O que é balanceamento de carga de DNS e como ele funciona?

O balanceamento de carga de DNS usa o sistema de nomes de domínio (DNS) para distribuir o tráfego do site entre vários servidores, aumentando a taxa de transferência da rede, otimizando o desempenho, minimizando o tempo de inatividade e melhorando a eficiência computacional geral.

O que é balanceamento de carga de DNS?

O balanceamento de carga de DNS distribui o tráfego de rede recebido entre vários servidores ou recursos para melhorar a disponibilidade, a escalabilidade e o desempenho de um serviço ou aplicativo, dividindo a carga entre diversas instâncias de servidor. Ele oferece uma maneira simples e eficiente de distribuir a carga entre vários servidores.

O DNS é frequentemente descrito como a lista telefônica da Internet, pois traduz nomes de domínio de sites (como f5.com ou amazon.com) em endereços IP numéricos, que os servidores usam para identificar sites e dispositivos conectados à Internet. Esse processo é chamado de resolução de DNS. Durante a resolução de DNS, o navegador do usuário entra em contato com um servidor DNS para solicitar o endereço IP numérico correto do site de destino.

O resolvedor de DNS procura o endereço IP associado ao nome de domínio solicitado consultando os servidores DNS do domínio em busca do registro A, ou registro de endereço, que mapeia nomes de domínio para um ou mais endereços IP. O resolvedor de DNS também pode encontrar um registro CNAME (nome canônico), que mapeia um nome de domínio para outro nome de domínio como um alias ou estabelece o mapeamento entre um domínio pai e seus subdomínios.

Atualmente, a maioria dos domínios utiliza vários servidores DNS para se proteger contra falhas de servidor ou lidar com grandes volumes de tráfego. Cada uma dessas diferentes instâncias de servidor, todas com um endereço IP distinto, pode processar as solicitações recebidas pelo domínio. Por isso, a consulta DNS retorna uma lista com vários endereços IP. Um balanceador de carga DNS utiliza diversos métodos ou regras para escolher qual endereço IP fornecer em resposta a uma consulta DNS, garantindo que o tráfego de conexão seja distribuído entre os vários servidores disponíveis.

Um registro CNAME também pode ser útil no balanceamento de carga de DNS, pois permite que um único nome de domínio seja resolvido para o mesmo endereço IP de outro domínio: um CNAME pode ser configurado para apontar para o nome de domínio de um balanceador de carga ou para o nome de domínio principal que utiliza balanceamento de carga.

Como usar o DNS como balanceador de carga

O balanceamento de carga por DNS distribui o tráfego de rede recebido entre várias instâncias de servidor, dividindo a carga e melhorando a disponibilidade e o desempenho da aplicação ou do serviço. Se um servidor ficar indisponível ou sobrecarregado, o resolvedor de DNS continuará fornecendo os endereços IP dos servidores restantes, garantindo redundância e recursos de failover.

Qual é a diferença entre o balanceamento de carga de DNS e o balanceamento de carga tradicional?

O balanceamento de carga de DNS e o balanceamento de carga tradicional têm finalidades semelhantes, mas operam em diferentes camadas da pilha de rede e apresentam algumas diferenças importantes.

O balanceamento de carga de DNS opera no nível de DNS da camada 7, a camada de aplicação, e usa o Protocolo de Datagrama do Usuário (UDP) na camada de transporte do modelo TCP/IP para transportar dados. Para o DNS, porém, o UDP é preferível ao TCP devido à sua velocidade e aos pacotes leves.

A implementação do balanceamento de carga de DNS é relativamente simples em comparação com outras soluções de balanceamento de carga e é especialmente vantajosa para pequenas e médias empresas com restrições orçamentárias. Ela não exige configurações complexas nem hardware ou software dedicado de balanceamento de carga, o que a torna acessível para organizações com recursos de TI limitados. O balanceamento de carga de DNS também pode ser configurado para direcionar os usuários a servidores em diferentes regiões geográficas. Isso é especialmente útil para organizações com presença global, pois permite direcionar o tráfego para a instância da aplicação mais próxima e/ou roteá-lo em conformidade com o GDPR.

Por outro lado, o balanceamento de carga tradicional opera na camada 4 de transporte ou na camada 7 de aplicação. Os balanceadores de carga da camada 4 atuam com base nos dados encontrados nos protocolos das camadas de rede e transporte (IP, TCP, UDP). Os balanceadores de carga da camada 7 distribuem as solicitações com base nos dados encontrados em protocolos da camada de aplicação, como HTTP. Esses balanceadores de carga geralmente são dispositivos dedicados que usam hardware ou software para distribuir as solicitações dos clientes entre um grupo de servidores ou instâncias de servidor.

Esses balanceadores de carga oferecem recursos mais avançados e um controle mais preciso sobre a distribuição do tráfego. A distribuição das solicitações dos clientes geralmente é controlada por um dispositivo ou serviço dedicado de balanceamento de carga, capaz de tomar decisões dinâmicas com base no desempenho e em outros fatores. Esses dispositivos ou serviços de balanceamento de carga também podem executar algoritmos mais avançados e incluir verificações de integridade para monitorar o status dos servidores e remover ou redirecionar automaticamente o tráfego de servidores com problemas para servidores íntegros. Isso proporciona maior disponibilidade e tolerância a falhas.

Qual é a diferença entre DNS Round Robin e balanceamento de carga avançado?

O DNS Round Robin é uma forma básica de balanceamento de carga que utiliza o DNS para distribuir as solicitações dos clientes, alternando entre uma lista de endereços IP associados a diferentes servidores. Cada solicitação de cliente é enviada automaticamente para o próximo endereço IP da lista. O DNS Round Robin é relativamente simples de configurar e gerenciar, pois exige apenas a configuração de vários registros A associados a diferentes endereços IP. As alterações são feitas por meio da atualização desses registros A.

Infelizmente, essa implementação simples de balanceamento de carga de DNS apresenta problemas inerentes que limitam sua confiabilidade e eficiência. O mais importante é que o DNS não verifica falhas ou erros de servidores ou da rede e, por isso, sempre retorna o mesmo conjunto de endereços IP para um domínio, mesmo que os servidores estejam inativos ou inacessíveis. Se um servidor ficar indisponível, o balanceamento de carga DNS Round Robin ainda poderá direcionar tráfego para ele até que o registro DNS seja atualizado manualmente.

Outro problema ocorre porque os endereços resolvidos geralmente são armazenados em cache, tanto por servidores DNS intermediários (chamados de resolvedores) quanto pelos clientes, para melhorar o desempenho e reduzir o volume de tráfego DNS na rede. Cada endereço resolvido recebe um período de validade (chamado de tempo de vida, ou TTL), mas períodos longos podem fazer com que os clientes não tomem conhecimento de alterações no grupo de servidores em tempo hábil, enquanto períodos curtos aumentam a precisão, mas também o processamento e o tráfego DNS que o uso do cache visa justamente reduzir.

As técnicas avançadas de balanceamento de carga, por outro lado, oferecem mais recursos e geralmente incluem algoritmos sofisticados, verificações de integridade e funcionalidades de gerenciamento de tráfego para distribuir o tráfego com eficiência e garantir alta disponibilidade, escalabilidade e desempenho otimizado. Esses mecanismos de distribuição incluem round-robin ponderado, menor número de conexões ou roteamento baseado no tempo de resposta, proporcionando distribuição e gerenciamento de tráfego mais eficientes e dinâmicos, o que os torna adequados para ambientes complexos e de alta demanda.

Por que o balanceamento de DNS é necessário?

O balanceamento de carga desempenha um papel fundamental no gerenciamento e na otimização do fluxo de tráfego em ambientes de rede modernos, pois ajuda a proporcionar uma experiência de usuário fluida e ágil, mantendo a disponibilidade e a capacidade de resposta do sistema, mesmo sob cargas intensas ou em caso de falhas nos servidores.

Como o balanceamento de carga de DNS atende às necessidades

O balanceamento de carga de DNS permite distribuir o tráfego de rede entre vários servidores ou data centers, o que é especialmente importante para a entrega de conteúdo e o gerenciamento de grandes volumes de tráfego, como em sites de comércio eletrônico, plataformas de mídia social e serviços de streaming online. Ele ajuda a garantir que nenhum servidor fique sobrecarregado ou se torne um gargalo de tráfego enquanto outros permanecem subutilizados. Isso promove o uso otimizado dos recursos e ajuda a evitar a sobrecarga dos servidores.

O balanceamento de carga de DNS também ajuda a garantir alta disponibilidade. Ao distribuir o tráfego de entrada entre vários servidores ou instâncias de servidor, ele reduz o risco de um ponto único de falha. Se um servidor ficar indisponível devido a uma falha de hardware, manutenção ou outros problemas, o balanceador de carga poderá redirecionar o tráfego para servidores operacionais, minimizando o tempo de inatividade do serviço.

À medida que a demanda por um serviço ou aplicativo aumenta, o balanceamento de carga permite dimensionar facilmente os recursos por meio da adição horizontal de mais servidores ao pool. Essa escalabilidade é fundamental para lidar com o aumento do tráfego e garantir que o sistema possa comportar uma base crescente de usuários sem perda de desempenho. Os balanceadores de carga podem considerar fatores como a carga dos servidores, a tolerância a falhas e a proximidade do cliente para garantir que os usuários tenham baixa latência e tempos de resposta rápidos.

Estratégias de balanceamento de carga de DNS

A escolha da estratégia de balanceamento de carga depende dos requisitos e das restrições específicos da aplicação ou organização e pode ser influenciada por fatores como a arquitetura do banco de dados, a natureza da aplicação, a capacidade dos servidores e as características da carga de trabalho.

Round Robin ponderado

O round-robin ponderado é uma estratégia de balanceamento de carga que atribui diferentes pesos ou prioridades aos diversos nós de servidor de um pool, influenciando a distribuição das solicitações recebidas dos clientes. Essa estratégia é particularmente útil ao lidar com servidores que têm especificações de hardware ou capacidades de desempenho diferentes. Com a atribuição de pesos, os servidores mais potentes processam uma parcela maior do tráfego.

Balanceamento de carga geográfico

Essa abordagem leva em consideração a proximidade geográfica dos clientes em relação aos diversos locais dos servidores e usa pesos para influenciar a distribuição das solicitações dos clientes. O balanceador de carga conhece a localização geográfica tanto das solicitações dos clientes quanto dos locais dos servidores ou data centers disponíveis. Essas informações são usadas para identificar o local do servidor mais próximo ou mais adequado para atender à solicitação. O balanceamento de carga geográfico é particularmente útil para organizações com uma base global de usuários e vários data centers ou locais de servidores. Ele pode garantir uma experiência de usuário consistente em diferentes regiões.

Balanceamento Dinâmico de Carga

O balanceamento de carga dinâmico envolve ajustes em tempo real na distribuição do tráfego de rede com base no estado atual dos servidores ou da rede. Os balanceadores de carga dinâmicos monitoram a integridade e o desempenho dos servidores no pool, verificando a disponibilidade dos servidores, os tempos de resposta, a utilização da CPU, o uso da memória e outras métricas. Com base nas informações coletadas, o balanceador de carga encaminha dinamicamente as solicitações recebidas para o servidor mais bem preparado para processá-las. O balanceamento de carga dinâmico é usado em cenários nos quais os padrões de tráfego são imprevisíveis, as cargas de tráfego oscilam com frequência ou há necessidade de oferecer um alto nível de otimização de desempenho. Ele é comumente usado em data centers, ambientes de computação em nuvem, redes de distribuição de conteúdo (CDNs) e aplicações com cargas de trabalho que mudam rapidamente.

Implementação do balanceamento de carga de DNS

Como os balanceadores de carga de DNS são ferramentas essenciais para gerenciar o tráfego do seu site ou aplicativo, é importante configurá-los e gerenciá-los corretamente. As práticas recomendadas a seguir podem ajudar a garantir que seu balanceador de carga esteja configurado adequadamente e seja capaz de atender às demandas de tráfego dos seus usuários e aplicativos.

Entenda os requisitos da sua aplicação

Comece considerando as necessidades específicas de suas aplicações ou serviços, incluindo fatores como os padrões de tráfego esperados, a distribuição geográfica dos usuários, a sensibilidade à latência e a necessidade de alta disponibilidade. Os balanceadores de carga são mais eficazes quando configurados de acordo com padrões de tráfego específicos. Portanto, reserve um tempo para analisar o tráfego que chega ao seu site ou aplicação e otimizar a configuração de acordo com esses padrões.

Prepare sua infraestrutura para o futuro

A escalabilidade é um aspecto importante para preparar sua infraestrutura para o futuro. À medida que sua organização e sua base de usuários crescem, é provável que suas necessidades de balanceamento de carga de DNS evoluam. Certifique-se de que sua solução de balanceamento de carga possa aumentar ou reduzir sua capacidade de acordo com as demandas de tráfego; essa elasticidade é valiosa em ambientes de nuvem, nos quais os recursos podem ser provisionados dinamicamente conforme a demanda.

Monitore seus servidores

Implementar verificações de integridade e monitorar continuamente o status dos seus servidores é fundamental para obter o máximo desempenho do seu balanceador de carga. Monitore regularmente todos os recursos dos servidores (utilização de memória, uso da CPU etc.) para identificar e solucionar rapidamente possíveis problemas. Remova ou redirecione o tráfego de servidores com problemas para manter a alta disponibilidade.

Revise e otimize regularmente

Revise periodicamente sua configuração de balanceamento de carga de DNS e faça otimizações com base nas mudanças nos padrões de tráfego, no desempenho dos servidores e nos requisitos da aplicação.

Escolha o balanceador de carga DNS certo

Selecione uma solução de balanceamento de carga de DNS que atenda aos seus requisitos. Considere recursos como balanceamento de carga geográfico, roteamento ponderado, verificações de integridade, proteção de segurança para aplicações web e APIs e facilidade de gerenciamento. Embora soluções de balanceamento de carga personalizadas e desenvolvidas internamente possam oferecer maior controle e personalização, especialmente para organizações com requisitos muito específicos, elas também envolvem responsabilidades contínuas de manutenção, segurança e escalabilidade que não devem ser subestimadas. Os serviços de balanceamento de carga de DNS de terceiros geralmente operam uma rede distribuída de servidores em várias localizações geográficas. Esse alcance global permite direcionar os usuários com eficiência ao servidor mais próximo, reduzindo a latência e melhorando a experiência do usuário. Em geral, os serviços de terceiros também oferecem diversos algoritmos de distribuição de carga, permitindo ajustar com precisão a forma como o tráfego é distribuído de acordo com suas necessidades específicas e a capacidade dos servidores. As soluções de balanceamento de carga baseadas em serviços também são projetadas para lidar com uma ampla variedade de volumes de tráfego e podem aumentar ou reduzir sua capacidade conforme necessário.

Como a F5 pode ajudar

O balanceamento de carga de DNS é uma solução eficaz de distribuição de tráfego para pequenas e médias empresas ou organizações com recursos de TI limitados, pois não exige configurações complexas nem hardware ou software dedicado de balanceamento de carga.

A F5 oferece uma variedade de produtos e soluções de balanceamento de carga. Entre eles estão serviços de balanceamento de carga de DNS baseados em nuvem que simplificam as complexidades de implementação e gerenciamento e são totalmente configuráveis por meio de APIs, com proteções integradas contra DDoS e de WAF, além de recursos de recuperação de desastres. O serviço oferece roteamento global baseado em localização para direcionar com eficiência o tráfego de aplicações entre ambientes, garantindo alto desempenho e a melhor experiência do usuário. O sistema monitora as verificações de integridade para detectar instâncias de recursos com falha ou desempenho degradado e redirecionar os clientes, mantendo a disponibilidade das aplicações e dos serviços. F5 Distributed Cloud DNS Load Balancer oferece escalabilidade automática global para acompanhar a demanda à medida que as aplicações crescem, os padrões de tráfego mudam e o volume de solicitações dispara, mas com preços baseados no uso: você paga apenas pelos serviços de que precisa e que utiliza.

Além disso, F5 NGINX Plus e F5 NGINX são soluções de balanceamento de carga líderes do setor, usadas por sites de alto tráfego, como Dropbox, Netflix e Zynga. Mais de 350 milhões de sites em todo o mundo contam com o NGINX Plus e o NGINX Open Source para disponibilizar seu conteúdo com rapidez, confiabilidade e segurança.

O NGINX Plus oferece diversos algoritmos sofisticados de balanceamento de carga, muito mais eficazes e precisos do que o balanceamento de carga básico por DNS. Além disso, todos eles verificam o status dos servidores para evitar o encaminhamento de solicitações a servidores inacessíveis. Ele também é compatível com uma forma de balanceamento de carga por DNS que resolve os problemas descritos anteriormente; consulte Configuração do balanceamento de carga HTTP usando DNS no Guia de Administração do NGINX Plus. Por ser baseado em software, o NGINX Plus é executado em hardware comum e custa significativamente menos do que a maioria das soluções concorrentes baseadas em hardware.