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Cloud Load Balancing とは

2021年10月12日

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Google Cloud Japan Team

※この投稿は米国時間 2021 年 9 月 29 日に、Google Cloud blog に投稿されたものの抄訳です。

新しいアプリケーションがヒットしたとします。世界中で利用が増加する中、ユーザー満足度を維持しながら費用増加を回避する一方で、アプリに対してスケールアップ、最適化、セキュリティ確保をする方法を考えなければなりません。そこで登場するのが Cloud Load Balancing です。

Cloud Load Balancing とは

Cloud Load Balancing は、完全な分散型ロードバランシングソリューションです。このソリューションはユーザーのトラフィック（HTTP(s)、HTTPS/2 with gRPC、TCP/SSL、UDP、QUIC）を複数のバックエンドにバランスさせ、輻輳の回避、レイテンシの低減、セキュリティの向上、コストの削減を実現します。Google と同じフロントエンドインフラストラクチャ上に構築されており、安定した高いパフォーマンスと低いレイテンシで 100 万以上の秒間クエリ数をサポートします。

ソフトウェア定義ネットワーキング（SDN） Cloud Load Balancing は、インスタンスやデバイスベースのソリューションではないため、物理的なインフラストラクチャに縛られることなく、HA、スケール、管理の課題に直面することもありません。
単一のグローバルエニーキャスト IP と自動スケーリング: Cloud Load Balancing は世界中のリージョンにあるすべてのバックエンドインスタンスのフロントエンドとなります。自動マルチリージョンフェイルオーバーを含むクロスリージョンロードバランシングを提供し、バックエンドが不調になった場合にはトラフィックを分割して徐々に移動させ、より多くのリソースが必要になった場合には自動的にスケールアップします。

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Cloud Load Balancing の仕組み

外部ロードバランシング

次のシナリオを考えてみます。カリフォルニアに Shen というユーザーがいます。そのリージョンにフロントエンドインスタンスをデプロイし、ロードバランシング用の仮想 IP（VIP）を構成します。ユーザーベースが他のリージョンに拡大しても、追加のリージョンにインスタンスを作成するだけです。VIP や DNS サーバーの設定に変更はありません。アプリがグローバル化しても、パターンは同じです。インドの Maya は、インドの彼女に近いインスタンスにルーティングされます。インドのインスタンスが過負荷になり、負荷を処理するために自動スケーリングを行っている場合、Maya はその間、他のインスタンスにシームレスにリダイレクトされ、インスタンスが負荷を処理するのに十分な規模になった時点でインドにルーティングされます。これは、レイヤ 7 での外部ロードバランシングの例です。

内部ロードバランシング

3 層構造のアプリでは、フロントエンドの後にミドルウェアとデータソースがあり、ユーザーのリクエストを満たすためにインタラクションします。そこで、フロントエンドと他の内部層との間でレイヤ 4 の内部ロードバランシングが必要になります。レイヤ 4 の内部ロードバランシングは、RFC1918 の VIP の背後にある TCP/UDP トラフィックが対象で、クライアント IP が保存されます。

ヘルスチェックが自動で行われ、中間プロキシはありません。ロードバランシングには SDN のコントロールプレーンとデータプレーンを使用しています。

グローバル HTTP(S) ロードバランシングの使い方

グローバル HTTP(s) ロードバランシングでは、グローバルエニーキャスト VIP（IPv4 または IPv6）が転送ルールに関連付けられ、ターゲットプロキシにトラフィックを誘導します。
ターゲットプロキシは、クライアントのセッションを終了させます。HTTP の場合は、この段階で証明書のデプロイ、バックエンドホストの定義、パスルールの定義を行います。URL マップは、レイヤ 7 のルーティングを行い、クライアントのリクエストを適切なバックエンドサービスへ送信します。
バックエンドサービスには、コンピュートインスタンス用のマネージドインスタンスグループ（MIG）や、コンテナ化されたワークロード用のネットワークエンドポイントグループ（NEG）などがあります。また、ここではサービスインスタンスの容量や健全性が判断されます。
Cloud CDN を有効にしてコンテンツをキャッシュに保存し、パフォーマンスを向上させます。ファイアウォールのルールを設定して、バックエンドとの間のトラフィックを制御できます。
内部ロードバランシングの設定も同様に、転送ルールはありますが、バックエンドサービスを直接指定します。転送ルールには、仮想 IP アドレス、プロトコル、最大 5 つのポートが設定されています。

Cloud Load Balancing でアプリケーションを保護する方法

ベストプラクティスとして、すべての場所で SSL を実行します。HTTPS と SSL プロキシのロードバランシングでは、Google がプロビジョニングと SSL 証明書のライフサイクルの管理を行うマネージド証明書を使用できます。

Cloud Load Balancing は、複数の SSL 証明書をサポートしており、同じロードバランサの IP アドレスとポートを使って複数のドメインにサービスを提供できます。
Google のグローバルなロードバランシングインフラストラクチャを介して、レイヤ 3 およびレイヤ 4 のボリューム型攻撃を吸収し、消滅させます。
さらに Cloud Armor では、レイヤ 3 からレイヤ 7 のアプリケーションレベルの攻撃を防ぐことができます。
また Identity Aware Proxy とファイアウォールを使って、バックエンドサービスへのアクセスを認証し、許可できます。

正しいロードバランシングオプションの選び方

お客様のユースケースに適したロードバランシングオプションを決定する際には、内部と外部、グローバルとリージョナル、トラフィックの種類（HTTP、TLS、UDP）などの要素を考慮します。

バックエンドシステムのレイテンシ低減、パフォーマンス向上、セキュリティ強化、費用削減をご検討の場合は、Cloud Load Balancing をご活用ください。数回のクリックで簡単にデプロイできます。グローバル VIP に関連するフロントエンドとバックエンドを設定するだけで、すぐに使用できます。サービスの詳細については、ドキュメントをご覧ください。