API-шлюз или балансировщик нагрузки: что выбрать?

Балансировщики нагрузки и API-шлюзы — два важнейших компонента современной архитектуры. Многие ошибочно полагают, что эти инструменты выполняют одинаковые функции по управлению входящим трафиком. Однако на самом деле они решают разные задачи и отвечают за устранение различных проблем в инфраструктуре.

Так что же выбрать: балансировщик нагрузки, чтобы управлять трафиком, или API-шлюз, чтобы унифицировать вызовы, а может, и то и другое одновременно? В этой статье мы рассмотрим особенности, разницу между API-шлюзом и балансировщиком нагрузки, а также разберём, как они могут взаимодействовать на разных облачных платформах. Давайте начнем!

Ключевые концепции API-шлюза и балансировщика нагрузки

Давайте сначала рассмотрим, как работают балансировщики нагрузки и API-шлюзы и какие проблемы они решают.

Что такое балансировщик нагрузки?

Если за одним адресом скрывается несколько серверов, их распределением занимается балансировщик нагрузки. Проще говоря, он работает как «регулировщик» и контролирует, чтобы сетевой трафик шёл равномерно по параллельным «дорогам» — серверам, а не скапливался в одном месте. Главная цель: оптимизировать использование ресурсов, снизить задержки и избежать единичной точки отказа.

Балансировщики нагрузки функционируют на разных уровнях модели OSI, от четвёртого (транспортного) до седьмого (уровня приложений). На четвёртом уровне они принимают решения, исходя из IP-адресов и портов, а на седьмом анализируют, к примеру, заголовки HTTP или cookies, то есть работают более тонко, учитывая особенности протокола приложений.

Для этого часто используют такие инструменты, как например Nginx, HAProxy, а также балансировщики нагрузки от публичных облачных провайдеров. В частности, они незаменимы в электронной коммерции: когда наступает пик продаж (например, во время больших скидок), балансировщик нагрузки делает так, что никакой отдельный сервер не будет перегружен потоком запросов.

Что такое API-шлюз?

Если балансировщик нагрузки распределяет запросы между несколькими серверами, то API-шлюз управляет и маршрутизирует трафик на разные микросервисы, объединяя всё в единую точку входа. Это означает, что каждая внешняя система общается исключительно с API-шлюзом, а не напрямую со всеми вашими бэкенд-сервисами. Эта архнитектура упрощает управление API и помогает централизовать многие кросс-сервисные задачи.

API-шлюз может включать в себя продвинутые функции: ограничение частоты запросов, аутентификацию и авторизацию, преобразование запросов, кэширование, аналитику и т.д. В микросервисной архитектуре один общий шлюз снимает с каждого сервиса необходимость самостоятельно решать эти вопросы, благодаря чему систему проще поддерживать.

Обычно всё выглядит так: клиент шлёт запрос в API-шлюз, который проверяет безопасность, при необходимости меняет или адаптирует данные и перенаправляет их нужному микросервису. Тот возвращает результат, а шлюз снова может обработать данные перед отдачей клиенту (например, добавить кэширование). То есть функция API-шлюза не сводится лишь к равномерному распределению нагрузки: это полноценный «дирижёр» всех взаимодействий между внешними запросами и внутренними сервисами.

Ключевые различия API-шлюза и балансировщика нагрузки

Балансировщики нагрузки и API-шлюзы действительно пересекаются в вопросе управления трафиком, но разница между ними становится особенно заметна, если присмотреться к их функционалу повнимательнее:

Как видно из таблицы, балансировщик нагрузки оптимизирует использование ресурсов и не даёт одному серверу «захлебнуться» под наплывом запросов. В то же время API-шлюз отвечает за политику доступа, стандартизацию запросов и объединение инфраструктурных функций вроде аутентификации или ограничения частоты обращений. 

Когда использовать API-шлюз и когда — балансировщик нагрузки?

Выбор между API-шлюзом и балансировщиком нагрузки прежде всего зависит от особенностей вашей системы. Ниже мы описываем, в каких случаях каждое из решений лучше подходит лучше, а когда имеет смысл их комбинировать.

Когда стоит выбрать балансировщик нагрузки?

Балансировщик нагрузки подойдет, если ваше ключевое требование — убедиться, что ни один сервер не перегружен. Сайты с большим объёмом трафика или приложения, которые горизонтально масштабируются, практически не могут без него обхойтись. Кроме того, при классической архитектуре на базе серверов, где требуется лишь базовое распределение и высокая доступность, балансировщик будет лучшим выбором.

Пример: представьте, что вы владеете популярным сайтом объявлений о недвижимости, где наплыв пользователей зависит от сезона. Во время крупных мероприятий или праздничных дней нагрузка растёт многократно. Вместо того чтобы хранить все функции на одном сервере, вы распределяете их по нескольким. А балансировщик нагрузки помогает разумно направлять запросы: если один сервер перегружен или выходит из строя, новый трафик уходит на другие.

В случае контейнерных микросервисов, если вам нужен самый простой подход, балансировщик нагрузки может автоматически определять, какой контейнер свободен или менее загружен. Это позволяет оптимально использовать ресурсы и обеспечивать быструю обработку запросов.

Когда стоит выбрать API-шлюз?

Выбирайте API-шлюз, если вам нужен продвинутый "консьерж" для ваших сервисов. Допустим, у вас есть несколько модулей: аутентификация пользователей, управление складскими запасами и обработка заказов. Вместо того чтобы открывать каждый микросервис с собственным доменом и политиками безопасности, вы можете развернуть API-шлюз, который будет перенаправлять запросы туда, где им самое место. Такой подход упрощает жизнь: все общие политики (аутентификация, логирование, трансформация, версионирование) сосредоточены в одном месте.

К примеру, представьте, что вы управляете многопользовательской платформой SaaS. Вам могут понадобиться разные схемы аутентификации для различных групп пользователей, а также аналитика для каждого входящего запроса. Шлюз API может объединить эти функции: он проверяет токены доступа, ведет учет данных о использовании, применяет ограничения на количество запросов и направляет запросы к соответствующему микросервису.

Кроме того, если ваши микросервисы общаются на внутренних протоколах вроде gRPC или AMQP, а внешним клиентам вы хотите предоставить REST-интерфейс, API-шлюз станет тем самым уровнем «преобразования». Некоторые команды рассматривают вариант «API-шлюз как балансировщик нагрузки», но на практике один только балансировщик не даёт всех возможностей, которые предоставляет полноценный шлюз.

API-шлюз и балансировщик нагрузки в облачных платформах

Крупные провайдеры, такие как AWS и Azure, предлагают специализированные решения для балансировки нагрузки и API-шлюзов, которые могут решать самые разные задачи — от простой доставки контента до сложной фильтрации трафика и обеспечения безопасности. 

AWS Gateway Load Balancer

В конце 2020 года Amazon Web Services (AWS) представила сервис Gateway Load Balancer, объединивший «безопасностную» логику сетевых решений с функциями стандартной балансировки нагрузки. Задача этого инструмента – упростить масштабируемое развёртывание виртуальных устройств, например, межсетевых экранов или систем глубокого анализа трафика (DPI).

В чём разница с обычным AWS Elastic Load Balancer? Традиционный AWS Application Load Balancer работает на седьмом уровне (HTTP/HTTPS), распределяя запросы по нескольким целевым узлам. А Gateway Load Balancer (GWLB) функционирует в основном на третьем уровне, перенаправляя IP-пакеты на виртуальные устройства в практически «прозрачном» режиме. Это особенно актуально, если вам необходимо фильтровать входящий трафик на предмет угроз или подозрительных паттернов. Пара GWLB и специализированных средств безопасности даёт возможность автоматически масштабировать слой инспекции в зависимости от текущей нагрузки.

Azure Gateway Load Balancer

В Microsoft Azure также появился собственный Azure Gateway Load Balancer, который делает упор на удобство развёртывания и интеграцию со сторонними сетевыми устройствами. Аналогично AWS, решение от Azure позволяет органично подключать сетевые устройства для продвинутой проверки пакетов или обнаружения вторжений. По сути, это расширение возможностей стандартного Azure Load Balancer, позволяющее связать в единую цепочку такие сервисы, как фаерволы, NAT-шлюзы и системы мониторинга.

Сильная сторона Azure Gateway Load Balancer — лёгкое взаимодействие с другими компонентами Azure, например, Azure Firewall или Azure Front Door. Он «сидит» внутри вашей виртуальной сети, грамотно распределяя трафик по службам безопасности или логирования, прежде чем вернуть его в основную рабочую схему. Такой подход предлагает повышенную защиту и более высокую производительность.

Балансировщик нагрузки в микросервисной среде

Переход на микросервисы создаёт новые сложности в управлении трафиком: нужна умная маршрутизация и система обнаружения сервисов, чтобы всё работало. В этом разделе мы посмотрим, как балансировщики нагрузки помогают микросервисам за счёт грамотной организации взаимодействия между сервисами, поддерживают гибкое масштабирование и надёжность, и в итоге повышают стабильность и производительность распределённых систем.

Как выбрать балансировщик нагрузки для микросервисной архитектуры?

В этом вопросе учесть целый ряд факторов: производительность, поддержку нужных протоколов, гибкость настройки, стоимость и совместимость с вашим технологическим стеком. В микросервисах обычно гораздо больше внутренних сложностей между сервисами, чем в монолите, поэтому балансировщику придётся обрабатывать кратковременные, но частые всплески трафика и поддерживать быстро возникающие и исчезающие экземпляры сервисов.

Производительность и масштабируемость

Подумайте, сколько запросов придётся обрабатывать одновременно: тысячи или, может быть, миллионы? Если нагрузка действительно большая, стоит обратить внимание на такие инструменты, как Envoy, HAProxy или Nginx — они хорошо справляются с высокими объёмами трафика. В микросервисной архитектуре, где коммуникация между сервисами может быть весьма интенсивной, балансировщик с высокой пропускной способностью и минимальными накладными расходами становится необходимым условием стабильной и быстрой работы.

Поддержка протоколов

Ваши микросервисы могут использовать HTTP/2 или gRPC. Важно убедиться, что выбранный балансировщик умеет корректно маршрутизировать такие протоколы. Некоторые старые решения могут испытывать трудности с современными или только зарождающимися протоколами, ограничивая вас в будущем, когда вы захотите перейти на более эффективные способы обмена данными.

Наблюдаемость и логирование

Диагностика проблем в микросервисах может превратиться в запутанный квест. Поэтому желательно, чтобы балансировщик интегрировался со средствами логирования и распределённого трекинга (например, OpenTelemetry). Чем лучше у вас видимость трафика, тем быстрее вы сможете разобраться с неполадками и сократить время восстановления после сбоев.

Интеграция со службой обнаружения сервисов

В микросервисной среде контейнеры и виртуальные машины появляются и исчезают довольно часто. Благодаря интеграции с реестром сервисов (например, Consul, Eureka) балансировщик всегда будет знать, какие инстансы доступны и «здоровы», а какие вышли из строя. Это необходимо, чтобы эффективно распределять запросы и не отправлять их на неработающие ноды.

Стоимость и лицензирование

Не забывайте про бюджет. Открытые решения вроде HAProxy или Nginx бесплатны (хотя у них могут быть платные версии с дополнительным функционалом), а вот некоторые коммерческие балансировщики нагрузки могут обойтись довольно дорого. Стоит попробовать найти баланс между необходимым функционалом и доступным бюджетом, особенно если вы стартап или небольшая компания.

Совместное использование API-шлюза и балансировщика нагрузки: возможно ли это?

Безусловно, да. Во многих сценариях API-шлюз и балансировщик нагрузки работают рука об руку, что позволяет объединить их сильные стороны. Вообще, когда встаёт выбор API-шлюз или балансировщик нагрузки, на практике зачастую оказывается, что их совместное применение даёт наиболее надёжный результат. Обычно балансировщик располагают либо перед кластером API-шлюзов, либо за ним — это зависит от особенностей вашей архитектуры.

Вариант 1. Балансировщик нагрузки перед API-шлюзом

В крупных системах, где API-шлюз развёрнут в нескольких экземплярах для отказоустойчивости, балансировщик нагрузки становится «внешним» слоем, который распределяет входящие запросы по всем доступным инстансам шлюза. Каждый экземпляр уже занимается бизнес-логикой: проверяет авторизацию, преобразует запросы, перенаправляет их нужным микросервисам и т.д.

Вариант 2. API-шлюз перед балансировщиком нагрузки

В некоторых случаях удобнее сначала пропускать трафик через внешний шлюз, который обрабатывает или трансформирует запросы, а затем передаёт их балансировщику нагрузки. Такая схема особенно полезна, когда логика API-шлюза требует, скажем, работы с пользовательскими сессиями, прежде чем решать, куда перенаправить запрос.

Зачем их совмещать:

• Масштабирование. Крупные предприятия могут запускать сразу несколько экземпляров API-шлюза, и балансировщик следит, чтобы нагрузка распределялась равномерно и ни один шлюз не оказался перегружен.
• Безопасность. Одни организации предпочитают сначала пропустить трафик через упрощённый балансировщик, завершающий SSL, а уже потом — в API-шлюз. Другие, наоборот, выполняют первичную проверку безопасности на шлюзе, а затем используют L4 или L7 балансировщик для более тонкой маршрутизации.
• Резервирование. Если один из экземпляров шлюза «падает», балансировщик замечает сбой и перенаправляет запросы на другие узлы. Это сокращает время простоя и делает систему более устойчивой.

На практике объединённая модель API-шлюза и балансировщика нагрузки ускоряет реакцию на сбои по сравнению с изолированным кластером API-шлюзов. Это даёт двойное преимущество: повышенную гибкость в роутинге и безопасности, а также автоматическую переадресацию трафика, если какой-то шлюз или микросервис перестаёт отвечать. Система становится заметно более надёжной и отказоустойчивой.

Заключение

И тот и другой инструмент важны в поддержании стабильной работы инфраструктуры, просто они решают разные задачи. Балансировщик нагрузки распределяет поток запросов, чтобы не было перегрузок на ваших серверах. API-шлюз отвечает за аутентификацию, безопасность и логику определения, какой сервис должен обработать тот или иной запрос.

На практике чаще всего используют оба решения одновременно: одно обеспечивает эффективное распределение трафика, а другое берёт на себя функциональность, связанную с API. Сегодня многие облачные провайдеры, в том числе AWS и Azure, предлагают интегрированные инструменты, которые упрощают настройку такого тандема.

Подобное сочетание заметно повышает масштабируемость, устойчивость и управляемость микросервисной архитектуры. Если в приоритете безопасность и трансформация запросов, вам нужен API-шлюз; если нужно «разгружать» сервера равномерно, потребуется балансировщик нагрузки. Но во многих случаях крупные системы выигрывают, когда используют оба решения — так они остаются стабильными и производительными при росте нагрузки.