Panoramica del bilanciatore del carico di rete passthrough esterno basato su pool di destinazione

Un bilanciatore del carico di rete passthrough esterno è un bilanciatore del carico di livello 4 a livello di regione. I bilanciatori del carico di rete passthrough esterni distribuiscono il traffico TCP e UDP tra le istanze di macchine virtuali (VM) backend nella stessa regione in una rete Virtual Private Cloud (VPC). Un bilanciatore del carico di rete passthrough esterno può ricevere traffico da:

  • Qualsiasi client su internet
  • VM Google Cloud con IP esterni
  • VM di Google Cloud che hanno accesso a internet tramite Cloud NAT o NAT basato su istanza

A seconda della configurazione della regola di forwarding, ogni bilanciatore del carico basato su pool di destinazione supporta uno dei seguenti tipi di traffico di protocollo:

  • TCP
  • UDP
  • TCP e UDP

L'ambito del bilanciatore del carico è a livello di regione, non globale. Ciò significa che tutte le istanze di backend per un bilanciatore del carico di rete passthrough esterno devono trovarsi nella stessa regione. Puoi posizionare i backend in qualsiasi zona della regione.

I bilanciatori del carico di rete passthrough esterni supportano una o tutte le porte. Puoi utilizzare un bilanciatore del carico di rete passthrough esterno per bilanciare il carico del traffico TCP o UDP. Poiché il bilanciatore del carico è passthrough, i backend terminano autonomamente la connessione TCP con bilanciamento del carico o i pacchetti UDP. Ad esempio, potresti eseguire un server web HTTPS sui tuoi backend e utilizzare un bilanciatore del carico di rete passthrough esterno per instradare le richieste al servizio, terminando il protocollo TLS sui tuoi backend.

Se stai creando applicazioni in GKE, ti consigliamo di utilizzare il controller di servizio GKE integrato, che esegue il deployment dei bilanciatori del carico Google Cloud per conto degli utenti GKE. È uguale all'architettura di bilanciamento del carico standalone, ma il ciclo di vita è completamente automatizzato e controllato da GKE. Per maggiori dettagli, vedi Esporre le app utilizzando i servizi.

Architettura

Il bilanciatore del carico è composto da diversi componenti di configurazione. Un singolo bilanciatore del carico può avere quanto segue:

Un bilanciatore del carico di rete passthrough esterno ha sempre un pool di destinazione. Più regole di forwarding possono fare riferimento al pool di destinazione.

Il pool di destinazione è un backend per il bilanciatore del carico. Specifica le istanze di backend tra le quali il traffico viene bilanciato. Ogni regola di forwarding è un frontend per il bilanciatore del carico. Tieni presente che esistono limiti al numero di regole di forwarding e pool di destinazione per progetto.

I bilanciatori del carico di rete passthrough esterni bilanciano il carico sui sistemi in base ai dati del protocollo IP in arrivo, come indirizzo, porta e tipo di protocollo.

Il bilanciatore del carico di rete passthrough esterno è un bilanciatore del carico passthrough, quindi i backend ricevono la richiesta client originale. Il bilanciatore del carico di rete passthrough esterno non esegue alcun offloading o proxying TLS (Transport Layer Security). Il traffico viene indirizzato direttamente alle tue VM.

Quando crei una regola di forwarding per il bilanciatore del carico, ricevi un indirizzo IP virtuale (VIP) temporaneo o prenoti un VIP che ha origine da un blocco di rete a livello di regione.

Successivamente, associ la regola di forwarding ai pool di destinazione. Il VIP è anycast dai punti di presenza globali di Google, ma i backend sono a livello di regione. Il bilanciatore del carico non può avere backend che coprono più regioni.

Puoi utilizzare i firewall di Google Cloud per controllare o filtrare l'accesso alle VM di backend.

Il bilanciatore del carico di rete passthrough esterno esamina le porte di origine e di destinazione, l'indirizzo IP e il protocollo per determinare come inoltrare i pacchetti. Per il traffico TCP, puoi modificare il comportamento di inoltro del bilanciatore del carico configurando l'affinità della sessione. Il bilanciatore del carico di rete passthrough esterno inoltra i pacchetti alla prima interfaccia di rete (nic0) delle istanze nel pool di destinazione.

Il bilanciatore del carico conserva gli indirizzi IP di origine dei pacchetti in entrata. L'indirizzo IP di destinazione per i pacchetti in entrata è l'indirizzo IP esterno a livello di regione associato alla regola di forwarding del bilanciatore del carico.

Algoritmo di distribuzione del carico

Per impostazione predefinita, per distribuire il traffico alle istanze, il valore dell'affinità sessione è impostato su NONE. Cloud Load Balancing seleziona un'istanza in base a un hash dell'IP e della porta di origine, dell'IP e della porta di destinazione e del protocollo. Ciò significa che le connessioni TCP in arrivo sono distribuite tra le istanze e ogni nuova connessione potrebbe essere indirizzata a un'istanza diversa. Tutti i pacchetti per una connessione vengono indirizzati alla stessa istanza fino alla chiusura della connessione. Le connessioni stabilite non vengono prese in considerazione nel processo di bilanciamento del carico.

Indipendentemente dall'impostazione di affinità sessione, tutti i pacchetti per una connessione vengono indirizzati all'istanza scelta fino a quando la connessione non viene chiusa. Una connessione esistente non ha alcun impatto sulle decisioni di bilanciamento del carico per le nuove connessioni in entrata. Ciò può causare uno squilibrio tra i backend se si utilizzano connessioni TCP di lunga durata.

Puoi scegliere un'impostazione di affinità sessione diversa se hai bisogno di più connessioni da un client per andare alla stessa istanza.

Pool di destinazione

Una risorsa pool di destinazione definisce un gruppo di istanze che deve ricevere il traffico in entrata dalle regole di forwarding. Quando una regola di forwarding indirizza il traffico a un pool di destinazione, Cloud Load Balancing seleziona un'istanza da questi pool di destinazione in base a un hash dell'IP e della porta di origine e dell'IP e della porta di destinazione. Ogni pool di destinazione opera in una singola regione e distribuisce il traffico nella prima interfaccia di rete (nic0) dell'istanza di backend. Per saperne di più su come il traffico viene distribuito alle istanze, consulta la sezione Algoritmo di distribuzione del caricamento.

I bilanciatori del carico di rete passthrough esterni non sono proxy. Le risposte delle VM di backend passano direttamente ai client, non attraverso il bilanciatore del carico. Il bilanciatore del carico preserva gli indirizzi IP di origine dei pacchetti. L'indirizzo IP di destinazione per i pacchetti in arrivo è l'indirizzo IP esterno regionale associato alla regola di forwarding del bilanciatore del carico. Di conseguenza:

  • Le istanze che partecipano come VM di backend per bilanciatori del carico di rete passthrough esterni devono eseguire l'ambiente guest Linux, l'ambiente guest di Windows o altri processi che forniscano funzionalità equivalenti.

    L'ambiente del sistema operativo guest (o un processo equivalente) è responsabile della configurazione delle route locali su ogni VM di backend. Queste route consentono alla VM di accettare pacchetti la cui destinazione corrisponde all'indirizzo IP della regola di forwarding del bilanciatore del carico.

  • Nelle istanze di backend che accettano il traffico con bilanciamento del carico, devi configurare il software in modo da associarsi all'indirizzo IP associato alla regola di forwarding del bilanciatore del carico (o a qualsiasi indirizzo IP, 0.0.0.0/0).

I bilanciatori del carico di rete passthrough esterni supportano il gestore della scalabilità automatica di Compute Engine, che consente agli utenti di eseguire la scalabilità automatica sui gruppi di istanze in un pool di destinazione in base all'utilizzo del backend. Per ulteriori informazioni, consulta Scalabilità basata sull'utilizzo della CPU.

Se vuoi che il pool di destinazione contenga una singola istanza VM, ti consigliamo di utilizzare la funzionalità di forwarding del protocollo.

I pool di destinazione possono essere utilizzati solo con le regole di forwarding che gestiscono il traffico TCP e UDP. Per tutti gli altri protocolli, devi creare un'istanza di destinazione. Devi creare un pool di destinazione prima di poterlo utilizzare con una regola di forwarding. Ogni progetto può avere fino a 50 pool di destinazione.

Regole di forwarding

Le regole di forwarding funzionano con i pool di destinazione per supportare il bilanciamento del carico. Per utilizzare il bilanciamento del carico, devi creare una regola di forwarding che indirizzi il traffico a pool di destinazione specifici. Non è possibile bilanciare il carico del traffico senza una regola di forwarding.

Ogni regola di forwarding associa un determinato indirizzo IP, protocollo e, facoltativamente, intervallo di porte a un singolo pool di destinazione. Quando il traffico viene inviato a un indirizzo IP esterno gestito da una regola di forwarding, la regola di forwarding indirizza il traffico al pool di destinazione corrispondente.

Se bilancia il carico di pacchetti UDP che probabilmente saranno frammentati prima di arrivare alla rete VPC di Google Cloud, consulta Bilanciamento del carico e pacchetti UDP frammentati.

I bilanciatori del carico di rete passthrough esterni basati su pool di destinazione supportano i seguenti protocolli per ogni regola di forwarding: TCP o UDP. Se vuoi che il bilanciatore del carico inoltri tutto il traffico del protocollo IP, devi utilizzare un bilanciatore del carico di rete passthrough esterno basato su servizi di backend.

Più regole di forwarding

Puoi configurare più regole di forwarding esterno a livello di regione per lo stesso bilanciatore del carico di rete passthrough esterno. Facoltativamente, ogni regola di forwarding può avere un indirizzo IP esterno a livello di regione diverso oppure più regole di forwarding possono avere lo stesso indirizzo IP esterno a livello di regione.

La configurazione di più regole di forwarding esterno a livello di regione può essere utile per questi casi d'uso:

  • Devi configurare più di un indirizzo IP esterno per lo stesso pool di destinazione.
  • Devi configurare diversi intervalli di porte o protocolli diversi utilizzando lo stesso indirizzo IP esterno per lo stesso pool di destinazione.

Se utilizzi più regole di forwarding, assicurati di configurare il software in esecuzione sulle VM di backend in modo che si associa a tutti gli indirizzi IP necessari. Questa operazione è necessaria perché l'indirizzo IP di destinazione per i pacchetti distribuiti tramite il bilanciatore del carico è l'indirizzo IP esterno a livello di regione associato alla rispettiva regola di forwarding esterno a livello di regione.

Controlli di integrità

I controlli di integrità assicurano che Compute Engine inoltri le nuove connessioni solo alle istanze attive e pronte a riceverle. Compute Engine invia richieste di controllo di integritàà a ciascuna istanza alla frequenza specificata. Quando un'istanza supera il numero consentito di errori del controllo di integrità, non viene più considerata idonea per la ricezione di nuovo traffico.

Per consentire l'arresto controllato e la chiusura controllata delle connessioni TCP, le connessioni esistenti non vengono terminate attivamente. Tuttavia, non è garantito che le connessioni esistenti a un backend in stato non integro restino valide per lunghi periodi di tempo. Se possibile, dovresti avviare un processo di arresto controllato il prima possibile per il tuo backend in stato non integro.

Il controllo di integrità continua a eseguire query sulle istanze in stato non integro e restituisce un'istanza al pool quando si verifica il numero specificato di controlli riusciti. Se tutte le istanze sono contrassegnate come UNHEALTHY, il bilanciatore del carico indirizza nuovo traffico a tutte le istanze esistenti.

I bilanciatori del carico di rete passthrough esterni si basano su controlli di integrità HTTP legacy per determinare l'integrità dell'istanza. Anche se il servizio non utilizza HTTP, devi eseguire un server web di base su ogni istanza su cui il sistema di controllo di integrità può eseguire query.

I controlli di integrità HTTPS legacy non sono supportati per i bilanciatori del carico di rete passthrough esterni e non possono essere utilizzati con la maggior parte degli altri tipi di bilanciatori del carico.

Regole firewall

I controlli di integrità per i bilanciatori del carico di rete passthrough esterni vengono inviati da questi intervalli IP. Dovrai creare regole firewall di autorizzazione in entrata che consentano il traffico da questi intervalli.

I bilanciatori del carico di rete passthrough esterni sono bilanciatori del carico passthrough, il che significa che le regole firewall devono consentire il traffico dagli indirizzi IP di origine client. Se il tuo servizio è aperto a internet, è più facile consentire il traffico da tutti gli intervalli IP. Se vuoi limitare l'accesso in modo da consentire solo determinati indirizzi IP di origine, puoi configurare regole firewall per applicare tale limitazione, ma devi consentire l'accesso dagli intervalli IP del controllo di integrità.

Per un esempio di regola firewall e un esempio di configurazione, vedi Regole firewall per bilanciatori del carico di rete passthrough esterni.

Indirizzi IP per i pacchetti di richiesta e restituzione

Quando una VM di backend riceve un pacchetto con bilanciamento del carico da un client, l'origine e la destinazione del pacchetto sono:

  • Origine:l'indirizzo IP esterno associato a una VM Google Cloud o a un indirizzo IP instradabile su internet di un sistema che si connette al bilanciatore del carico.
  • Destinazione:l'indirizzo IP della regola di forwarding del bilanciatore del carico.

Poiché il bilanciatore del carico è passthrough (non un proxy), i pacchetti arrivano a destinazione dell'indirizzo IP di destinazione della regola di forwarding del bilanciatore del carico. Il software in esecuzione sulle VM di backend deve essere configurato in modo da:

  • Ascolta (collega) l'indirizzo IP della regola di forwarding del bilanciatore del carico o qualsiasi indirizzo IP (0.0.0.0 o ::)
  • Se il protocollo della regola di forwarding del bilanciatore del carico supporta le porte: ascolta su una porta inclusa nella regola di forwarding del bilanciatore del carico

I pacchetti restituiti vengono inviati direttamente dalle VM di backend del bilanciatore del carico al client. Gli indirizzi IP di origine e di destinazione del pacchetto restituito dipendono dal protocollo:

  • TCP è orientato alla connessione, quindi le VM di backend devono rispondere con pacchetti i cui indirizzi IP di origine corrispondono all'indirizzo IP della regola di forwarding, in modo che il client possa associare i pacchetti di risposta alla connessione TCP appropriata.
  • UDP è senza connessione, quindi le VM di backend possono inviare pacchetti di risposta i cui indirizzi IP di origine corrispondono all'indirizzo IP della regola di forwarding o a qualsiasi indirizzo IP assegnato per la VM. In pratica, la maggior parte dei client si aspetta che la risposta provenga dallo stesso indirizzo IP a cui hanno inviato i pacchetti.

La tabella seguente riassume le origini e le destinazioni dei pacchetti di risposta:

Tipo di traffico Origine Destinazione
TCP L'indirizzo IP della regola di forwarding del bilanciatore del carico Origine del pacchetto richiedente
UDP Nella maggior parte dei casi d'uso, l'indirizzo IP della regola di forwarding del bilanciatore del carico † Origine del pacchetto richiedente

† Quando una VM ha un indirizzo IP esterno o se utilizzi Cloud NAT, è anche possibile impostare l'indirizzo IP di origine del pacchetto di risposta sull'indirizzo IPv4 interno principale del NIC della VM. Google Cloud o Cloud NAT modifica l'indirizzo IP di origine del pacchetto di risposta nell'indirizzo IPv4 esterno del NIC o in un indirizzo IPv4 esterno di Cloud NAT per inviare il pacchetto di risposta all'indirizzo IP esterno del client. Il mancato utilizzo dell'indirizzo IP della regola di forwarding come origine è uno scenario avanzato perché il client riceve un pacchetto di risposta da un indirizzo IP esterno che non corrisponde all'indirizzo IP a cui ha inviato un pacchetto di richiesta.

Percorsi di routing speciali

Google Cloud utilizza route speciali non definite nella tua rete VPC per i controlli di integrità. Per maggiori informazioni, consulta Percorsi per i controlli di integrità.

Architettura VPC condiviso

La tabella seguente riassume i componenti VPC condiviso per bilanciatori del carico di rete passthrough esterni:

Indirizzo IP Regola di forwarding Componenti di backend
Un indirizzo IP esterno a livello di regione deve essere definito nello stesso progetto delle istanze per le quali si esegue il bilanciamento del carico. Una regola di forwarding esterno a livello di regione deve essere definita nello stesso progetto delle istanze nel pool di destinazione (il progetto di servizio). Il pool di destinazione deve essere definito nello stesso progetto e nella stessa regione in cui si trovano le istanze nel pool di destinazione. Anche i controlli di integrità associati al pool di destinazione devono essere definiti nello stesso progetto.

Distribuzione del traffico

Il modo in cui un bilanciatore del carico di rete passthrough esterno basato su pool di destinazione distribuisce le nuove connessioni dipende da come è stata configurata l'affinità sessione.

Affinità sessione

L'affinità sessione controlla il metodo di hashing utilizzato per distribuire nuove connessioni dai client alle VM di backend del bilanciatore del carico. I bilanciatori del carico basati su pool di destinazione utilizzano il parametro sessionAffinity per configurare l'affinità sessione.

Per ulteriori informazioni, consulta Utilizzo dei pool di destinazione.

Bilanciamento del carico e pacchetti UDP frammentati

Se utilizzi il bilanciamento del carico dei pacchetti UDP, tieni presente quanto segue:

  1. I pacchetti non frammentati vengono gestiti normalmente in tutte le configurazioni.
  2. I pacchetti UDP potrebbero diventare frammentati prima di raggiungere Google Cloud. Le reti intermedie potrebbero attendere l'arrivo di tutti i frammenti prima di inoltrarli, causando un ritardo o potrebbero causare l'eliminazione di frammenti. Google Cloud non attende tutti i frammenti: inoltra ogni frammento non appena arriva.

  3. Poiché i frammenti UDP successivi non contengono la porta di destinazione, si possono verificare problemi nelle seguenti situazioni:

    • Se l'affinità sessione dei pool di destinazione è impostata su NONE (affinità a 5 tuple), i frammenti successivi potrebbero essere eliminati perché il bilanciatore del carico non può calcolare l'hash a 5 tuple.
    • Se esistono più regole di forwarding UDP per lo stesso indirizzo IP con bilanciamento del carico, i frammenti successivi potrebbero arrivare alla regola di forwarding errata.

Se prevedi pacchetti UDP frammentati, segui questi passaggi:

  • Imposta l'affinità sessione su NONE, CLIENT_IP_PROTO o CLIENT_IP.
    • L'impostazione dell'affinità sessione su NONE indica che non è necessario mantenere l'affinità. Di conseguenza, il bilanciatore del carico utilizza un hash a 5 tuple per selezionare un backend per i pacchetti non frammentati, ma un hash a 3 tuple per i pacchetti frammentati.
    • Se imposti l'affinità sessione su CLIENT_IP_PROTO o CLIENT_IP, le porte di origine e di destinazione non vengono utilizzate per l'hashing e, di conseguenza, viene calcolato lo stesso hash sia per i pacchetti frammentati che non frammentati.
  • Utilizza una sola regola di forwarding UDP per indirizzo IP con bilanciamento del carico. Ciò garantisce che tutti i frammenti arrivino alla stessa regola di forwarding.

Con queste impostazioni, i frammenti UDP dello stesso pacchetto vengono inoltrati alla stessa istanza per il riassemblaggio.

Utilizzo di istanze di destinazione come backend

Se utilizzi istanze di destinazione come backend per il bilanciatore del carico di rete passthrough esterno e ti aspetti pacchetti UDP frammentati, utilizza una sola regola di forwarding UDP per indirizzo IP con bilanciamento del carico e configura la regola di forwarding in modo che accetti il traffico su tutte le porte 0-65535. Ciò garantisce che tutti i frammenti arrivino alla stessa regola di forwarding, anche se non hanno la stessa porta di destinazione.

Limitazioni

  • Non puoi utilizzare la console Google Cloud per creare bilanciatori del carico di rete passthrough esterni basati su pool di destinazione. Utilizza invece gcloud o l'API REST.
  • I bilanciatori del carico di rete passthrough esterni non supportano il peering di rete VPC.

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