Qu’est-ce que l’équilibrage de charge DNS et comment fonctionne-t-il ?

L’équilibrage de charge DNS utilise le système de noms de domaine (DNS) pour répartir le trafic d’un site entre plusieurs serveurs afin d’augmenter le débit du réseau, d’optimiser les performances, de réduire au minimum les temps d’arrêt et d’améliorer l’efficacité informatique globale.

Qu’est-ce que l’équilibrage de charge DNS ?

L’équilibrage de charge DNS répartit le trafic réseau entrant entre plusieurs serveurs ou ressources afin d’améliorer la disponibilité, l’évolutivité et les performances d’un service ou d’une application, en distribuant la charge entre plusieurs instances de serveur. Il constitue un moyen simple et efficace de répartir la charge entre plusieurs serveurs.

Le DNS est souvent décrit comme l’annuaire téléphonique d’Internet, car il traduit les noms de domaine des sites web (tels que f5.com ou amazon.com) en adresses IP numériques que les serveurs utilisent pour identifier les sites web et les appareils connectés à Internet. Ce processus est appelé résolution DNS. Lors de la résolution DNS, le navigateur de l’utilisateur contacte un serveur DNS afin de demander l’adresse IP numérique correcte du site web de destination.

Le résolveur DNS recherche l’adresse IP associée au nom de domaine demandé en interrogeant les serveurs DNS du domaine afin d’obtenir son enregistrement A, ou enregistrement d’adresse, qui associe les noms de domaine à une ou plusieurs adresses IP. Le résolveur DNS peut également rencontrer un enregistrement CNAME (nom canonique), qui permet d’utiliser un nom de domaine comme alias d’un autre nom de domaine, ou d’établir une correspondance entre un domaine parent et ses sous-domaines.

Aujourd’hui, la plupart des domaines utilisent plusieurs serveurs DNS afin de se prémunir contre les pannes de serveur ou de gérer d’importants volumes de trafic. Chacune de ces instances de serveur, qui possède sa propre adresse IP, peut traiter les requêtes entrantes destinées au domaine. La requête DNS renvoie donc une liste de plusieurs adresses IP. Un équilibreur de charge DNS utilise différentes méthodes ou règles pour choisir l’adresse IP à communiquer en réponse à une requête DNS, afin de répartir le trafic de connexion entre plusieurs serveurs disponibles.

Un enregistrement CNAME peut également être utile pour l’équilibrage de charge DNS, car il permet à un nom de domaine de renvoyer vers la même adresse IP qu’un autre domaine. Un CNAME peut être configuré pour pointer vers le nom de domaine d’un équilibreur de charge ou vers le nom de domaine principal qui utilise l’équilibrage de charge.

Comment utiliser le DNS comme répartiteur de charge

L’équilibrage de charge DNS répartit le trafic réseau entrant entre plusieurs instances de serveur, ce qui permet de distribuer la charge et d’améliorer la disponibilité et les performances de l’application ou du service. Si un serveur devient indisponible ou surchargé, le résolveur DNS continuera à fournir les adresses IP des serveurs restants, garantissant ainsi la redondance et le basculement.

Quelle est la différence entre l’équilibrage de charge DNS et l’équilibrage de charge traditionnel ?

L’équilibrage de charge DNS et l’équilibrage de charge traditionnel remplissent des fonctions similaires, mais ils interviennent à différentes couches de la pile réseau et présentent quelques différences majeures.

L’équilibrage de charge DNS intervient au niveau DNS de la couche applicative 7 et utilise le protocole UDP (User Datagram Protocol) sur la couche Transport du modèle TCP/IP pour acheminer les données. Pour le DNS, UDP est toutefois privilégié par rapport à TCP en raison de sa rapidité et de la légèreté de ses paquets.

La mise en œuvre de l’équilibrage de charge DNS est relativement simple par rapport à d’autres solutions d’équilibrage de charge et s’avère particulièrement avantageuse pour les petites et moyennes entreprises soumises à des contraintes budgétaires. Elle ne nécessite ni configurations complexes, ni matériel ou logiciel dédié à l’équilibrage de charge, ce qui la rend accessible aux organisations disposant de ressources informatiques limitées. L’équilibrage de charge DNS peut également être configuré pour diriger les utilisateurs vers des serveurs situés dans différentes régions géographiques. Cette fonctionnalité est particulièrement utile aux organisations présentes à l’échelle mondiale, car elle permet de diriger le trafic vers l’instance d’application la plus proche et/ou de l’acheminer conformément au RGPD.

En revanche, l’équilibrage de charge traditionnel fonctionne au niveau de la couche de transport 4 ou de la couche applicative 7. Les équilibreurs de charge de couche 4 traitent les données contenues dans les protocoles des couches réseau et transport (IP, TCP, UDP). Les équilibreurs de charge de couche 7 répartissent les requêtes en fonction des données contenues dans les protocoles de la couche applicative, tels que HTTP. Ces équilibreurs de charge sont généralement des dispositifs dédiés qui utilisent du matériel ou des logiciels pour répartir les requêtes des clients entre un groupe de serveurs ou d’instances de serveur.

Ces répartiteurs de charge offrent des fonctionnalités plus avancées et un contrôle plus précis de la répartition du trafic. La distribution des requêtes des clients est généralement gérée par un dispositif ou un service dédié de répartition de charge, capable de prendre des décisions dynamiques en fonction des performances et d’autres facteurs. Ces dispositifs ou services peuvent également exécuter des algorithmes plus avancés et effectuer des contrôles d’intégrité afin de surveiller l’état des serveurs et de supprimer ou de rediriger automatiquement le trafic des serveurs défaillants vers les serveurs opérationnels. Cela garantit une disponibilité et une tolérance aux pannes accrues.

Quelle est la différence entre le DNS Round Robin et l’équilibrage de charge avancé ?

Le DNS Round Robin est une forme élémentaire de répartition de charge qui s’appuie sur le DNS pour distribuer les requêtes des clients en parcourant successivement une liste d’adresses IP associées à différents serveurs. Chaque requête client est automatiquement envoyée à l’adresse IP suivante de la liste. Le DNS Round Robin est relativement simple à configurer et à gérer, car il suffit de configurer plusieurs enregistrements A associés à différentes adresses IP. Les modifications s’effectuent en mettant à jour ces enregistrements A.

Malheureusement, cette mise en œuvre simple de l’équilibrage de charge DNS présente des problèmes intrinsèques qui limitent sa fiabilité et son efficacité. Plus important encore, le DNS ne vérifie pas les pannes ou les erreurs des serveurs ou du réseau. Il renvoie donc toujours le même ensemble d’adresses IP pour un domaine, même si certains serveurs sont hors service ou inaccessibles. Si un serveur devient indisponible, l’équilibrage de charge DNS Round Robin peut continuer à lui acheminer du trafic jusqu’à ce que l’enregistrement DNS soit mis à jour manuellement.

Un autre problème vient du fait que les adresses résolues sont généralement mises en cache, à la fois par les serveurs DNS intermédiaires (appelés « résolveurs ») et par les clients, afin d’améliorer les performances et de réduire le volume du trafic DNS sur le réseau. Chaque adresse résolue se voit attribuer une durée de validité (appelée « durée de vie », ou « TTL »), mais une durée de validité élevée signifie que les clients risquent de ne pas être informés assez rapidement des changements apportés au groupe de serveurs, tandis qu’une durée courte améliore la précision, mais entraîne une augmentation du traitement et du trafic DNS que la mise en cache vise justement à réduire.

Les techniques avancées d’équilibrage de charge, quant à elles, offrent davantage de fonctionnalités et intègrent souvent des algorithmes sophistiqués, des contrôles d’intégrité et des fonctions de gestion du trafic afin de répartir efficacement celui-ci et de garantir une haute disponibilité, une grande évolutivité et des performances optimisées. Ces mécanismes de répartition comprennent notamment la méthode du tourniquet pondéré, celle du plus petit nombre de connexions ou encore le routage basé sur le temps de réponse, pour une répartition et une gestion du trafic plus efficaces et dynamiques, ce qui les rend adaptés aux environnements complexes et à forte demande.

Pourquoi l’équilibrage DNS est-il nécessaire ?

L’équilibrage de charge joue un rôle crucial dans la gestion et l’optimisation du trafic au sein des environnements réseau modernes. Il permet d’offrir une expérience utilisateur fluide et réactive tout en garantissant la disponibilité et la réactivité du système, même en cas de forte charge ou de défaillance de serveurs.

Comment l’équilibrage de charge DNS répond aux besoins

L’équilibrage de charge DNS permet de répartir le trafic réseau entre plusieurs serveurs ou centres de données. Cette fonctionnalité est particulièrement importante pour la diffusion de contenu et la gestion de volumes de trafic élevés, notamment pour les sites de commerce électronique, les plateformes de réseaux sociaux et les services de streaming en ligne. Elle permet d’éviter qu’un serveur ne soit submergé ou ne devienne un goulet d’étranglement tandis que d’autres restent sous-utilisés. Elle favorise ainsi une utilisation optimale des ressources et contribue à prévenir la surcharge des serveurs.

L’équilibrage de charge DNS contribue également à assurer une haute disponibilité. En répartissant le trafic entrant entre plusieurs serveurs ou instances de serveur, il réduit le risque de point de défaillance unique. Si un serveur devient indisponible en raison d’une panne matérielle, d’une opération de maintenance ou de tout autre problème, l’équilibreur de charge peut rediriger le trafic vers des serveurs opérationnels, réduisant ainsi au minimum l’interruption du service.

À mesure que la demande pour un service ou une application augmente, l’équilibrage de charge permet d’adapter facilement les ressources en ajoutant horizontalement davantage de serveurs au pool. Cette évolutivité est essentielle pour gérer l’augmentation du trafic et garantir que le système puisse accueillir un nombre croissant d’utilisateurs sans dégradation des performances. Les répartiteurs de charge peuvent prendre en compte des facteurs tels que la charge des serveurs, la tolérance aux pannes et la proximité avec le client afin d’offrir aux utilisateurs une faible latence et des temps de réponse rapides.

Stratégies d’équilibrage de charge DNS

Le choix de la stratégie d’équilibrage de charge dépend des exigences et contraintes propres à l’application ou à l’organisation, ainsi que de facteurs tels que l’architecture de la base de données, la nature de l’application, la capacité des serveurs et les caractéristiques de la charge de travail.

Round Robin pondéré

La méthode du tourniquet pondéré est une stratégie d’équilibrage de charge qui attribue différents poids ou niveaux de priorité aux divers nœuds de serveur d’un pool, influant ainsi sur la répartition des requêtes clientes entrantes. Cette stratégie est particulièrement utile lorsque les serveurs présentent des caractéristiques matérielles ou des performances différentes. Grâce à l’attribution de poids, les serveurs les plus puissants prennent en charge une plus grande part du trafic.

Répartition géographique de la charge

Cette approche tient compte de la proximité géographique des clients par rapport aux différents emplacements des serveurs et utilise des pondérations pour influer sur la répartition des requêtes des clients. L’équilibreur de charge connaît la localisation géographique des requêtes des clients ainsi que celle des serveurs ou centres de données disponibles. Ces informations permettent ensuite de déterminer l’emplacement du serveur le plus proche ou le mieux adapté pour traiter la requête. L’équilibrage de charge géographique est particulièrement utile pour les organisations disposant d’une base d’utilisateurs mondiale et de plusieurs centres de données ou emplacements de serveurs. Il permet de garantir une expérience utilisateur homogène dans les différentes régions.

Équilibrage de charge dynamique

L’équilibrage de charge dynamique consiste à ajuster en temps réel la répartition du trafic réseau en fonction de l’état actuel des serveurs ou du réseau. Les répartiteurs de charge dynamiques surveillent l’état et les performances des serveurs du pool, notamment leur disponibilité, leurs temps de réponse, l’utilisation du processeur et de la mémoire, ainsi que d’autres indicateurs. À partir des informations recueillies, le répartiteur de charge achemine dynamiquement les requêtes entrantes vers le serveur le mieux à même de les traiter. L’équilibrage de charge dynamique est utilisé lorsque les schémas de trafic sont imprévisibles, que les charges de trafic fluctuent fréquemment ou qu’un niveau élevé d’optimisation des performances est nécessaire. Il est couramment employé dans les centres de données, les environnements de cloud computing, les réseaux de diffusion de contenu (CDN) et les applications dont les charges de travail évoluent rapidement.

Mise en œuvre de l’équilibrage de charge DNS

Les répartiteurs de charge DNS étant des outils essentiels pour gérer le trafic sur votre site web ou votre application, il est important de les configurer et de les administrer correctement. Les bonnes pratiques suivantes vous aideront à vous assurer que votre répartiteur de charge est correctement configuré et capable de répondre aux besoins en trafic de vos utilisateurs et de vos applications.

Comprenez les exigences de votre application

Commencez par examiner les besoins spécifiques de vos applications ou services, notamment les schémas de trafic prévus, la répartition géographique des utilisateurs, la sensibilité à la latence et la nécessité d’une haute disponibilité. Les répartiteurs de charge sont plus efficaces lorsqu’ils sont configurés en fonction de schémas de trafic précis. Prenez donc le temps d’analyser le trafic arrivant sur votre site web ou votre application et d’optimiser votre configuration en conséquence.

Pérennisez votre infrastructure

L’évolutivité est un critère important pour pérenniser votre infrastructure. À mesure que votre organisation et votre base d’utilisateurs se développent, vos besoins en matière d’équilibrage de charge DNS sont susceptibles d’évoluer. Assurez-vous que votre solution d’équilibrage de charge peut augmenter ou réduire sa capacité en fonction du trafic ; cette élasticité est particulièrement utile dans les environnements cloud, où les ressources peuvent être provisionnées dynamiquement selon la demande.

Surveillez vos serveurs

La mise en place de contrôles d’intégrité et la surveillance continue de l’état de vos serveurs sont essentielles pour garantir des performances optimales de votre répartiteur de charge. Surveillez régulièrement toutes les ressources des serveurs (utilisation de la mémoire, utilisation du processeur, etc.) afin de pouvoir détecter et résoudre rapidement tout problème potentiel. Supprimez ou redirigez le trafic provenant des serveurs défaillants afin de maintenir une haute disponibilité.

Réévaluez et optimisez régulièrement

Examinez régulièrement votre configuration de répartition de charge DNS et optimisez-la en fonction de l’évolution des modèles de trafic, des performances des serveurs et des exigences des applications.

Choisissez le bon équilibreur de charge DNS

Choisissez une solution d’équilibrage de charge DNS adaptée à vos besoins. Tenez compte de fonctionnalités telles que l’équilibrage de charge géographique, le routage pondéré, les contrôles d’intégrité, la protection des applications web et des API, ainsi que la facilité de gestion. Si les solutions d’équilibrage de charge personnalisées ou développées en interne peuvent offrir davantage de contrôle et de possibilités de personnalisation, notamment aux organisations ayant des exigences très spécifiques, elles impliquent également des responsabilités en matière de maintenance continue, de sécurité et d’évolutivité qu’il ne faut pas sous-estimer. Les services tiers d’équilibrage de charge DNS exploitent souvent un réseau distribué de serveurs répartis dans plusieurs zones géographiques. Cette présence mondiale leur permet d’orienter efficacement les utilisateurs vers le serveur le plus proche, ce qui réduit la latence et améliore l’expérience utilisateur. Les services tiers proposent aussi généralement divers algorithmes de répartition de charge qui permettent d’ajuster précisément la distribution du trafic en fonction de vos besoins spécifiques et des capacités de vos serveurs. Les solutions d’équilibrage de charge sous forme de service sont également conçues pour gérer des volumes de trafic très variables et peuvent augmenter ou réduire leur capacité selon les besoins.

Comment F5 peut vous aider

L’équilibrage de charge DNS est une solution efficace de répartition du trafic pour les petites et moyennes entreprises ou les organisations disposant de ressources informatiques limitées, car il ne nécessite ni configurations complexes, ni matériel ou logiciel d’équilibrage de charge dédié.

F5 propose une gamme de produits et de solutions d’équilibrage de charge. Parmi ceux-ci figurent des services cloud d’équilibrage de charge DNS qui simplifient la mise en œuvre et la gestion, et sont entièrement configurables via des API. Ils intègrent des protections contre les attaques DDoS, un WAF et des fonctionnalités de reprise après sinistre. Le service propose un routage mondial basé sur la localisation afin de diriger efficacement le trafic applicatif entre les différents environnements, pour des performances élevées et une expérience utilisateur optimale. Le système effectue des contrôles d’intégrité afin de détecter les instances de ressources défaillantes ou dégradées et de rediriger les clients pour maintenir la disponibilité des applications et des services. F5 Distributed Cloud DNS Load Balancer assure une mise à l’échelle automatique à l’échelle mondiale pour répondre à la demande à mesure que les applications se développent, que les schémas de trafic évoluent et que le volume de requêtes explose, tout en proposant une tarification à l’usage : vous ne payez que les services dont vous avez besoin et que vous utilisez.

En outre, F5 NGINX Plus et F5 NGINX sont des solutions d’équilibrage de charge de premier ordre utilisées par des sites web à fort trafic tels que Dropbox, Netflix et Zynga. Plus de 350 millions de sites web dans le monde s’appuient sur NGINX Plus et NGINX Open Source pour diffuser leur contenu rapidement, de manière fiable et sécurisée.

NGINX Plus propose une gamme d’algorithmes sophistiqués d’équilibrage de charge, bien plus efficaces et précis que l’équilibrage de charge DNS de base. Tous vérifient l’état des serveurs afin d’éviter de transmettre des requêtes à des serveurs inaccessibles. NGINX Plus prend également en charge une forme d’équilibrage de charge DNS qui résout les problèmes décrits précédemment ; consultez la section « Configuration de l’équilibrage de charge HTTP à l’aide du DNS » du Guide d’administration de NGINX Plus. Comme il s’agit d’une solution logicielle, NGINX Plus fonctionne sur du matériel standard et coûte nettement moins cher que la plupart des solutions matérielles concurrentes.