ロードバランサーとは何ですか?

ユーザーと顧客は、情報を検索したり取引を実行したりするために、ほぼリアルタイムの機能に依存しています。 ピーク需要や使用時間であっても、遅延時間や信頼性の低い一貫性のない応答があると、顧客を永久に遠ざけてしまう可能性があります。 また、コンピューティング需要の急増は、着信する需要、つまり「負荷」が高すぎて簡単に対応できない場合、内部サーバーまたはサーバー システムに大混乱を引き起こす可能性があります。 

ロード バランサを使用する利点は次のとおりです。

• アプリケーションの可用性: 社内外のユーザーは、アプリケーションの可用性に依存できる必要があります。 アプリケーションまたは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、潜在的な摩擦の原因となり、顧客が競合他社へ流れてしまう可能性があります。
• アプリケーションのスケーラビリティ: あなたがチケット販売会社を経営していて、人気のある公演のチケットが特定の日時に発売されると発表されたと想像してください。 チケットを購入するためにあなたのサイトにアクセスしようとする人は数千人、あるいはそれ以上いる可能性があります。 ロード バランサがなければ、サイトは単一または最初のサーバーが対応できる範囲に制限されますが、需要が多すぎると対応できない可能性があります。 代わりに、ロード バランサーを使用してリクエストとトラフィックを他の利用可能なコンピューティング サーフェスに誘導することで、トラフィックの急増に備えることができます。 つまり、より多くの顧客が希望のチケットを入手できるようになります。
• アプリケーションセキュリティ: 負荷分散により、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。 主な方法の 1 つは、トラフィックを複数のバックエンド システムに分散することです。これにより、攻撃対象領域が最小限に抑えられ、リソースが枯渇したりリンクが飽和したりすることが難しくなります。 ロード バランサは、あるシステムが脆弱であったり侵害されたりした場合に、トラフィックを他のシステムにリダイレクトすることもできます。 さらに、ロード バランサは、特定のサーバーが脆弱になった場合にサーバー間のトラフィックを再ルーティングすることで、DDoS 攻撃に対する追加の保護層を提供できます。
• アプリケーションのパフォーマンス: 上記のすべてを実行することで、ロード バランサはアプリケーションのパフォーマンスを向上させます。 ロード バランサーは、セキュリティを強化し、稼働時間を最適化し、需要の急増に対応できるスケーラビリティを実現することで、アプリケーションが設計どおりに、つまりお客様やお客様の顧客が望むとおりに動作し続けるようにします。

負荷分散アルゴリズムには、その動作方法によって静的と動的の 2 種類があります。 静的負荷分散は、分散ネットワーク内の既存のサーバーのパフォーマンス容量情報を持つアルゴリズムを使用して、サーバーへの着信負荷を測定します。 動的負荷分散では、実行時に削減する必要がある負荷の量と、どのシステムが負荷を負担するかを動的に識別できます。  入力負荷の変動が大きいシステム向けに設計されています。 

以下に、一般的な負荷分散アルゴリズムの種類をいくつか示します。

• ラウンドロビン: このアルゴリズムは、ドメイン ネーム システム (DNS)を使用して、トラフィックをサーバーのリストに順番に送信します。 （注記： DNS 負荷分散も動的なソリューションになります。
• 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配布します。
• 2 つの選択肢があるランダム: 「2 の累乗」アルゴリズムは、2 つのサーバーをランダムに選択し、最小接続アルゴリズムまたは最小時間アルゴリズム (構成されている場合) を適用して選択されたサーバーに要求を送信します。
• 最小接続数: 新しいリクエストは、クライアントへの現在の接続が最も少ないサーバーに送信されます。 各サーバーの相対的な計算能力は、どのサーバーが最も少ない接続を持っているか、またはどのサーバーが最も少ない帯域幅またはリソースを使用しているかを判断する際に考慮されます。
• 最短時間: このアルゴリズムでは、最も速い応答時間と最も少ないアクティブ接続を組み合わせた式によって選択されたサーバーにリクエストが送信されます。 
• URLハッシュ: このアルゴリズムは、クライアント要求に存在する URL に基づいてハッシュ値を生成します。 リクエストはハッシュ値に基づいてサーバーに転送されます。 ロード バランサは URL のハッシュ値をキャッシュするため、同じ URL を使用する後続のリクエストはキャッシュ ヒットとなり、同じサーバーに転送されます。
• ソース IP ハッシュ: このアルゴリズムは、クライアントの送信元および宛先 IP アドレスを使用して、クライアントを特定のサーバーに結び付ける一意のハッシュ キーを生成します。 セッションが切断された場合にキーを再生成できるため、再接続要求を以前使用したのと同じサーバーにリダイレクトできます。
• 一貫性のあるハッシュ: このアルゴリズムは、クライアントとサーバーの両方をリング構造にマッピングし、各サーバーにはその容量に基づいてリング上の複数のポイントが割り当てられます。 クライアントからのリクエストが届くと、そのリクエストはリング上のポイントにハッシュされ、次に利用可能なサーバーに時計回りに動的にルーティングされます。

負荷分散は、ユーザー要求に静的または動的に応答し、その要求をその要求を満たすことができるバックエンド サーバーの 1 つに分散することによって機能します。 サーバーの 1 つがダウンした場合、ロード バランサーはトラフィックを残りのオンライン サーバーにリダイレクトします。

静的負荷分散の例: ある企業が、大部分が静的なコンテンツを含む Web サイトをホストしています。 このシナリオは、トラフィックのニーズが予測可能で一貫しているため、静的ロード バランサに最適です。 企業は、静的ロード バランサがトラフィックを分散できる 2 台 (またはそれ以上) の同一の Web サーバーを使用できます。

動的負荷分散の例: 企業ではトラフィックの急増、増加、減少が起こります。 予測可能なものもあれば、予測不可能なものもあります。 これらの組織は動的負荷分散の恩恵を受けるでしょう。 こうした企業には、ブラックフライデーの営業時間や日付を発表する電子商取引小売業者、季節性ワクチンのオンライン予約が可能になったと発表したばかりのヘルスケア企業、失業保険受給者に毎週の特定の曜日に申請することを義務付けている政府の失業保険機関、自然災害にオンラインで迅速に対応する必要がある救援組織などが含まれる。 こうしたトラフィックと需要の急増や急増の一部は計画可能ですが、一部は計画できません。 このようなシナリオでは、動的負荷分散アルゴリズムにより、顧客やユーザーが最も必要とするときにアプリやリソースへのアクセスが確保されます。

他にも、単独で使用することも、クラウドネイティブ ロード バランサーとネットワーク内で使用できるタイプのロード バランサー ソリューションがあります。 注目すべきタイプをいくつか紹介します。

ハードウェア ロード バランサー: ハードウェア ロード バランサーは、特殊なオペレーティング システムを搭載した物理デバイスであり、通常はオンプレミスの複数のアプリケーション サーバーに Web トラフィックを分散するようにプログラムできます。 

ソフトウェア ロード バランサー: ソフトウェア ロード バランサは物理ロード バランサのように動作しますが、ソフトウェア プログラム上で実行されます。 このソフトウェアは、静的および動的な負荷分散を使用して単一障害点を排除し、あらゆる種類のトラフィック要求を通じてアプリを利用できるようにします。

仮想ロードバランサー: ハードウェア ロード バランサーとソフトウェア ロード バランサーを組み合わせたタイプのロード バランサーは、仮想ロード バランサーです。 ハードウェア バックエンド サーバー間でネットワーク トラフィックの負荷を分散するのに役立つアプリケーション配信コントローラー ソフトウェアを使用します。