Passerelle API et équilibreur de charge : principales différences et cas d’utilisation

Prenons l’exemple d’un terminal d’aéroport et d’un contrôleur de trafic aérien. La passerelle API agit comme un terminal, où les passagers (demandes des clients) arrivent pour la première fois, s’enregistrent, passent le contrôle de sécurité et sont dirigés vers la bonne porte d’embarquement en fonction de leur destination. En tant que point d’entrée front-end, la passerelle API gère l’authentification, l’acheminement des demandes, la traduction des protocoles et toutes les règles qui déterminent la destination d’une demande. Elle décide de la manière d’acheminer le trafic et les demandes vers le service backend approprié.

L’équilibreur de charge, quant à lui, est le contrôleur aérien qui veille à ce qu’une fois qu’un avion est prêt à décoller, une piste lui soit attribuée de manière à ce que le trafic continue à circuler de manière sûre et efficace. Il répartit le workload entrant sur plusieurs serveurs back-end ou instances du même service (dans la plupart des cas).

En travaillant ensemble, la passerelle API détermine ce dont chaque demande a besoin et quel service doit la traiter, tandis que l’équilibreur de charge veille à ce que l’instance de service choisie ne soit pas surchargée. Comprendre ces rôles distincts et leur complémentarité aide les équipes à concevoir des architectures plus claires, plus résilientes, plus évolutives et mieux adaptées aux besoins spécifiques de leurs systèmes.

Pour comprendre comment les passerelles API et les équilibreurs de charge fonctionnent dans les systèmes distribués, il est utile de commencer par le modèle d’interconnexion des systèmes ouverts (OSI). Le modèle OSI est un cadre conceptuel à sept couches qui normalise l’organisation de la communication en réseau, depuis la transmission physique des bits jusqu’aux interactions des applications qui produisent des réponses lisibles par l’utilisateur.

Dans ce modèle, les passerelles API fonctionnent principalement au niveau de la couche 7 (application), où elles interprètent les requêtes et appliquent des politiques adaptées à l’application telles que l’authentification, les règles de routage et la traduction de protocoles. Les équilibreurs de charge peuvent fonctionner à la couche 4 (transport), en prenant des décisions basées sur les adresses IP et les ports, ou à la couche 7 pour effectuer des choix de routage basés sur le contenu.

Compte tenu de ces rôles, les passerelles API et les équilibreurs de charge sont responsables des différentes étapes de l’acheminement et du traitement du trafic entrant lorsqu’il passe des clients aux services back-end. Étant donné que ces rôles peuvent se recouper à certains égards, notamment lorsque les nouvelles passerelles ajoutent des fonctionnalités légères de routage ou de distribution, ces composants apparaissent dans des arrangements architecturaux différents selon la structure du système. Voici quelques modèles courants :

Ensemble : dans les architectures de microservices, une passerelle API peut authentifier les requêtes, appliquer des limites de débit et normaliser les protocoles, puis les transmettre à un point de terminaison de service placé derrière un équilibreur de charge, souvent un équilibreur de charge d’application (ALB), qui sélectionne un serveur disponible. Dans cette configuration, la passerelle fournit un contrôle adapté aux applications et l’équilibreur optimise la distribution et la résilience. Les microservices n’en sont qu’un exemple ; les passerelles API sont également utilisées dans des environnements monolithiques, multi-applications et hybrides afin de coordonner le trafic API entrant entre divers systèmes. 

Indépendamment (équilibreur de charge uniquement) : Pour les couches web uniformes et sans état, les équipes peuvent placer un équilibreur de charge directement devant des serveurs identiques pour atténuer les pics et maintenir le temps de fonctionnement sans orchestration au niveau de l’API. Au-delà de cela, les équilibreurs de charge peuvent fonctionner de manière indépendante dans des scénarios tels que l’orientation du trafic entre les répliques de base de données en lecture seule, la répartition de la charge entre des points de terminaison géographiquement distribués, la gestion du basculement dans les déploiements multirégionaux ou l’équilibrage des requêtes vers des systèmes hérités qui ne nécessitent pas de logique au niveau de la passerelle. 

Indépendamment (passerelle uniquement) : sur certaines plateformes gérées, une passerelle peut terminer le trafic client, appliquer des politiques et rediriger directement vers des services qui disposent déjà d’une distribution intégrée, tout en conservant les avantages liés aux politiques et à l’expérience développeur sans couche d’équilibrage distincte.

De nombreuses passerelles modernes sont également en mesure d’exécuter certaines fonctions d’équilibrage de charge, telles que le routage pondéré, le routage round-robin ou le routage basé sur le chemin, mais les équipes peuvent tout de même placer devant elles un équilibreur de charge dédié de couche 4 pour gérer les connexions ou délester les aspects liés à la couche transport à haut débit.

L’observabilité au niveau de la couche de passerelle API inclut généralement des indicateurs tels que les volumes de requêtes, les distributions de latence, les évaluations de politiques, les résultats d’authentification et les taux d’erreur liés à des routes ou des consommateurs spécifiques. Les passerelles génèrent également des journaux détaillés qui capturent les caractéristiques des charges utiles des requêtes et des réponses, les transformations des en-têtes et les événements de sécurité tels que l’échec de la validation des tokens ou les déclenchements de limitation de débit. Le traçage à cette couche met souvent en lumière la manière dont une requête passe par les règles de routage, les transformations, l’agrégation de réponses et les appels back-end, facilitant ainsi le diagnostic des problèmes de comportement de l’API ou d’application des contrats.

Les équilibreurs de charge exposent des indicateurs opérationnels axés sur le nombre de connexions, les contrôles d’intégrité des cibles, les temps de réponse des instances back-end et le comportement des algorithmes de routage, ainsi que des journaux qui indiquent les décisions de distribution du trafic et les événements de basculement. Lorsqu’elles sont analysées ensemble, les données au niveau de la passerelle et de l’équilibreur de charge révèlent une vue plus complète de la manière dont le trafic circule dans un système et des endroits où des problèmes peuvent survenir.

Par exemple, une latence élevée de la passerelle peut être corrélée à un déséquilibre en aval ou à des cibles défaillantes au niveau de la couche de l’équilibreur de charge, tandis que les pics de basculement de l’équilibreur de charge peuvent provenir de requêtes malformées ou inhabituellement lourdes, visibles uniquement au niveau de la passerelle.

Les entreprises ayant des pratiques d’observabilité matures fusionnent souvent ces points de vue dans des tableaux de bord unifiés ou des traces qui permettent aux équipes de suivre une requête depuis la limite côté client jusqu’à la logique de routage et au comportement des instances back-end. Les équipes moins matures peuvent examiner chaque couche séparément, mais même une corrélation modeste des journaux et des indicateurs permet de faire la distinction entre les problèmes liés aux politiques au niveau de la passerelle et les problèmes de performance ou de disponibilité derrière l’équilibreur de charge. Avec le temps, l’intégration des données issues des deux couches peut accélérer le dépannage, clarifier la répartition des responsabilités et offrir une compréhension plus approfondie de la santé globale du système.

Selon leur emplacement dans les plateformes, les responsabilités des passerelles API et des équilibreurs de charge évoluent dans Kubernetes, entre les contrôleurs Ingress/Gateway API et l’équilibrage de charge des services, en fonction de la manière dont le trafic est admis, sécurisé et acheminé.

• Comment les objets Ingress, Gateway API ou Service correspondent aux rôles de type passerelle et équilibreur de charge
  
  Dans Kubernetes, Ingress et la nouvelle Gateway API fournissent un plan de contrôle similaire à une passerelle pour le routage hôte/chemin, la configuration de la sécurité de la couche transport (TLS) et l’attachement de politiques au niveau applicatif. Beaucoup des contrôleurs qui implémentent ces spécifications (Envoy/NGINX/Traefik) sont des projets open source largement utilisés qui fonctionnent également comme un proxy inverse, gérant la mise en forme et les transformations du trafic avant de le router dans le cluster.
  
  Ces composants servent souvent de premier point de passage sensible au contexte applicatif pour une application web, effectuant des tâches telles que la validation du JSON Web Token (JWT) ou les réécritures d’en-tête avant de transmettre les requêtes aux services back-end.
  
  En revanche, un Kubernetes Service de type LoadBalancer (ou un NodePort associé à un équilibreur de charge externe) expose les workloads et distribue le trafic entre les pods sous-jacents (via les nœuds). Cette couche se comporte de manière similaire aux équilibreurs de charge traditionnels utilisés devant des flottes de serveurs web, sélectionnant des instances saines pour garantir une distribution fluide. En pratique, la passerelle décide comment une requête doit être traitée et quel backend cibler, tandis que le Service et son mécanisme d’équilibrage de charge décident quelle instance reçoit réellement la requête.

• Variantes des contrôleurs et des plateformes
  
  La répartition précise des responsabilités dépend du contrôleur et de la plateforme. Le contrôleur d’un fournisseur peut regrouper davantage de fonctionnalités de passerelle (authentification, intégration avec un pare-feu d’applications web (WAF)), tandis qu’un autre délègue ces fonctionnalités à des sidecars ou à des services externes. Certains environnements s’appuient fortement sur Gateway API pour l’expression des politiques, tandis que d’autres utilisent toujours un Ingress classique et des définitions de ressources personnalisées pour un routage avancé.
  
  Les fournisseurs de cloud peuvent également intégrer des capacités d’équilibrage de charge propriétaires, telles que des VIP anycast globales (une adresse IP unique, annoncée à l’échelle mondiale, qui achemine les utilisateurs vers le point de terminaison sain le plus proche) et le basculement interzone (déplacement automatique du trafic vers une autre zone de disponibilité lorsqu’une zone devient dégradée), qui déplacent l’emplacement de certaines tâches. Par conséquent, les équipes doivent s’attendre à des différences dans les surfaces de configuration, les fonctionnalités prises en charge et l’observabilité d’une distribution à l’autre.

• Où se termine le maillage et où commence l’edge
  
  Un maillage de services permet de gérer la façon dont les services communiquent entre eux au sein d’un système. Il veille à ce que ces connexions soient sécurisées, fiables et automatiquement ajustées en cas de problème. Une passerelle d’entrée ou d’edge se trouve souvent à la frontière du maillage, agissant comme un proxy inverse tenant compte des politiques, assurant la terminaison des connexions externes et appliquant des règles au niveau de l’API avant de transmettre le trafic aux services internes. En amont, un équilibreur de charge ou un gestionnaire de trafic global peut répartir les connexions entrantes entre les instances de passerelle ou les régions géographiques.
  
  
• Comment les entreprises organisent les passerelles et les équilibreurs de charge
  
  Certaines entreprises placent la passerelle API en dehors du maillage pour minimiser le couplage, tandis que d’autres utilisent une passerelle compatible avec le maillage afin que les politiques et la télémétrie soient uniformes. Certaines équipes placent un équilibreur de charge global devant plusieurs passerelles régionales pour le routage géographique ; d’autres s’appuient sur un pilotage basé sur le DNS ou sur une logique d’edge de CDN. La bonne composition reflète souvent des contraintes telles que les budgets de latence, les zones de conformité et l’expertise opérationnelle, plutôt qu’une bonne pratique universelle. Ce qui compte, c’est que chaque couche ait un objectif clair et qu’elle ne duplique pas les responsabilités dans l’ensemble de la pile.

• Considérations relatives à gRPC, WebSockets, aux flux d’événements ou aux connexions persistantes
  
  gRPC (HTTP/2) a tendance à fonctionner plus efficacement lorsque les composants du système qui le gèrent peuvent pleinement prendre en charge son style de communication basé sur le streaming, ce qui signifie qu’ils conservent les avantages de HTTP/2, interprètent correctement ses métadonnées et évitent de revenir à des protocoles plus anciens. Pour cette raison, les passerelles ou les équilibreurs de charge L7 doivent être en mesure de gérer le trafic en streaming de manière fluide, notamment en gérant les délais d’attente et la pression lorsque les données circulent rapidement dans les deux sens.
  
  Les WebSockets et les événements envoyés par le serveur impliquent souvent des connexions persistantes, qui peuvent être sensibles à des facteurs tels que les délais d’inactivité, le comportement keepalive et les limites de connexion, en particulier lorsque de nombreux clients restent connectés pendant de longues périodes. Dans le cas des flux d’événements, tels que les API de streaming de type Kafka ou personnalisées, les systèmes peuvent rencontrer des charges utiles importantes, des pannes intermittentes ou la nécessité de drainer et de réhydrater les connexions lors des déploiements.
  
  Dans ce type de protocoles longue durée, les choix architecturaux concernant l’authentification, l’observabilité et la manière dont les connexions restent attachées à des backends spécifiques peuvent influencer la fiabilité globale et aider à éviter des problèmes tels que le blocage en tête de ligne ou des interruptions inattendues de session.

Les équipes rencontrent souvent des passerelles API et des équilibreurs de charge à différentes étapes de leur parcours architectural, mais la séquence n’est pas fixe. Le composant qui apparaît en premier (et la question de savoir si les deux sont nécessaires) dépend de ce qu’une application ou un environnement informatique plus large exige, ainsi que des principes de conception système qui guident cet environnement.

Un équilibreur de charge peut être introduit tôt pour améliorer la disponibilité et répartir le trafic entre plusieurs instances serveur, mais il ne fournit pas l’autorisation, l’application de politiques ou les contrôles au niveau API que certains systèmes exigent dès le départ. Ces besoins relèvent généralement du domaine plus vaste de la gestion des API.

De même, certains environnements introduisent d’abord une passerelle API car le besoin initial repose sur l’authentification, le routage des requêtes, les limites de débit ou la gestion d’un catalogue croissant d’API. À mesure que le trafic augmente et que les systèmes s’étendent, que cette expansion se fasse au sein d’une seule application ou de nombreuses applications d’une entreprise, les passerelles API gagnent souvent en importance.

Elles fournissent une couche structurée pour gérer la manière dont les API sont exposées, sécurisées et gouvernées. Dans certaines organisations, les passerelles servent de « porte d’entrée » unifiée à de nombreuses applications internes et externes, tandis que, dans d’autres, elles peuvent servir de couche de routage et de politique pour les microservices au sein d’un seul produit.

En bref, à mesure que le trafic des API augmente et que les environnements informatiques se complexifient, les passerelles API et les équilibreurs de charge jouent un rôle de plus en plus crucial. Leur importance croît parce qu’ils répondent à différentes dimensions d’échelle, de fiabilité, de sécurité et de clarté opérationnelle.