WS2025 - NLB
INTRODUCCIÓN
En esta práctica se
llevará a cabo la configuración de Network Load Balancing (NLB) en un
entorno Windows Server 2025, orientado al balanceo de carga de un servidor web.
Para lograr esto, se emplearán dos controladores de dominio, identificados como
DC-ASIR-01 y DC-ASIR-02, los cuales formarán un clúster de NLB
que distribuirá el tráfico entrante de manera equilibrada entre ambos
servidores. Este enfoque asegura que las solicitudes se repartan entre los
servidores del clúster, permitiendo una alta disponibilidad del servicio web y
optimizando la respuesta ante el acceso de múltiples clientes.
Para facilitar el
acceso al clúster, se configurará un registro DNS con el nombre de dominio cluster.clockwork.lan,
que apuntará a la IP virtual del clúster de NLB. Este registro permitirá que
los clientes puedan resolver y acceder al servicio web a través de un nombre de
dominio en lugar de una IP específica, simplificando así las peticiones al
sistema y proporcionando un entorno más flexible y escalable.
Objetivos de
la práctica
- Configurar
el rol de Network Load Balancing en los servidores DC-ASIR-01 y DC-ASIR-02, activando el
servicio de balanceo de carga para distribuir eficientemente el tráfico.
- Crear el
clúster de NLB con los
dos servidores, estableciendo una dirección IP virtual que servirá como
punto de acceso al clúster para los clientes.
- Configurar
un registro DNS (cluster.clockwork.lan) que apunte a la dirección IP virtual del clúster, facilitando el
acceso de los clientes mediante el nombre de dominio.
- Definir
reglas de balanceo de carga para distribuir el tráfico HTTP de forma equitativa entre los dos
nodos del clúster, optimizando el uso de los recursos de los servidores.
- Realizar
pruebas de acceso desde un equipo cliente para verificar el correcto funcionamiento
del balanceo de carga, comprobando que las solicitudes se distribuyen de
manera uniforme entre ambos servidores.
Requisitos
previos
Para el correcto
desarrollo de la práctica, se requiere lo siguiente:
- Acceso
administrativo a los servidores DC-ASIR-01 y DC-ASIR-02.
- Configuración
de un servidor web en cada controlador de dominio, permitiendo la
distribución de las solicitudes entre ambos.
- Disponibilidad
de un servidor DNS donde se pueda crear el registro cluster.clockwork.lan
y establecer su resolución a la IP virtual del clúster.
- Conectividad
de red estable entre los servidores y el equipo cliente para realizar las
pruebas de funcionamiento.
Alcance de la
práctica
Al finalizar esta
práctica, se habrá implementado un clúster de NLB en Windows Server 2025, con
un balanceo de carga activo entre los dos controladores de dominio y accesible
mediante el nombre de dominio cluster.clockwork.lan. Este entorno
proporcionará un servicio web con alta disponibilidad y capacidad de respuesta
optimizada ante grandes volúmenes de solicitudes.
La configuración de
esta infraestructura permitirá conocer y aplicar los principios básicos de alta
disponibilidad y escalabilidad mediante balanceo de carga, asegurando una
experiencia práctica en la gestión y administración de redes en un entorno
empresarial.
CLUSTER DE
SERVIDORES
Un clúster de
servidores es una configuración de múltiples servidores que trabajan juntos
para proporcionar alta disponibilidad, escalabilidad y tolerancia
a fallos para aplicaciones y servicios críticos. Este grupo de servidores o
"nodos" coopera como una única entidad en la red, distribuyendo el
trabajo y asegurando que, si uno de los nodos falla, el servicio continúe
funcionando a través de los otros nodos.
Existen varios tipos
de clústeres en Windows Server, cada uno enfocado en un objetivo específico:
1. Clúster de
conmutación por error (Failover Cluster)
- Propósito: Asegurar la alta disponibilidad
de aplicaciones y servicios críticos, como bases de datos, servidores de
archivos, o máquinas virtuales de Hyper-V.
- Funcionamiento: En un clúster de conmutación por error,
si un servidor falla, otro nodo del clúster asume su carga de trabajo
automáticamente, minimizando el tiempo de inactividad.
- Ejemplo de
uso: Clústeres de Hyper-V
para máquinas virtuales o un clúster de SQL Server para bases de datos
empresariales.
2. Clúster de
Balanceo de Carga de Red (NLB)
- Propósito: Distribuir de manera uniforme el tráfico
de red entre varios servidores que brindan el mismo servicio, como un
servidor web o una aplicación web, mejorando el rendimiento y la escalabilidad.
- Funcionamiento: En un clúster NLB, cada servidor recibe
una parte del tráfico de red. Si uno de los servidores deja de funcionar,
el tráfico se redirige automáticamente a los otros nodos.
- Ejemplo de
uso: Balanceo de carga de
un sitio web de alta demanda, distribuyendo las solicitudes HTTP entre
varios servidores.
3. Clúster de
Almacenamiento (Storage Spaces Direct o S2D)
- Propósito: Permitir la creación de un
almacenamiento distribuido y altamente disponible, ideal para soluciones
de almacenamiento compartido.
- Funcionamiento: Los nodos combinan sus discos para crear
un espacio de almacenamiento redundante que se comporta como un sistema de
almacenamiento centralizado y resistente a fallos.
- Ejemplo de
uso: Implementación de
almacenamiento escalable y redundante en infraestructuras de
virtualización o sistemas de respaldo de datos.
Componentes
de un Clúster en Windows Server
Un clúster en Windows
Server se compone de varios elementos clave:
- Nodos: Son los servidores que forman el
clúster. Cada nodo está configurado para participar en la carga o para
asumir el rol de respaldo en caso de fallo.
- Red de
clúster: Interconecta los
nodos y permite la comunicación constante entre ellos, que es fundamental
para la sincronización y para detectar fallos.
- Almacenamiento
compartido (solo en
algunos tipos de clústeres): Algunos clústeres requieren almacenamiento
accesible para todos los nodos, como discos compartidos o almacenamiento
distribuido.
- Dirección
IP y nombre de clúster:
El clúster tiene una IP y un nombre en la red, como una entidad única. Los
usuarios o dispositivos se conectan a este punto, y los nodos del clúster
gestionan la carga de trabajo de manera transparente.
Beneficios de
los Clústeres de Servidores en Windows Server
- Alta
disponibilidad: Garantiza
que los servicios estén operativos incluso ante fallos, lo cual es
esencial en entornos donde el tiempo de inactividad afecta a la
productividad o a los clientes.
- Escalabilidad: Permite agregar servidores adicionales
al clúster, distribuyendo la carga y mejorando el rendimiento.
- Tolerancia
a fallos: Los servicios
continúan operativos cuando hay fallos en los servidores individuales,
pues otros nodos asumen la carga de trabajo sin interrumpir el servicio.
Ejemplo de
Escenario
Un escenario típico
sería una empresa que aloja una aplicación web de misión crítica. Al
implementar un clúster de NLB, se asegura de que los servidores web que
albergan la aplicación compartan la carga de trabajo de manera equilibrada. Si
uno de los servidores en el clúster falla, el tráfico es redirigido
automáticamente a los servidores restantes sin interrupciones para los
usuarios.
En conclusión, un
clúster de servidores en Windows Server es una infraestructura clave para
asegurar que aplicaciones y servicios continúen operativos de manera fiable,
escalable y sin interrupciones, independientemente de posibles fallos en
hardware o software.
NLB – NETWORK
LOAD BALANCING
Network Load Balancing
(NLB), o Balanceo de Carga de Red, es una tecnología utilizada para distribuir
el tráfico de red entrante entre múltiples servidores dentro de un grupo o
clúster. Su objetivo es mejorar la disponibilidad, rendimiento y escalabilidad
de aplicaciones y servicios en red, asegurando que las solicitudes de los
clientes se repartan de manera eficiente entre varios servidores para evitar
sobrecarga en un solo recurso.
¿Qué es
Network Load Balancing?
NLB es una solución
que distribuye el tráfico de red entrante de una aplicación entre diferentes
servidores dentro de un clúster (o grupo de servidores). Este tipo de balanceo
de carga es esencial en aplicaciones de alta disponibilidad (como sitios web, aplicaciones
empresariales y servicios de correo electrónico) que requieren estar operativos
de manera constante.
Funcionamiento
de NLB
NLB se implementa
comúnmente en sistemas Windows Server, aunque existen versiones para Linux y
otros sistemas. Cuando se implementa NLB, se crea un clúster de servidores
(dos o más servidores conectados), que actúa como un único recurso virtual en
la red. A continuación, se describe el proceso detallado de funcionamiento:
- Creación
de un clúster virtual: Se
asigna una IP virtual al clúster de servidores. Esta IP es la que los
usuarios y dispositivos verán y utilizarán para acceder al servicio.
- Distribución
de las solicitudes:
Cuando llega una solicitud a la IP virtual, el balanceador distribuye
automáticamente esta solicitud a uno de los servidores activos en el
clúster, de acuerdo con el algoritmo configurado (e.g., round-robin, menos
carga, etc.).
- Sincronización
de estado: Los servidores
del clúster están sincronizados para compartir la carga y responder con
consistencia. Cada servidor tiene su propia IP pero también escucha en la
IP virtual del clúster.
- Reasignación
de tráfico: En caso de
que uno de los servidores falle, NLB redistribuye automáticamente el
tráfico a los servidores restantes sin afectar la experiencia del usuario
final.
Algoritmos de
Balanceo de Carga
NLB utiliza algoritmos
para distribuir las solicitudes entre los servidores del clúster. Estos son
algunos de los más comunes:
- Round-robin: Las solicitudes se distribuyen
secuencialmente entre los servidores. Es un método simple y efectivo
cuando los servidores tienen capacidades similares.
- Peso: Algunos balanceadores permiten asignar
un "peso" a cada servidor. Servidores con mayor capacidad
reciben un peso mayor y, en consecuencia, más tráfico.
- Menor
carga: El balanceador
envía las solicitudes al servidor con menor carga en el momento, útil en
sistemas donde la carga puede variar significativamente entre servidores.
Beneficios de
NLB
- Alta
disponibilidad: Si uno de
los servidores en el clúster falla, el sistema redistribuye el tráfico a
los demás servidores, manteniendo el servicio operativo.
- Escalabilidad: Permite agregar más servidores al
clúster para manejar mayores volúmenes de tráfico conforme la demanda
crece.
- Redundancia: Reduce el riesgo de que una falla en un
solo servidor afecte el servicio.
Configuración
de Network Load Balancing en Windows Server
Para implementar NLB
en Windows Server, se pueden seguir los pasos básicos siguientes:
- Paso 1:
Instalar la función NLB
en cada servidor que formará parte del clúster. En el Administrador del
servidor, navega a "Agregar roles y características" y
selecciona "Balanceo de carga de red".
- Paso 2:
Configurar el clúster NLB. En uno de los servidores, abre la consola de NLB y crea un nuevo
clúster, especificando la dirección IP virtual que representará al
clúster.
- Paso 3:
Agregar nodos al clúster.
Agrega los servidores que deseas incluir en el clúster NLB. Esto asegura
que todos estén listos para compartir la carga de trabajo.
- Paso 4:
Configurar las reglas de tráfico. Se pueden definir reglas que determinan cómo se distribuirá el
tráfico y qué puertos serán balanceados.
- Paso 5:
Probar la configuración.
Es fundamental verificar que el tráfico se distribuye correctamente y que
el clúster reacciona bien ante la falla de uno de los nodos.
Casos de Uso
de NLB
- Sitios web
de alto tráfico: NLB
permite que un sitio web maneje más tráfico distribuyendo las visitas en
múltiples servidores.
- Aplicaciones
críticas empresariales:
Muchas organizaciones usan NLB para aplicaciones internas que requieren
alta disponibilidad.
- Servidores
de base de datos: Para
distribuir consultas entre varios servidores de bases de datos que tengan
una arquitectura de replicación.
Limitaciones
de NLB
- No es
ideal para todos los tipos de tráfico: NLB funciona mejor con tráfico de red TCP/UDP. No es ideal para
aplicaciones que requieren persistencia de sesión compleja sin un
almacenamiento compartido de sesión.
- Escalabilidad
limitada: En comparación
con soluciones avanzadas como los balanceadores de carga basados en
hardware, NLB tiene limitaciones en cuanto a la cantidad de nodos que
puede gestionar eficientemente.
Comparación
con otros métodos de balanceo de carga
NLB en Windows Server
es una solución eficiente y económica para muchas aplicaciones, pero no es la
única opción. Para comparar, existen alternativas como balanceadores de
carga de hardware (ej., F5, Citrix NetScaler), que ofrecen un rendimiento
superior y características avanzadas de seguridad, aunque a un costo más
elevado. También hay balanceadores basados en software de terceros como HAProxy
o Nginx que permiten configuraciones más avanzadas en ambientes Linux.
Buenas
prácticas para la implementación de NLB
- Monitorear
el rendimiento: Utiliza
herramientas de monitoreo para verificar el estado de los nodos y el
tráfico del clúster.
- Asegurar
la redundancia: Configura
una IP virtual secundaria para evitar puntos únicos de falla.
- Documentar
la configuración: Tener
documentación clara es esencial para futuras modificaciones o para
resolver problemas rápidamente.
Network Load Balancing
es una herramienta potente y efectiva para mantener la alta disponibilidad y
escalabilidad de aplicaciones críticas.
UNIDIFUSIÓN VS MULTIDIFUSIÓN
Al implementar un cluster
NLB (Network Load Balancing) en Windows Server, la configuración de la
dirección IP virtual del cluster puede hacerse mediante unidifusión o multidifusión.
Estas opciones determinan cómo se envía el tráfico desde y hacia el cluster,
afectando la comunicación y el rendimiento de la red.
1. Unidifusión (Unicast)
- Definición: En unidifusión, el tráfico de red se
envía desde un solo emisor a un solo receptor. En el contexto de NLB,
unidifusión significa que todas las interfaces de red de los nodos del
cluster comparten la misma dirección MAC virtual generada por NLB
para la IP del cluster.
- Funcionamiento: Cada nodo cambia su dirección MAC por la
dirección MAC virtual del cluster, lo que hace que todos los paquetes de
red se envíen a esa dirección compartida.
- Ventajas:
- Simplifica
la administración porque no requiere configuraciones adicionales de
router.
- Es
compatible con la mayoría de los switches y routers sin configuraciones
especiales.
- Desventajas:
- Aumenta el
tráfico interno: ya que todos los nodos reciben paquetes destinados al
cluster, hay un aumento en el tráfico de red interno.
- Algunos
switches pueden tener problemas para manejar el tráfico unicast en un
cluster NLB, lo que puede requerir switches de mayor capacidad o
configuraciones adicionales para evitar colisiones de tráfico.
2. Multidifusión (Multicast)
- Definición: En la multidifusión, el tráfico se envía
desde un emisor a un grupo específico de receptores. En NLB, la
configuración multicast asigna al cluster una dirección MAC multicast
junto con la dirección IP virtual.
- Funcionamiento: Cada nodo mantiene su propia dirección
MAC y adicionalmente se asigna una dirección MAC multicast para la IP del
cluster, lo que permite que los switches de red manejen el tráfico
destinado al cluster de forma más eficiente.
- Ventajas:
- Reducción
de tráfico interno: la
multidifusión permite a los switches dirigir el tráfico solo a los
puertos de los nodos que forman parte del cluster, mejorando el
rendimiento de la red.
- Es ideal
para clusters en redes grandes y en redes donde se necesita minimizar el
tráfico de difusión.
- Desventajas:
- Los routers
y switches necesitan estar configurados para soportar multidifusión, y
algunos dispositivos pueden requerir configuraciones adicionales (como
IGMP snooping) para administrar correctamente el tráfico.
- Puede ser
más compleja de implementar en comparación con unidifusión.
¿Cuál elegir?
- Unidifusión es generalmente más simple y se usa en
clusters pequeños o redes donde la administración de tráfico no es un
problema crítico.
- Multidifusión es preferida en entornos grandes donde es
importante reducir el tráfico de red y evitar colisiones. Sin embargo,
puede requerir configuraciones adicionales en el switch o router, por lo
que debe usarse con un equipo de red que soporte correctamente multicast.
Al elegir entre estas
opciones para un cluster NLB en Windows Server, es importante evaluar la
topología de la red, el tráfico esperado y la capacidad de los dispositivos de
red involucrados.
La estructura de red empleada en la práctica es la siguiente.
CLUSTER.CLOCKWORK.LAN
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