Đề tài trình bày tổng quan về dịch vụ cân bằng tải(load balancing) và cài đặt trong windows server 2019

Cân bằng tải hay còn gọi là Load Balancing là một phương pháp phân phối khối lượng tải trên nhiều máy tính hoặc một cụm máy tính để có thể sử dụng tối ưu các nguồn lực, tối đa hóa thông

TRƯNG ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN : QUẢN TRỊ MẠNG

Đề tài: Trình bày tổng quan về dịch vụ cân bằng tải(Load Balancing) và cài đặt trong Windows Server 2019

Giảng viên hướng dẫn: ThS.Nguyễn Thành Huy

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Khánh Trang- 2110A02

Vũ Thị Thùy Trang – 2110A02

Hà Nội – 2023 Phụ Lục

I Cân bằng tải (Load Balancing) 3

1 Khái niệm cân bằng tải là gì? 3

2 Tầm quan trọng của cân bằng tải? 3

3 Lợi ích của việc sử dụng cân bằng tải cho server? 3

4 Các giao thức mà Load Balancing có thể xử lý 3

 HTTP 3

 HTTPS 4

 TCP 4

 UDP 4

5 Phân loại cân bằng tải 4

 Server Load Balancing 4

 Network Load Balancing 4

 Global Server Load Balancing (GSLB) 5

 Container Load Balancing 5

 Cloud Load Balancing 5

6 Các thuật toán trong Load Balancing 5

 Round Robin 5

 Weighted Round Robin 6

 Fastest Response Time 6

 Thuật toán Least Connection( LC) 7

II Cài đặt trong Windows Server 2019 7

Page of

Phân công công việc

Nguyễn Thị Khánh Trang Tìm hiểu về Load Balancing, viết báo cáo

Vũ Thị Thùy Trang Cài đặt Load Balancing trong Windows Server 2019

Page of

I Cân bằng tải (Load Balancing)

1 Khái niệm cân bằng tải là gì?

Cân bằng tải hay còn gọi là Load Balancing là một phương pháp phân phối khối lượng tải trên nhiều máy tính hoặc một cụm máy tính để có thể sử dụng tối ưu các nguồn lực, tối đa hóa thông lượng, giảm thoqif gian đáp ứng và tránh tình trạng quá tải trên máy chủ

2 Tầm quan trọng của cân bằng tải?

Hệ thống cân bằng tải nhằm đảm bảo các tiêu chí luôn sẵn sàng, thời gian hoạt động(uptime) đến 99.999%, giúp tăng hiệu suất cho máy chủ - website và các ưng dụng của khách hàng khi phải đối mặt với việc truy cập tăng đột biến Cân bằng tải đặc biệt không thể thiếu đối với các doanh nghiệp có nhiều máy chủ, các trang web hoặc ứng dụng có lưu lượng truy cập lớn

3 Lợi ích của việc sử dụng cân bằng tải cho server?

- Uptime 99.9%: Với Load Balancing, khi máy chủ gặp sự cố, lưu lượng truy cập

sẽ được tự động chuyển đến máy chủ còn lại Nhờ đó, trong hầu hết mọi trường hợp, sự cố bất ngờ có thể được phát hiện và xử lý kịp thời, không làm gián đoạn các truy cập của người dùng

- Datacenter linh hoạt: Khả năng linh hoạt trong việc điều phối giữa các máy chủ cũng là một ưu điểm khác của Load Balancing Tự động điều phối giữa các máy chủ cũ và mới để xử lý các yêu cầu dịch vụ mà không làm gián đoạn các hoạt động chung của hệ thống

- Tăng bảo mật cho Datacenter: Bằng cách sử dụng Load Balancing, những yêu cầu từ người dùng sẽ được tiếp nhận và xử lý trước khi phân chia đến các máy chủ Đồng thời, quá trình phản hồi cũng được thông qua Load Balancing, ngăn cản việc người dùng giao tiếp trực tiếp với máy chủ, ẩn đi thông tin và cấu trúc mạng nội bộ, từ đó chặn đứng những cuộc tấn công mạng hay truy cập trái phép…

4 Các giao thức mà Load Balancing có thể xử lý

Giao thức hay giao thức kết nối là cách mà trình duyệt giao tiếp và gửi yêu cầu đến máy chủ Có 4 loại giao thức chính mà quản trị Load Balancer có thể tạo ra quy định chuyển tiếp:

 HTTP: dựa trên cơ chế HTTP chuẩn, HTTP Balancing đưa ra yêu cầu tác

vụ Load Balancer đặt X-Forwarded-For, X-Forwarded-Proto và tiêu đề

Page of

X-Forwarded-Port cung cấp các thông tin backends về những yêu cầu ban đầu

 HTTPS: các chức năng tương tự HTTP Balancing HTTPS Balancing được bổ sung mã hóa và nó được xử lý bằng 2 cách: passthrough SSL duy trì mã hóa tất cả con đường đến backend hoặc: chấm dứt SSL, đặt gánh nặng giải mã vào load balancer và gửi lưu lượng được mã hóa đến backend

 TCP: trong một số trường hợp khi ứng dụng không sử dụng giao thức HTTP hoặc HTTPS, TCP sẽ là một giải pháp để cân bằng lưu lượng Cụ thể, khi có một lượng truy cập vào một cụm cơ sở dữ liệu, TCP sẽ giúp lan truyền lưu lượng trên tất cả các máy chủ

 UDP: trong thời gian gần đây, Load Balancer đã bổ sung thêm hỗ trợ cho cân bằng tải giao thức internet lõi như DNS và syslogd sử dụng UDP

5 Phân loại cân bằng tải

Có nhiều cách cấu hình cân bằng tải, tùy thuộc vào tính năng đặc thù, ta chia cân bằng tải thành 5 loại như sau:

 Server Load Balancing

- Server Load Balancing( máy chủ cân bằng tải) là một giải pháp giúp cân bằng lại giữa các nguồn lực và giúp tăng hiệu suất làm việc cho hệ thống mạng trong doanh nghiệp

- Với Server Load Balancing, mục tiêu là phân chia khối lượng công việc

ra nhiều máy chủ dựa theo năng lực và tính khả dụng của chúng

- Server Load Balancing dựa vào các thông tin ở tầng Application để điều hướng truy cập Server Load Balancing còn được biết đến như Layer 7 Load Balancing vì chúng sử dụng thông tin của tầng ứng dụng

 Network Load Balancing

- Cân bằng tải web là công nghệ cho phép phân phối lưu lượng truy cập đến các web server (được gọi là server pool hoặc server farm) Bằng cách này, dịch vụ web của chúng ta sẽ tránh được việc quá tải, dẫn đến ngưng hoạt động

- Network Load Balancing phân chia lưu lượng truy cập giữa các địa chỉ IP, switches, routers sử dụng thiết bị một cách hiệu quả và nâng cao tính ổn định

- Các cấu hình này sẽ được thực hiện ở tầng Transport, do đó, Network Load Balancing còn được gọi với tên Layer 4 Load Balancing

Page of

 Global Server Load Balancing (GSLB)

- Global Server Load Balancing (GSLB) là một công nghệ hướng lưu lượng truy cập mạng đến một nhóm trung tâm dữ liệu ở các vị trí địa lý khác nhau Mỗi trung tâm dữ liệu cung cấp các dịch vụ ứng dụng tương tự và lưu lượng khách được hướng đến trang Web tối ưu với hiệu suất tốt nhất cho mỗi khách hàng

- GSLB có thể giảm đáng kể thời gian di chuyển của yêu cầu và phản hồi giữa người dùng và máy chủ

- Sử dụng GSLB, tức là một nhóm máy chủ trên toàn thế giới giúp đảm bảo rằng: mỗi người dùng có thể kết nối với một máy chủ gần họ về mặt địa

lý, giảm thiểu số bước nhảy và thời gian di chuyển

- Trong Global Server Load Balancing, một trung tâm điều hành sẽ xử lý việc cân bằng tải giữa khắp nơi trên toàn thế giới thông qua một loạt những thiết bị câng bằng tải Layer 4 và Layer 7 Trong việc triển khai GSLB, thường sẽ có các thiết bị ADC ở cấp độ toàn cầu lẫn cục bộ, nơi lưu lượng truy cập được phân phối đến

 Container Load Balancing

Container Load Balancing cung cấp các phiên bản ảo hóa, riêng biệt Phổ biến nhất hiện nay là hệ thống Kubernetes orchestration, hệ thống này có thể phân chia load giữa các container pods với nhau để giúp nâng cao tính sẵn sàng

 Cloud Load Balancing

Trong hạ tầng Cloud, có tương đối nhiều lựa chọn cho việc cân bằng tải Cloud Load Balancing bao gồm cả Network Load Balancing (Layer-4) và Application Load Balancing (Layer-7)

6 Các thuật toán trong Load Balancing

Tùy thuộc vào công nghệ Load Balancing mà các thuật toán khác nhau sẽ được

sử dụng để định tình trạng của máy chủ có hoạt động hay không

Round Robin

- Là thuật toán luân chuyển vòng, các máy chủ sẽ được xem ngang hàng và sắp xếp theo một vòng quay Ccas truy vấn dịch vụ sẽ lần lượt được gửi tới máy chủ theo thứ tự sắp xếp

- Là thuật toán dễ dàng để hiểu, triển khai và được sử dụng rộng rãi nhất

- Thuật toán này hoạt động hiệu quả khi các server này có khả năng tính toán

và lưu trữ giống nhau

Page of

- Nhược điểm: khi có 2 yêu cầu liên tục từ phía người dùng sẽ có thể gửi vào

2 server khác nhau Điều này làm tốn thời gian tạo them kết nối server thứ 2 trong khi đó verver thứ nhất cũng có thể trả lời được thông tin mà người dung đang cần Để giải quyết điều này, round robin thường được cài đặt cùng với các phương pháp duy trì session như sử dụng cookie

Weighted Round Robin

- Đây là thuật toán mở rộng của thuật toán Round Robin Đối với Round Robin, server phải xử lí khối lượng request là ngang nhau Nếu 1 server có nhiều CPU, nhiều RAM hơn, thuật toán này cũng không thể phân phối nhiều request hơn cho server này được Do đó, server với khả năng xử lí thấp hơn có thể sẽ bị overload và nhanh chóng quá tải trong khi server mạnh hơn thì đang nhàn rỗi

- Tương tự như thuật toán Round Robin nhưng WRR còn có khả năng xử lý theo cấu hình của từng server đích Mỗi máy chủ được đánh giá bằng một số nguyên( giá trị trọng số Weight – mặc định giá trị là 1) Một server có khả năng

xử lý gấp đôi server khác sẽ được đánh số lớn hơn và nhận được số request gấp đôi từ bộ cân bằng tải

- Nhược điểm:

* Sử dụng thuật toán này có thể dẫn đến việc mất cân bằng tải động nếu như tải của các request liên tục thay đổi trong một khoảng thời gian rộng

* Trong một khoảng thời gian ngắn, hoàn toàn có khả năng phần lớn các yêu cầu có tải cao sẽ được chuyển hướng đến một server

- Thuật toán Weighted Round Robin yêu cầu quản lý Admin cho việc chỉ định trọng lượng cho mỗi server dựa trên năng lực xử lý Server nào có trọng lượng cao hơn thì nhận nhiều request hơn Ví dụ:

 Server A có khả năng xử lý 15 request mỗi giây (tỉ lệ trung bình)

 Server B có khả năng xử lý 10 request mỗi giây (tỉ lệ trung bình)

 Server C có khả năng xử lý 5 request mỗi giây (tỉ lệ trung bình)

Fastest Response Time

- Đây là thuật toán dựa trên tính toán thời gian đáp ứng của mỗi server (response time), thuật toán này sẽ chọn server nào có thời gian đáp ứng nhanh nhất Thời gian đáp ứng được xác định bởi khoảng thời gian giữa thời điểm gửi một gói tin đến server và thời điểm nhận được gói tin trả lời

Page of

- Việc gửi và nhận này sẽ được bộ cân bằng tải đảm nhiệm, dựa trên thời gian đáp ứng, bộ cân bằng tải sẽ biết chuyển yêu cầu tiếp theo đến server nào

- Thuật toán fastest thường được dùng khi các server ở các vị trí địa lý khác nhau Như vậy người dùng ở gần server nào thì thời gian đáp ứng của server đó

sẽ nhanh nhất, và server đó sẽ được chọn để phục vụ

Thuật toán Least Connection( LC)

- Các request sẽ được chuyển vào server có ít kết nối nhất trong hệ thống Thuật toán này được coi như thuật toán động, vì nó phải đếm số kết nối đang hoạt động của server

- Với một hệ thống có các server gần giống nhau về cấu hình, LC có khả năng hoạt động tốt ngay cả khi tải của các kết nối biến thiên trong một khoảng lớn

- Nhìn bên ngoài có vẻ như LC hoạt động tốt khi các server có cấu hình biến thiên khác nhau, tuy nhiên trên thực tế đều đó là không đúng

- Nhược điểm:

○ Trạng thái TIMVE_WAIT của TCP thường được đặt là 2 phút, trong

2 phút đó có một server bận rộn có thể nhận hàng chục ngàn kết nối liên tục

○ Giả sử server A có khả năng xử lý gấp đôi server B, server A đang

xử lý hàng ngàn những yêu cầu và giữ những yêu cầu này trong trạng thái TIME_WAIT của TCP Trong khi đó server B cũng phải

xử lý như server A nhưng vì cấu hình server B thấp hơn nên sẽ chậm hơn rất nhiều

II Cài đặt trong Windows Server 2019

1 Chuẩn bị

- 2 máy ảo Trangwsv1 có IP: 192.168.110.1 và Trangwsv2 có IP:

192.168.110.2

- 1 máy PC có IP: 192.168.110

- Các máy nằm trong cùng Domain

2 Cài đặt

 Bước 1: Cài đặt Network load balancing trên 2 máy ảo Trangwse1 và Trangwsv2

Page of

Đầu tiên vào menu Server Manager sau đó chọn Manage=>Add Roles and Features như hình bên dưới.

Tiếp theo trên của sổ Add Roles and Features sau đó chọn tab Features

Check vào Feature Network Load Balancing sau đó chọn Add Features Next đến hết rồi chọn Install

Page of

Với máy 2 cài tương tự

 Bước 2: Tạo host của 2 máy ảo trong DNS

Trên máy sử dụng làm AD mở DNS Manager =>

Chọn DSN( TEST.COM ) => Forward lookup Zones

Trên của sổ tạo mới Host bạn nhập thông tin tên host và địa chỉ ip trỏ đến máy Trangwsv1

Page of

Làm tương tự với máy Trangwsv2

 Bước 3: Tạo host Cluster để 2 máy ảo cùng trỏ đến

Tiếp tục tạo thêm 1 host nữa host này trỏ đến IP ảo (IP này chưa tồn tại trong Domain) để về sau cấu hình cho 2 máy ảo cùng trỏ về địa chỉ này Ở đây mình đặt tên host là www với IP là 10.10.10.58 (Kiểm tra xem đã tồn tại IP chưa bằng cách sử dụng ping trong cmd)

 Bước 4: Cấu hình Network Load Balancing trên 1 máy ảo

Đầu tiên trong menu Server Manager => chọn Tools => Network Load

Balancing

Page of

Trên cửa sổ Network Load Balancing => chuột phải chọn New Cluster

Ở cửa sổ New Cluster

Nhập Tên Host của máy 1 => chọn Connect

Page of

Kiểm tra IP bên dưới xem đúng chưa Sau đó Next tiếp Trên màn hình tiếp theo New Cluster: HostParamaters chọn Next

Tiếp theo nhập ip cluster được tạo ở Bước 2 sau đó chọn OK Sau đó Next

Page of

Ở bước Edit Port Rules này chú ý Port Range để ý cái website mình tạo trên IIS có cổng là 80 nên mình để Port range từ 80 => 80;

Page of

Sau khi đã cấu hình xong chọn Finish

Đợi 1 lúc thấy Cluster mình vừa tạo xong ở trạng thái Converged là OK Tiếp theo sẽ cấu hình để 2 máy ảo cùng kết nối được với nhau Tạo mới Host To

Cluster

Page of

Tên Host mình sẽ nhập tên host của máy 2 => sau đó chọn Connect => Next

Trên cửa sổ Add Host to Cluster: Host Parameters chọn Next tiếp

Page of

Page of

 Bước 5: Test thử

Page of

Page of