¿Qué es el balanceo de carga DNS y cómo funciona?

El balanceo de carga de DNS utiliza el sistema de nombres de dominio (DNS) para distribuir el tráfico del sitio entre varios servidores, aumentar el rendimiento de la red, optimizar el funcionamiento, minimizar el tiempo de inactividad y mejorar la eficiencia informática general.

¿Qué es el balanceo de carga de DNS?

El balanceo de carga de DNS distribuye el tráfico de red entrante entre varios servidores o recursos para mejorar la disponibilidad, la escalabilidad y el rendimiento de un servicio o una aplicación, repartiendo la carga entre varias instancias de servidor. Es una forma sencilla y eficiente de distribuir la carga entre varios servidores.

El DNS suele describirse como la guía telefónica de Internet porque traduce los nombres de dominio de los sitios web (como f5.com o amazon.com) en direcciones IP numéricas que los servidores utilizan para identificar sitios web y dispositivos conectados a Internet. Este proceso se denomina resolución DNS. Durante la resolución DNS, el navegador del usuario se pone en contacto con un servidor DNS para solicitar la dirección IP numérica correcta del sitio web de destino.

El solucionador de DNS busca la dirección IP asociada al nombre de dominio solicitado consultando a los servidores DNS del dominio el registro A, o registro de dirección, que vincula los nombres de dominio con una o varias direcciones IP. El solucionador de DNS también puede encontrar un registro CNAME (nombre canónico), que vincula un nombre de dominio con otro nombre de dominio a modo de alias, o un dominio principal con sus subdominios.

Hoy en día, la mayoría de los dominios utilizan varios servidores DNS para protegerse frente a fallos de los servidores o gestionar grandes volúmenes de tráfico. Cada una de estas instancias de servidor, todas con una dirección IP diferente, puede atender las solicitudes entrantes del dominio, por lo que la consulta DNS devuelve una lista con varias direcciones IP. Un balanceador de carga DNS utiliza distintos métodos o reglas para elegir qué dirección IP proporcionar en respuesta a una consulta DNS, lo que garantiza que el tráfico de las conexiones se distribuya entre varios servidores disponibles.

Un registro CNAME también puede resultar útil en el balanceo de carga de DNS, ya que permite que un nombre de dominio se resuelva en la misma dirección IP que otro dominio. Se puede configurar un CNAME para que apunte al nombre de dominio de un balanceador de carga o al nombre de dominio principal que utiliza el balanceo de carga.

Cómo usar DNS como equilibrador de carga

El balanceo de carga mediante DNS distribuye el tráfico de red entrante entre varias instancias de servidor, lo que reparte la carga y mejora la disponibilidad y el rendimiento de la aplicación o el servicio. Si un servidor deja de estar disponible o se sobrecarga, el solucionador DNS seguirá proporcionando las direcciones IP de los servidores restantes, lo que garantiza la redundancia y la capacidad de conmutación por error.

¿Cuál es la diferencia entre el balanceo de carga DNS y el balanceo de carga tradicional?

El balanceo de carga mediante DNS y el balanceo de carga tradicional tienen objetivos similares, pero operan en distintas capas de la pila de red y presentan algunas diferencias clave.

El balanceo de carga DNS opera en el nivel DNS de la capa 7, la capa de aplicación, y utiliza el protocolo de datagramas de usuario (UDP) en la capa de transporte del modelo TCP/IP para transportar datos, aunque en DNS se prefiere UDP a TCP por su velocidad y la ligereza de sus paquetes.

Implementar el balanceo de carga DNS es relativamente sencillo en comparación con otras soluciones de balanceo de carga y resulta especialmente beneficioso para las pequeñas y medianas empresas con limitaciones presupuestarias. No requiere configuraciones complejas ni hardware o software específico de balanceo de carga, por lo que es accesible para organizaciones con recursos de TI limitados. El balanceo de carga DNS también puede configurarse para dirigir a los usuarios a servidores ubicados en distintas regiones geográficas. Esto resulta especialmente útil para las organizaciones con presencia global, ya que permite dirigir el tráfico a la instancia de la aplicación más cercana o enrutarlo para cumplir con el RGPD.

Por otro lado, el balanceo de carga tradicional opera en la capa 4 de transporte o en la capa 7 de aplicación. Los balanceadores de carga de capa 4 actúan en función de los datos presentes en los protocolos de las capas de red y transporte (IP, TCP, UDP). Los balanceadores de carga de capa 7 distribuyen las solicitudes en función de los datos presentes en protocolos de la capa de aplicación, como HTTP. Estos balanceadores de carga suelen ser dispositivos dedicados que utilizan hardware o software para distribuir las solicitudes de los clientes entre un grupo de servidores o instancias de servidor.

Estos balanceadores de carga ofrecen funciones más avanzadas y un control más preciso de la distribución del tráfico. La distribución de las solicitudes de los clientes suele estar controlada por un dispositivo o servicio de balanceo de carga dedicado, capaz de tomar decisiones dinámicas en función del rendimiento y otros factores. Estos dispositivos o servicios de balanceo de carga también pueden ejecutar algoritmos más avanzados e incluir comprobaciones de estado para supervisar el estado de los servidores y retirar o redirigir automáticamente el tráfico de los servidores que presentan problemas a otros que funcionan correctamente. Esto proporciona una mayor disponibilidad y tolerancia a fallos.

¿Cuál es la diferencia entre el DNS round-robin y el balanceo de carga avanzado?

DNS Round Robin es una forma básica de balanceo de carga que utiliza el DNS para distribuir las solicitudes de los clientes recorriendo de forma cíclica una lista de direcciones IP asociadas a distintos servidores. Cada solicitud de un cliente se envía automáticamente a la siguiente dirección IP de la lista. DNS Round Robin es relativamente fácil de configurar y gestionar, ya que solo requiere configurar varios registros A asociados a distintas direcciones IP. Los cambios se realizan actualizando estos registros A.

Lamentablemente, esta sencilla implementación del balanceo de carga mediante DNS presenta problemas inherentes que limitan su fiabilidad y eficiencia. En particular, el DNS no comprueba si se han producido interrupciones o errores en los servidores o la red, por lo que siempre devuelve el mismo conjunto de direcciones IP para un dominio, aunque los servidores estén inactivos o sean inaccesibles. Si un servidor deja de estar disponible, el balanceo de carga DNS Round Robin puede seguir dirigiendo tráfico hacia él hasta que el registro DNS se actualice manualmente.

Otro problema surge porque las direcciones resueltas suelen almacenarse en caché, tanto en los servidores DNS intermedios (denominados «resolutores») como en los clientes, para mejorar el rendimiento y reducir la cantidad de tráfico DNS en la red. A cada dirección resuelta se le asigna un periodo de validez (denominado «tiempo de vida», o «TTL»), pero los periodos largos implican que los clientes podrían no enterarse a tiempo de los cambios en el grupo de servidores, mientras que los periodos cortos mejoran la precisión, pero aumentan el procesamiento y el tráfico DNS que el almacenamiento en caché pretende reducir en primer lugar.

Por otro lado, las técnicas avanzadas de balanceo de carga ofrecen más funcionalidades y suelen incluir algoritmos sofisticados, comprobaciones de estado y funciones de gestión del tráfico para distribuirlo de forma eficiente y garantizar una alta disponibilidad, escalabilidad y un rendimiento optimizado. Estos mecanismos de distribución incluyen el turno rotatorio ponderado, el menor número de conexiones o el enrutamiento basado en el tiempo de respuesta, lo que permite distribuir y gestionar el tráfico de forma más eficiente y dinámica y los hace adecuados para entornos complejos y con una alta demanda.

¿Por qué es necesario el balanceo de DNS?

El balanceo de carga desempeña un papel fundamental en la gestión y optimización del flujo de tráfico en los entornos de red modernos, ya que permite ofrecer una experiencia de usuario fluida y ágil, al tiempo que mantiene la disponibilidad y la capacidad de respuesta del sistema, incluso cuando se producen cargas elevadas o fallos en los servidores.

Cómo el balanceo de carga de DNS responde a las necesidades

El balanceo de carga de DNS permite distribuir el tráfico de red entre varios servidores o centros de datos, lo que resulta especialmente importante para la entrega de contenidos y la gestión de grandes volúmenes de tráfico, como ocurre en sitios web de comercio electrónico, plataformas de redes sociales y servicios de streaming en línea. Ayuda a garantizar que ningún servidor se vea saturado o se convierta en un cuello de botella mientras otros permanecen infrautilizados. Esto favorece un uso óptimo de los recursos y ayuda a evitar la sobrecarga de los servidores.

El balanceo de carga de DNS también ayuda a garantizar una alta disponibilidad. Al distribuir el tráfico entrante entre varios servidores o instancias de servidor, reduce el riesgo de que exista un único punto de fallo. Si un servidor deja de estar disponible debido a un fallo de hardware, tareas de mantenimiento u otros problemas, el balanceador de carga puede redirigir el tráfico a servidores operativos, minimizando el tiempo de inactividad del servicio.

A medida que aumenta la demanda de un servicio o una aplicación, el balanceo de carga permite ampliar fácilmente los recursos añadiendo horizontalmente más servidores al conjunto. Esta escalabilidad es fundamental para gestionar el aumento del tráfico y garantizar que el sistema pueda dar servicio a una base de usuarios cada vez mayor sin que el rendimiento se vea afectado. Los balanceadores de carga pueden tener en cuenta factores como la carga de los servidores, la tolerancia a fallos y la proximidad al cliente para garantizar que los usuarios disfruten de una baja latencia y tiempos de respuesta rápidos.

Estrategias de balanceo de carga de DNS

La elección de la estrategia de balanceo de carga depende de los requisitos y las limitaciones específicos de la aplicación o la organización, así como de factores como la arquitectura de la base de datos, la naturaleza de la aplicación, la capacidad de los servidores y las características de la carga de trabajo.

Round Robin ponderado

El round-robin ponderado es una estrategia de equilibrio de carga que asigna distintos pesos o prioridades a los diferentes nodos de servidor de un grupo, lo que influye en la distribución de las solicitudes entrantes de los clientes. Esta estrategia resulta especialmente útil cuando los servidores tienen distintas especificaciones de hardware o capacidades de rendimiento. Al asignar pesos, los servidores más potentes gestionan una mayor proporción del tráfico.

Balanceo de carga geográfico

Este enfoque tiene en cuenta la proximidad geográfica de los clientes a las distintas ubicaciones de los servidores y utiliza ponderaciones para influir en la distribución de las solicitudes de los clientes. El equilibrador de carga conoce tanto la ubicación geográfica de las solicitudes de los clientes como la de los servidores o centros de datos disponibles. Esta información se utiliza para identificar la ubicación del servidor más cercana u óptima para atender la solicitud. El equilibrio de carga geográfico resulta especialmente útil para las organizaciones con una base de usuarios global y varios centros de datos o ubicaciones de servidores. Permite garantizar una experiencia de usuario uniforme en distintas regiones.

Equilibrado de carga dinámico

El balanceo de carga dinámico consiste en ajustar en tiempo real la distribución del tráfico de red en función del estado actual de los servidores o de la red. Los balanceadores de carga dinámicos supervisan el estado y el rendimiento de los servidores del grupo, comprobando su disponibilidad, los tiempos de respuesta, el uso de la CPU, el uso de la memoria y otras métricas. A partir de la información recopilada, el balanceador de carga dirige dinámicamente las solicitudes entrantes al servidor mejor preparado para atenderlas. El balanceo de carga dinámico se utiliza en situaciones en las que los patrones de tráfico son impredecibles, las cargas de tráfico fluctúan con frecuencia o se requiere un alto nivel de optimización del rendimiento. Se utiliza habitualmente en centros de datos, entornos de computación en la nube, redes de distribución de contenidos (CDN) y aplicaciones con cargas de trabajo que cambian rápidamente.

Implementación del balanceo de carga de DNS

Dado que los balanceadores de carga DNS son herramientas fundamentales para gestionar el tráfico de su sitio web o aplicación, es importante configurarlos y administrarlos correctamente. Las siguientes prácticas recomendadas pueden ayudarle a garantizar que su balanceador de carga esté configurado correctamente y pueda satisfacer las demandas de tráfico de sus usuarios y aplicaciones.

Comprenda los requisitos de su aplicación

Empieza por considerar las necesidades específicas de tus aplicaciones o servicios, incluidos factores como los patrones de tráfico previstos, la distribución geográfica de los usuarios, la sensibilidad a la latencia y la necesidad de una alta disponibilidad. Los balanceadores de carga son más eficaces cuando se configuran de acuerdo con patrones de tráfico específicos, así que dedica tiempo a analizar el tráfico que llega a tu sitio web o aplicación y optimiza la configuración en consecuencia.

Prepare su infraestructura para el futuro

La escalabilidad es un aspecto importante que debe tenerse en cuenta para garantizar que su infraestructura esté preparada para el futuro. A medida que crezcan su organización y su base de usuarios, es probable que evolucionen sus necesidades de balanceo de carga de DNS. Asegúrese de que su solución de balanceo de carga pueda ampliar o reducir su capacidad en función de la demanda de tráfico; esta elasticidad resulta muy valiosa en entornos de nube, donde los recursos pueden aprovisionarse dinámicamente según la demanda.

Supervise sus servidores

Implementar comprobaciones de estado y supervisar continuamente el estado de los servidores es fundamental para obtener el máximo rendimiento del balanceador de carga. Supervise periódicamente todos los recursos de los servidores (uso de memoria, uso de CPU, etc.) para poder identificar y solucionar rápidamente cualquier posible problema. Retire los servidores que no estén en buen estado o redirija su tráfico para mantener una alta disponibilidad.

Revisa y optimiza periódicamente

Revise periódicamente la configuración del balanceo de carga de DNS y optimícela en función de los cambios en los patrones de tráfico, el rendimiento de los servidores y los requisitos de la aplicación.

Elija el balanceador de carga DNS adecuado

Seleccione una solución de balanceo de carga DNS que se ajuste a sus requisitos. Tenga en cuenta funciones como el balanceo de carga geográfico, el enrutamiento ponderado, las comprobaciones de estado, la protección de seguridad para aplicaciones web y API, y la facilidad de gestión. Aunque las soluciones de balanceo de carga personalizadas y de desarrollo propio pueden ofrecer un mayor control y más opciones de personalización, especialmente para organizaciones con requisitos muy específicos, también conllevan responsabilidades de mantenimiento continuo, seguridad y escalabilidad que no deben subestimarse. Los servicios de balanceo de carga DNS de terceros suelen operar una red distribuida de servidores en varias ubicaciones geográficas. Este alcance global les permite dirigir de forma eficiente a los usuarios al servidor más cercano, lo que reduce la latencia y mejora la experiencia de usuario. Además, los servicios de terceros suelen ofrecer diversos algoritmos de distribución de carga que permiten ajustar con precisión cómo se distribuye el tráfico en función de sus necesidades específicas y de la capacidad de los servidores. Las soluciones de balanceo de carga basadas en servicios también están diseñadas para gestionar una amplia variedad de cargas de tráfico y pueden ampliar o reducir su capacidad según sea necesario.

Cómo puede ayudar F5

El balanceo de carga de DNS es una solución eficaz de distribución del tráfico para pequeñas y medianas empresas u organizaciones con recursos de TI limitados, ya que no requiere configuraciones complejas ni hardware o software específico de balanceo de carga.

F5 ofrece una amplia gama de productos y soluciones de balanceo de carga. Entre ellos se incluyen servicios de balanceo de carga de DNS basados en la nube que simplifican la implementación y la gestión, y que se pueden configurar por completo mediante API. Además, incorporan protección contra ataques DDoS, un WAF y funciones de recuperación ante desastres. El servicio ofrece enrutamiento global basado en la ubicación para dirigir de forma eficiente el tráfico de las aplicaciones entre distintos entornos, lo que garantiza un alto rendimiento y la mejor experiencia de usuario. El sistema supervisa las comprobaciones de estado para detectar instancias de recursos que hayan fallado o cuyo rendimiento se haya degradado, y redirige a los clientes para mantener la disponibilidad de las aplicaciones y los servicios. F5 Distributed Cloud DNS Load Balancer proporciona escalado automático global para adaptarse a la demanda a medida que crecen las aplicaciones, cambian los patrones de tráfico y se dispara el volumen de solicitudes, pero con precios basados en el consumo: solo paga por los servicios que necesita y utiliza.

Además, F5 NGINX Plus y F5 NGINX son soluciones de balanceo de carga líderes en su categoría que utilizan sitios web con mucho tráfico, como Dropbox, Netflix y Zynga. Más de 350 millones de sitios web de todo el mundo confían en NGINX Plus y NGINX Open Source para ofrecer sus contenidos de forma rápida, fiable y segura.

NGINX Plus ofrece una serie de sofisticados algoritmos de equilibrio de carga que son mucho más eficaces y precisos que el equilibrio de carga DNS básico. Además, con todos ellos comprueba el estado de los servidores para evitar reenviar solicitudes a servidores inaccesibles. También admite una modalidad de equilibrio de carga DNS que resuelve los problemas descritos anteriormente; consulte «Configuración del equilibrio de carga HTTP mediante DNS» en la Guía de administración de NGINX Plus. Al estar basado en software, NGINX Plus se ejecuta en hardware estándar y es considerablemente más económico que la mayoría de las soluciones de la competencia basadas en hardware.