Explicación de los equilibradores de carga: Cómo funcionan y por qué necesita uno

Un equilibrador de carga puede ser tanto un dispositivo físico como un programa que se utiliza en un dispositivo que distribuye las conexiones. Funciona de forma similar a un «proxy inverso», ya que presenta los servidores de aplicaciones a los usuarios a través de una dirección IP virtual. Esta tecnología se denomina SLB (equilibrador de carga de servidores). El SLB se utiliza tanto para redes locales (LAN) como para grupos de servidores de aplicaciones dentro de un mismo sitio web.

Con ayuda del equilibrador de carga se puede evaluar la escalabilidad y la disponibilidad de una aplicación. Una aplicación puede necesitar más recursos de los que puede proporcionar un solo servidor. El equilibrador de carga trabaja con un grupo de servidores, distribuyendo el tráfico mediante diversos algoritmos. En caso de que se necesiten recursos adicionales, estos se pueden añadir.

El equilibrador de carga comprueba la disponibilidad de la aplicación en el servidor. Si se detectan problemas durante la comprobación, la aplicación se retira del grupo de servidores disponibles. Cuando se resuelven los problemas con una aplicación concreta, el sistema de monitorización de estado la devuelve al grupo.

Estos equilibradores se sitúan entre el servidor de la aplicación y los usuarios, por lo que pueden realizar algunas funciones adicionales. Pueden ayudar con la conmutación de contenido y proporcionar funciones de seguridad, como WAF y 2FA.  

Ventajas clave del equilibrio de carga

Las ventajas clave de esta tecnología están relacionadas con la seguridad, la disponibilidad y la escalabilidad de la aplicación. Al igual que un proxy inverso, el equilibrio de carga es una especie de puerta de enlace que controla y dirige los volúmenes de tráfico entre el servidor y los usuarios.

Ámbitos de aplicación habituales del equilibrio de carga

• ​Recuperación automática del servicio en sitios de respaldo.
• ​Detección automática de problemas en los servidores y redireccionamiento del tráfico.
• ​Eliminación y adición de servidores de aplicaciones.
• ​Ausencia de interrupciones durante el mantenimiento técnico de los servidores.
• ​Bloqueo de contenido sospechoso.

Cómo funciona el equilibrador de carga

El equilibrador de carga funciona de la siguiente manera: proporciona al usuario una dirección IP virtual que representa la aplicación. El usuario se conecta a esta dirección y, a continuación, el equilibrador de carga utiliza algoritmos para determinar si debe dirigir la conexión a una aplicación concreta del servidor. Además, el equilibrador se encarga de la supervisión y la gestión durante todo el periodo de funcionamiento.

Veamos el proceso de funcionamiento con un ejemplo mucho más sencillo: por ejemplo, un agente inmobiliario ayuda a un cliente a alquilar una vivienda. El agente discute algunos detalles con el cliente y envía una solicitud al propietario del inmueble en relación con el acuerdo. El propietario responde con una propuesta concreta de precios, y esta información se transmite al cliente a través del agente. Este proceso continúa hasta la firma del contrato.

La función principal del agente, al igual que la del equilibrador de carga, consiste en equilibrar la situación. En cuanto al equilibrador de carga, este puede rechazar o aceptar determinados detalles e influir en el nivel de seguridad. También puede utilizar la autenticación para verificar la identidad del usuario. Dependiendo de la disponibilidad del servidor, puede redirigir la solicitud a otro servidor.  

Diferentes tipos de equilibradores de carga

A continuación, analizaremos varios tipos de equilibradores de carga para que puedas comprender mejor esta tecnología y su historia.

Equilibradores de carga de servidores en red

Esta tecnología surgió a mediados de la década de 1990 como una necesidad provocada por un repentino aumento del tráfico. La principal aplicación de los equilibradores está relacionada con la creación de un grupo de servidores para satisfacer la demanda de recursos disponibles. La conexión se establecía en función de la cabecera del paquete. En concreto, se trata del quinteto: protocolo IP, puerto de destino, puerto de origen, dirección IP de destino y dirección IP de origen. Este fue el inicio del desarrollo de los equilibradores de carga de red, también denominados equilibradores de nivel 4.

Equilibradores a nivel de aplicación

La tecnología nunca se queda estancada, es un proceso constante con numerosas actualizaciones y estrategias. Esto también se aplica a los equilibradores de carga: en poco tiempo incorporaron funciones adicionales y comenzaron a proporcionar conmutación de contenido y reconocimiento del mismo. Estos equilibradores se centraban más en la carga útil del contenido que en la cabecera del paquete. Se les denominaba equilibradores a nivel de aplicación o de nivel 7, y analizaban la dirección URL y las cabeceras HTTP.

Soluciones globales de equilibrio de carga

El GSLB supone un enfoque radicalmente diferente al de los primeros equilibradores de carga. Las soluciones de equilibrio de carga global funcionan en tiempo real y se basan en el DNS, por lo que responden a las solicitudes siguiendo algoritmos específicos. Estas soluciones son comparables a la tecnología de DNS dinámico, que funciona mediante la supervisión y la gestión de distintos sitios web. Muchos de los excelentes equilibradores de carga disponibles en la actualidad ofrecen GSLB como un componente útil.

Equilibrado de carga por hardware

Los equilibradores de carga también pueden estar asociados a soluciones de hardware. Este enfoque garantiza un mejor rendimiento y suele utilizarse en centros de datos. Además, estas opciones no requieren dependencias como el hardware comercial (COTS) ni los hipervisores.

Equilibadores de carga de software y virtuales

Hoy en día, las tecnologías se basan cada vez más en soluciones en la nube gracias a su mayor flexibilidad. Además, estos equilibradores de carga pueden integrarse con sistemas de orquestación de la virtualización. En cuanto a los entornos de software, se basan en procesos de CI/CD y DevOps.

Equilibradores de carga elásticos y escalables

El ELB ofrece muchas más posibilidades y garantiza una mejor escalabilidad en función de las necesidades del tráfico en cada momento. La aplicación de esta solución permite escalar el tráfico de la aplicación. También se ofrece la posibilidad de escalado bajo demanda y escalado automático. Estos equilibradores de carga garantizan una resistencia a fallos de la aplicación significativamente mayor gracias al uso de algoritmos de enrutamiento de solicitudes.

Comprender los algoritmos de equilibrio de carga

Los algoritmos son reglas específicas necesarias para determinar, durante una conexión, a qué servidor debe enviarse esta. Existen diferentes tipos de algoritmos: algunos pueden ser muy complejos, mientras que otros son muy sencillos. El objetivo de todos los algoritmos es dirigir la conexión al servidor más adecuado de la aplicación.

El algoritmo más común es el de «menor número de conexiones». Este algoritmo funciona de tal manera que dirige la conexión al servidor con mejor rendimiento, basándose en el número de conexiones activas. El algoritmo de «menor número de conexiones» tiene en cuenta la duración de cada conexión, evaluando las que están activas en ese momento.  

Diferentes tipos de algoritmos de equilibrio de carga

• ​Hash de la dirección IP de origen
• ​Mínimo número de conexiones
• ​Distribución cíclica ponderada
• ​Tiempo de respuesta ponderado
• ​Distribución cíclica
• ​Método ponderado de «menor número de conexiones»
• ​Conmutación en cadena en caso de fallo