日本語

グローバルアプリケーションで、効率的なトラフィック分散を実現するためのロードバランシングの技術、アルゴリズム、ベストプラクティスに関する包括的なガイドです。

ロードバランシング:グローバルアプリケーション向けトラフィック分散の習得

今日の相互接続された世界では、アプリケーションは、最適なパフォーマンスと可用性を維持しながら、ますます増加するトラフィック量を処理しなければなりません。ロードバランシングは、このトラフィックを複数のサーバー間で効率的に分散させ、単一のサーバーが過負荷になるのを防ぐための重要な技術です。この記事では、ロードバランシングの概要、その利点、さまざまなアルゴリズム、およびグローバルアプリケーションで実装するためのベストプラクティスについて包括的に説明します。

ロードバランシングとは?

ロードバランシングとは、ネットワークトラフィックをサーバーのプール全体に均等に分散するプロセスです。すべての着信リクエストを単一のサーバーに送信する代わりに、ロードバランサーはリクエストを複数のサーバーに分散し、単一のサーバーが過負荷にならないようにします。これにより、アプリケーションのパフォーマンス、可用性、およびスケーラビリティが向上します。

忙しいレストラン(あなたのアプリケーション)に、ウェイター(サーバー)が1人しかいないと想像してください。ピーク時には、お客様は長い待ち時間と貧しいサービスを経験することになります。次に、レストランに複数のウェイター(サーバー)と、利用可能なウェイターに顧客を案内するホスト(ロードバランサー)がいると想像してください。これは、基本的にロードバランシングの仕組みです。

ロードバランシングが重要な理由

ロードバランシングには、次のような多くの利点があります。

ロードバランサーの種類

ロードバランサーは、その機能と展開に基づいていくつかのタイプに分類できます。

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、ロードバランシング専用に設計された専用の物理デバイスです。高いパフォーマンスと信頼性を提供しますが、高価になる可能性があり、管理には専門知識が必要です。例としては、F5 Networks(現在はKeysight Technologiesの一部)やCitrixのアプライアンスなどがあります。

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ーは、標準的なサーバーで実行されるアプリケーションです。ハードウェアロードバランサーよりも柔軟で費用対効果が高いですが、同じレベルのパフォーマンスを提供しない場合があります。一般的なソフトウェアロードバランサーには、HAProxy、Nginx、Apacheなどがあります。

クラウドロードバランサー

クラウドロードバランサーは、Amazon Web Services(AWS)、Microsoft Azure、Google Cloud Platform(GCP)などのクラウドプロバイダーがサービスとして提供しています。スケーラビリティが高く、管理が容易なため、クラウドベースのアプリケーションで人気があります。AWSはElastic Load Balancing(ELB)を提供し、AzureはAzure Load Balancerを提供し、GCPはCloud Load Balancingを提供しています。

グローバルサーバロードバランサー(GSLB)

GSLBは、地理的に分散した複数のデータセンター間でトラフィックを分散します。これにより、世界中のユーザーのアプリケーションの可用性とパフォーマンスが向上します。1つのデータセンターが故障した場合、GSLBは残りの正常なデータセンターに自動的にトラフィックをリダイレクトします。GSLBは、ユーザーに最も近いデータセンターに誘導することで、レイテンシを削減するのにも役立ちます。例としては、AkamaiやCloudflareのソリューションなどがあります。AWSやAzureなどの多くのクラウドプロバイダーもGSLBサービスを提供しています。

ロードバランシングアルゴリズム

ロードバランシングアルゴリズムは、トラフィックがプール内のサーバー全体にどのように分散されるかを決定します。さまざまなアルゴリズムがあり、それぞれに独自の利点と欠点があります。

ラウンドロビン

ラウンドロビンは、プール内の各サーバーに順番にトラフィックを分散します。最も単純なロードバランシングアルゴリズムであり、実装が簡単です。ただし、各サーバーの現在の負荷を考慮しないため、すべての場合で最も効率的なアルゴリズムではない可能性があります。たとえば、サーバーAが計算量の多いタスクを処理している場合、ラウンドロビンは、それほど要求の多くないタスクを処理しているサーバーBと同じ量のトラフィックを送信します。

加重ラウンドロビン

加重ラウンドロビンは、各サーバーに異なる重みを割り当てることができるラウンドロビンのバリエーションです。より高い重みのサーバーは、より低い重みのサーバーよりも多くのトラフィックを受け取ります。これにより、各サーバーの容量を考慮し、それに応じてトラフィックを分散できます。たとえば、より多くのRAMとCPUパワーを持つサーバーには、より高い重みを割り当てることができます。

最小接続数

最小接続数は、アクティブな接続数が最も少ないサーバーにトラフィックを誘導します。このアルゴリズムは、各サーバーの現在の負荷を考慮し、それに応じてトラフィックを分散します。これは、特にサーバーがさまざまな期間のリクエストを処理する場合、ラウンドロビンよりも一般的に効率的です。ただし、各サーバーのアクティブな接続数を追跡するためにロードバランサーが必要になり、オーバーヘッドが発生する可能性があります。

最短応答時間

最短応答時間は、応答時間が最も速いサーバーにトラフィックを誘導します。このアルゴリズムは、各サーバーの現在の負荷と、リクエストを処理する速度の両方を考慮します。これは、一般的に最も効率的なロードバランシングアルゴリズムですが、各サーバーの応答時間を監視するためにロードバランサーが必要であり、かなりのオーバーヘッドが発生する可能性があります。

IPハッシュ

IPハッシュは、クライアントのIPアドレスを使用して、リクエストを送信するサーバーを決定します。これにより、同じクライアントからのすべてのリクエストが常に同じサーバーに送信されるようになります。これは、セッションの永続性に依存するアプリケーションに役立ちます。セッションの期間中、クライアントは同じサーバーに接続している必要があります。ただし、多くのクライアントが同じIPアドレス(たとえば、NATゲートウェイの背後)から発信している場合、このアルゴリズムはトラフィックの不均等な分散につながる可能性があります。

URLハッシュ

URLハッシュは、リクエストのURLを使用して、リクエストを送信するサーバーを決定します。これは、静的コンテンツをキャッシュするのに役立ちます。同じURLに対するすべてのリクエストが同じサーバーに送信されるため、サーバーはコンテンツをキャッシュして、より迅速に提供できます。IPハッシュと同様に、URLの小さなサブセットが頻繁にアクセスされる場合、これはトラフィックの不均等な分散につながる可能性があります。

地理位置情報に基づくルーティング

地理位置情報に基づくルーティングは、地理的にクライアントに最も近いサーバーにトラフィックを誘導します。これにより、レイテンシを削減することで、アプリケーションのパフォーマンスを向上させることができます。たとえば、ヨーロッパのユーザーはヨーロッパのサーバーに誘導され、アジアのユーザーはアジアのサーバーに誘導されます。これは、GSLBソリューションの重要なコンポーネントです。

ロードバランシングの実装

ロードバランシングの実装には、いくつかの手順が含まれます。

  1. ロードバランサーの選択:パフォーマンス、コスト、管理の容易さなどの要因を考慮して、ニーズに最適なタイプのロードバランサーを選択します。
  2. ロードバランサーの設定:プールのサーバーのIPアドレス、ロードバランシングアルゴリズム、ヘルスチェックパラメーターなど、適切な設定でロードバランサーを構成します。
  3. ヘルスチェックの設定:ヘルスチェックは、プール内のサーバーの正常性を監視するために使用されます。ロードバランサーは、正常と見なされるサーバーにのみトラフィックを送信します。一般的なヘルスチェックには、サーバーへのping、特定のポートの状態の確認、または特定のURLへのリクエストの送信などがあります。
  4. ロードバランサーの監視:ロードバランサーを監視して、正しく機能していること、およびトラフィックがプール内のサーバー間で均等に分散されていることを確認します。これは、ロードバランサーベンダーが提供する監視ツールを使用するか、サードパーティの監視ソリューションを使用することで実行できます。

ロードバランシングのベストプラクティス

ロードバランシングの実装が効果的であることを確認するには、次のベストプラクティスに従ってください。

実際の例

ロードバランシングがさまざまな業界でどのように使用されているかの実際の例を次に示します。

グローバルサーバロードバランシング(GSLB)の詳細

グローバルサーバロードバランシング(GSLB)は、地理的に分散した複数のデータセンターまたはクラウドリージョン間でトラフィックを分散する、特殊な形式のロードバランシングです。世界中のユーザーに対して高可用性とパフォーマンスが必要なアプリケーションにとって重要です。

GSLBの利点

GSLBの実装に関する考慮事項

GSLBルーティング方法

クラウドでのロードバランシング

クラウドプロバイダーは、簡単に展開および管理できる堅牢なロードバランシングサービスを提供しています。これらのサービスは、通常、スケーラビリティが高く、費用対効果が高くなります。

AWS Elastic Load Balancing(ELB)

AWS ELBは、いくつかのタイプのロードバランサーを提供しています。

Azure Load Balancer

Azure Load Balancerは、内部および外部のロードバランシング機能の両方を提供します。さまざまなロードバランシングアルゴリズムとヘルスチェックオプションをサポートしています。

Google Cloud Load Balancing

Google Cloud Load Balancingは、次のようないくつかのタイプのロードバランサーを提供しています。

結論

ロードバランシングは、最新のアプリケーションのパフォーマンス、可用性、スケーラビリティを確保するための不可欠な技術です。トラフィックを複数のサーバー間で均等に分散することにより、ロードバランシングは、単一のサーバーが過負荷になるのを防ぎ、ユーザーがスムーズで応答性の高いエクスペリエンスを得られるようにします。小規模なWebサイトを実行している場合でも、大規模なエンタープライズアプリケーションを実行している場合でも、ロードバランシングはインフラストラクチャの重要なコンポーネントです。さまざまなタイプのロードバランサー、アルゴリズム、およびベストプラクティスを理解することは、特定のニーズを満たす効果的なロードバランシングソリューションを実装するために不可欠です。

アプリケーションがますますグローバルになるにつれて、グローバルサーバロードバランシング(GSLB)はさらに重要になります。地理的に分散した複数のデータセンター間でトラフィックを分散することにより、GSLBは、世界中のユーザーが、データセンターの停止やネットワークの中断が発生した場合でも、高速で信頼性の高いエクスペリエンスを確実に得られるようにします。ロードバランシングを受け入れ、必要に応じてGSLBを含めることは、グローバルなオーディエンス向けの、回復力があり、高性能なアプリケーションを構築するための重要なステップです。