますが、そうできないものもあります。こうしたシナリオでは、動的ロード バランシング アルゴリズムを採用すれば、顧客やユーザがアプリやリソースを最も必要としているときに確実にアクセスできるようになります。

ロード バランサ ソリューションにはほかの種類もあります。こうしたソリューションは、単独で、またはネットワーク内でクラウドネイティブのロード バランサと組み合わせて使用できます。主なものをいくつかご紹介します。

ハードウェア ロード バランサ: ハードウェア ロード バランサとは、特殊なオペレーティング システムが搭載されている物理デバイスのことです。(通常はオンプレミスの)複数のアプリケーション サーバ間に、Webトラフィックが分散されるようプログラムできます。

ソフトウェア ロード バランサ: ソフトウェア ロード バランサも物理ロード バランサと似たような動作をしますが、ソフトウェア プログラム上で実行されます。このソフトウェアを通じて、静的ロード バランシングと動的ロード バランシングの両方を使ってシングル ポイント障害をなくすことで、トラフィック需要のあらゆる変化に対応し、アプリの可用性を維持します。

仮想ロード バランサ: ハードウェア ロード バランサとソフトウェア ロード バランサを組み合わせたのが、仮想ロード バランサです。ネットワーク トラフィック負荷をハードウェア バックエンド サーバ間で簡単に分散できるアプリケーション デリバリ コントローラ ソフトウェアを使用します。