Opzioni per il bilanciamento del carico
A seconda del tipo di traffico inviato all'applicazione, sono disponibili diverse opzioni per il bilanciamento del carico esterno. La seguente tabella riassume le tue opzioni:
| Opzione | Descrizione | Flusso di traffico | Ambito |
|---|---|---|---|
| Bilanciatore del carico delle applicazioni esterno | Supporta il traffico HTTP(S) e funzionalità avanzate come la mappatura degli URL e l'offloading SSL Utilizza un bilanciatore del carico di rete proxy esterno per il traffico non HTTP su porte specifiche. |
La sessione TCP o SSL (TLS) viene terminata sui Google Front End (GFE), sul perimetro della rete Google, e il traffico viene inviato tramite proxy ai backend. | Globale |
| Bilanciatore del carico di rete passthrough esterno | Consente al traffico TCP/UDP che utilizza qualsiasi porta di passare attraverso il bilanciatore del carico. | Fornito mediante la tecnologia Maglev di Google per distribuire il traffico ai backend. | Regionale |
Poiché i bilanciatori del carico interni e Cloud Service Mesh non supportano il traffico rivolto agli utenti, non rientrano nell'ambito di questo articolo.
Le misurazioni di questo articolo utilizzano il livello Premium in Network Service Tiers poiché il bilanciamento del carico globale richiede questo livello di servizio.
Misurazione della latenza
Quando accede a un sito web ospitato in us-central1, un utente in Germania utilizza
i seguenti metodi per testare la latenza:
- Ping: sebbene il ping ICMP sia un modo comune per misurare la connettività del server, il ping ICMP non misura la latenza dell'utente finale. Per maggiori informazioni, consulta Ulteriori effetti di latenza di un bilanciatore del carico delle applicazioni esterno.
- Curl: Curl misura il Time To First Byte (TTFB). Invia un comando
curlripetuto al server.
Quando confronti i risultati, tieni presente che la latenza sui collegamenti in fibra è vincolata dalla distanza e dalla velocità della luce nella fibra, ossia circa 200.000 km al secondo.
La distanza tra Francoforte, Germania e Council Bluffs, Iowa (la regione us-central1), è di circa 7500 km. Con fibra dritta tra le località, la latenza di andata e ritorno è la seguente:
7,500 km * 2 / 200,000 km/s * 1000 ms/s = 75 milliseconds (ms)
Il cavo in fibra ottica non segue un percorso rettilineo tra l'utente e il data center. La luce sul cavo in fibra passa attraverso apparecchiatura attiva e passiva lungo il percorso. Una latenza osservata di circa 1,5 volte l'ideale, ovvero 112,5 ms, indica una configurazione quasi ideale.
Confronto della latenza
Questa sezione confronta il bilanciamento del carico nelle seguenti configurazioni:
- Nessun bilanciamento del carico
- Bilanciatore del carico di rete passthrough esterno
- Bilanciatore del carico delle applicazioni esterno o bilanciatore del carico di rete proxy esterno
In questo scenario, l'applicazione è costituita da un gruppo di istanze gestite a livello di regione di server web HTTP. Poiché l'applicazione si basa su chiamate a bassa latenza a un
database centrale, i server web devono essere ospitati in un'unica località. Il deployment dell'applicazione è stato eseguito nella regione us-central1 e gli utenti sono distribuiti in tutto il mondo. La latenza osservata dall'utente in Germania in questo scenario illustra ciò che potrebbero riscontrare gli utenti in tutto il mondo.
Nessun bilanciamento del carico
Quando un utente effettua una richiesta HTTP, a meno che non sia configurato il bilanciamento del carico, il traffico passa direttamente dalla rete dell'utente alla macchina virtuale (VM) ospitata su Compute Engine. Per il livello Premium, il traffico entra nella rete di Google in un POP perimetrale vicino alla località dell'utente. Per il livello Standard, il traffico degli utenti entra nella rete di Google in un punto di presenza (POP) vicino alla regione di destinazione. Per ulteriori informazioni, consulta la documentazione su Network Service Tiers.
La tabella seguente mostra i risultati quando l'utente in Germania ha testato la latenza di un sistema senza bilanciamento del carico:
| Metodo | Risultato | Latenza minima |
|---|---|---|
| Invia un ping all'indirizzo IP della VM (la risposta proviene direttamente dal server web) |
ping -c 5 compute-engine-vm PING compute-engine-vm (xxx.xxx.xxx.xxx) 56(84) bytes of data. 64 bytes from compute-engine-vm (xxx.xxx.xxx.xxx): icmp_seq=1 ttl=56 time=111 ms 64 bytes from compute-engine-vm (xxx.xxx.xxx.xxx): icmp_seq=2 ttl=56 time=110 ms [...] --- compute-engine-vm ping statistics --- 5 packets transmitted, 5 received, 0% packet loss, time 4004ms rtt min/avg/max/mdev = 110.818/110.944/111.265/0.451 ms |
110 ms |
| TTFB |
for ((i=0; i < 500; i++)); do curl -w /
"%{time_starttransfer}\n" -o /dev/null -s compute-engine-vm; done
0.230 0.230 0.231 0.231 0.230 [...] 0.232 0.231 0.231 |
230 ms |
La latenza TTFB è stabile, come mostrato nel seguente grafico delle prime 500 richieste:
Quando invii un ping all'indirizzo IP della VM, la risposta proviene direttamente dal server web. Il tempo di risposta del server web è minimo rispetto alla latenza di rete (TTFB). Questo perché per ogni richiesta HTTP viene aperta una nuova connessione TCP. È necessario un tre-way handshake iniziale prima che venga inviata la risposta HTTP, come mostrato nel diagramma seguente. Di conseguenza, la latenza osservata è circa il doppio del ping.
Bilanciatore del carico di rete passthrough esterno
Con i bilanciatori del carico di rete passthrough esterni, le richieste degli utenti entrano comunque nella rete Google al PoP perimetrale più vicino (nel livello Premium). Nella regione in cui si trovano le VM del progetto, il traffico passa prima attraverso un bilanciatore del carico di rete passthrough esterno. Viene quindi inoltrato senza modifiche alla VM di backend di destinazione. Il bilanciatore del carico di rete passthrough esterno distribuisce il traffico in base a un algoritmo di hashing stabile. L'algoritmo utilizza una combinazione di porta di origine e di destinazione, indirizzo IP e protocollo. Le VM ascoltano l'IP del bilanciatore del carico e accettano il traffico inalterato.
La tabella seguente mostra i risultati quando l'utente in Germania ha testato la latenza per l'opzione di bilanciamento del carico di rete.
| Metodo | Risultato | Latenza minima |
|---|---|---|
| Invia un ping al bilanciatore del carico di rete passthrough esterno |
ping -c 5 net-lb PING net-lb (xxx.xxx.xxx.xxx) 56(84) bytes of data. 64 bytes from net-lb (xxx.xxx.xxx.xxx): icmp_seq=1 ttl=44 time=110 ms 64 bytes from net-lb (xxx.xxx.xxx.xxx): icmp_seq=2 ttl=44 time=110 ms [...] 64 bytes from net-lb (xxx.xxx.xxx.xxx): icmp_seq=5 ttl=44 time=110 ms --- net-lb ping statistics --- 5 packets transmitted, 5 received, 0% packet loss, time 4007ms rtt min/avg/max/mdev = 110.658/110.705/110.756/0.299 ms |
110 ms |
| TTFB |
for ((i=0; i < 500; i++)); do curl -w /
"%{time_starttransfer}\n" -o /dev/null -s net-lb
0.231 0.232 0.230 0.230 0.232 [...] 0.232 0.231 |
230 ms |
Poiché il bilanciamento del carico avviene all'interno di una regione e il traffico viene solo inoltrato, non vi è alcun impatto significativo sulla latenza rispetto all'assenza di un bilanciatore del carico.
Bilanciamento del carico esterno
Con i bilanciatori del carico delle applicazioni esterni, i GFE eseguono un proxy del traffico. Questi GFE si trovano ai margini della rete globale di Google. Il GFE termina la sessione TCP e si connette a un backend nella regione più vicina in grado di gestire il traffico.
La tabella seguente mostra i risultati quando un utente in Germania ha testato la latenza per l'opzione di bilanciamento del carico HTTP.
| Metodo | Risultato | Latenza minima |
|---|---|---|
| Invia un ping al bilanciatore del carico delle applicazioni esterno |
ping -c 5 http-lb PING http-lb (xxx.xxx.xxx.xxx) 56(84) bytes of data. 64 bytes from http-lb (xxx.xxx.xxx.xxx): icmp_seq=1 ttl=56 time=1.22 ms 64 bytes from http-lb (xxx.xxx.xxx.xxx): icmp_seq=2 ttl=56 time=1.20 ms 64 bytes from http-lb (xxx.xxx.xxx.xxx): icmp_seq=3 ttl=56 time=1.16 ms 64 bytes from http-lb (xxx.xxx.xxx.xxx): icmp_seq=4 ttl=56 time=1.17 ms 64 bytes from http-lb (xxx.xxx.xxx.xxx): icmp_seq=5 ttl=56 time=1.20 ms --- http-lb ping statistics --- 5 packets transmitted, 5 received, 0% packet loss, time 4005ms rtt min/avg/max/mdev = 1.163/1.195/1.229/0.039 ms |
1 ms |
| TTFB |
for ((i=0; i < 500; i++)); do curl -w /
"%{time_starttransfer}\n" -o /dev/null -s http-lb; done
0.309 0.230 0.229 0.233 0.230 [...] 0.123 0.124 0.126 |
123 ms |
I risultati per il bilanciatore del carico delle applicazioni esterno sono molto diversi. Quando si invia un ping al bilanciatore del carico delle applicazioni esterno, la latenza di round trip è leggermente superiore a 1 ms. Questo risultato rappresenta la latenza del GFE più vicino, che si trova nella stessa città dell'utente. Questo risultato non riflette la latenza effettiva che
l'utente riscontra quando tenta di accedere all'applicazione ospitata nella
regione us-central1. Gli esperimenti che utilizzano protocolli (ICMP) diversi dal protocollo
di comunicazione delle applicazioni (HTTP) possono essere fuorvianti.
Durante la misurazione del TTFB, le richieste iniziali mostrano una latenza di risposta simile. Alcune richieste raggiungono la latenza minima inferiore, pari a 123 ms, come mostrato nel grafico seguente:
I due viaggi di andata e ritorno tra il client e la VM richiedono più di 123 ms anche con la fibra dritta. La latenza è inferiore perché i GFE eseguono un proxy per il traffico. I GFE mantengono connessioni permanenti alle VM di backend. Di conseguenza, solo la prima richiesta da un GFE specifico a un backend specifico richiede un tre vie handshake.
Ogni sede ha più GFE. Il grafico della latenza mostra più picchi fluttuanti la prima volta che il traffico raggiunge ciascuna coppia di backend GFE. Il GFE deve quindi stabilire una nuova connessione a quel backend. Questi picchi riflettono hash delle richieste diversi. Le richieste successive mostrano una latenza più bassa.
Questi scenari dimostrano la latenza ridotta che gli utenti possono sperimentare in un ambiente di produzione. La seguente tabella riassume i risultati:
| Opzione | Dindin | TTFB |
|---|---|---|
| Nessun bilanciamento del carico | 110 ms al server web | 230 ms |
| Bilanciatore del carico di rete passthrough esterno | 110 ms al bilanciatore del carico di rete passthrough esterno nella regione | 230 ms |
| Bilanciatore del carico delle applicazioni esterno | 1 ms al GFE più vicino | 123 ms |
Quando un'applicazione integro gestisce gli utenti in una regione specifica, i GFE in quella regione mantengono una connessione permanente aperta a tutti i backend di gestione. Per questo motivo, gli utenti di quella regione notano una latenza ridotta durante la prima richiesta HTTP se sono lontani dal backend dell'applicazione. Se gli utenti si trovano nelle vicinanze del backend dell'applicazione, non notano alcun miglioramento della latenza.
Per le richieste successive, come il clic su un link di pagina, non si verificano miglioramenti della latenza
perché i browser moderni mantengono una connessione permanente al
servizio. È diverso da un comando curl emesso dalla riga di comando.
Ulteriori effetti di latenza del bilanciatore del carico delle applicazioni esterno
Ulteriori effetti osservabili con il bilanciatore del carico delle applicazioni esterno dipendono dai pattern di traffico.
Il bilanciatore del carico delle applicazioni esterno ha una latenza inferiore per gli asset complessi rispetto al bilanciatore del carico di rete passthrough esterno, poiché sono necessari meno round trip per completare una risposta. Ad esempio, quando un utente in Germania misura la latenza sulla stessa connessione scaricando ripetutamente un file da 10 MB, la latenza media per il bilanciatore del carico di rete passthrough esterno è di 1911 ms. Con il bilanciatore del carico delle applicazioni esterno, la latenza media è di 1341 ms. Ciò consente di risparmiare circa cinque viaggi di andata e ritorno per richiesta. Le connessioni permanenti tra GFE e backend di gestione riducono gli effetti dell'avvio lento di TCP.
Il bilanciatore del carico delle applicazioni esterno riduce in modo significativo la latenza aggiuntiva per un handshake TLS (in genere 1-2 round trip aggiuntivi). Questo perché il bilanciatore del carico delle applicazioni esterno utilizza l'offloading SSL e solo la latenza sul PoP perimetrale è rilevante. Per un utente in Germania, la latenza minima osservata è di 201 ms utilizzando il bilanciatore del carico delle applicazioni esterno, rispetto a 525 ms che utilizzano HTTP(S) tramite il bilanciatore del carico di rete passthrough esterno.
Il bilanciatore del carico delle applicazioni esterno consente un upgrade automatico della sessione rivolta agli utenti a HTTP/2. HTTP/2 può ridurre il numero di pacchetti necessari grazie ai miglioramenti a livello di protocollo binario, compressione delle intestazioni e multiplexing delle connessioni. Questi miglioramenti possono ridurre la latenza osservata anche di più rispetto a quella osservata passando al bilanciatore del carico delle applicazioni esterno. HTTP/2 è supportato con i browser corrente che utilizzano SSL/TLS. Per l'utente in Germania, la latenza minima è diminuita ulteriormente da 201 ms a 145 ms quando si utilizza HTTP/2 anziché HTTPS.
Ottimizzazione dei bilanciatori del carico delle applicazioni esterni
Puoi ottimizzare la latenza per la tua applicazione utilizzando il bilanciatore del carico delle applicazioni esterno come segue:
Se una parte del traffico gestito è memorizzabile nella cache, puoi integrarlo con Cloud CDN. Cloud CDN riduce la latenza pubblicando gli asset direttamente sul perimetro della rete Google. Cloud CDN utilizza anche le ottimizzazioni TCP e HTTP da HTTP/2 menzionate nella sezione Ulteriori effetti di latenza del bilanciatore del carico delle applicazioni esterno.
Con Google Cloud puoi utilizzare qualsiasi partner CDN. Se utilizzi uno dei partner CDN Interconnect di Google, puoi usufruire di costi scontati per il trasferimento di dati.
Se i contenuti sono statici, puoi ridurre il carico sui server web pubblicando i contenuti direttamente da Cloud Storage tramite il bilanciatore del carico delle applicazioni esterno. Questa opzione si combina con Cloud CDN.
Il deployment dei server web in più regioni vicine agli utenti può ridurre la latenza perché il bilanciatore del carico indirizza automaticamente gli utenti alla regione più vicina. Tuttavia, se l'applicazione è parzialmente centralizzata, progettala in modo da ridurre il numero di viaggi di andata e ritorno tra regioni.
Per ridurre la latenza all'interno delle applicazioni, esamina le chiamate di procedura remota (RPC) che comunicano tra le VM. Questa latenza si verifica in genere quando le applicazioni comunicano tra livelli o servizi. Strumenti come Cloud Trace possono aiutarti a ridurre la latenza causata dalle richieste di gestione delle applicazioni.
Poiché i bilanciatori del carico di rete proxy esterni si basano su GFE, l'effetto sulla latenza è lo stesso che si osserva con il bilanciatore del carico delle applicazioni esterno. Poiché il bilanciatore del carico delle applicazioni esterno ha più funzionalità rispetto al bilanciatore del carico di rete proxy esterno, ti consigliamo di utilizzare bilanciatori del carico delle applicazioni esterni per il traffico HTTP(S).
Passaggi successivi
Ti consigliamo di eseguire il deployment della tua applicazione vicino alla maggior parte degli utenti. Per ulteriori informazioni sulle diverse opzioni di bilanciamento del carico in Google Cloud, consulta i seguenti documenti:
- Bilanciatore del carico di rete passthrough esterno
- Bilanciatore del carico delle applicazioni esterno
- Bilanciatore del carico di rete proxy esterno