دروازه API: درک مسیریابی درخواست و تعادل بار برای معماری‌های جهانی

در چشم انداز دیجیتال به هم پیوسته امروزی، ساخت برنامه های قوی و مقیاس پذیر اغلب شامل استفاده از میکروسرویس ها است. این خدمات مستقل، در حالی که انعطاف‌پذیری و چابکی را ارائه می‌دهند، پیچیدگی‌هایی را در مدیریت ارتباطات بین سرویس‌ها و اطمینان از یک تجربه کاربری یکپارچه معرفی می‌کنند. در خط مقدم مدیریت این پیچیدگی، دروازه API قرار دارد. دو مورد از اساسی‌ترین و حیاتی‌ترین عملکردهای آن مسیریابی درخواست و تعادل بار هستند. این پست به عمق این مفاهیم می‌پردازد و اهمیت، نحوه عملکرد و نقش ضروری آنها را در معماری‌های نرم‌افزاری جهانی مدرن توضیح می‌دهد.

نقش اصلی یک دروازه API

قبل از اینکه به مسیریابی و تعادل بار بپردازیم، درک این نکته ضروری است که یک دروازه API چیست و چرا سنگ بنای میکروسرویس ها است. یک دروازه API به عنوان یک نقطه ورودی واحد برای تمام درخواست های مشتری به خدمات پشتیبان شما عمل می کند. به جای اینکه مشتریان مستقیماً با میکروسرویس های جداگانه ارتباط برقرار کنند (که می تواند منجر به یک آشفتگی درهم تنیده از اتصالات نقطه به نقطه شود)، آنها با دروازه تعامل دارند. سپس دروازه به طور هوشمندانه این درخواست ها را به سرویس پشتیبان مناسب ارسال می کند.

این الگوی معماری چندین مزیت کلیدی را ارائه می دهد:

• جداسازی: مشتریان از خدمات پشتیبان جدا می شوند و به خدمات اجازه می دهد بدون تأثیرگذاری بر مشتریان، بازسازی، به روز رسانی یا جایگزین شوند.
• انتزاع: پیچیدگی باطن را پنهان می کند و یک API یکپارچه را به مشتریان ارائه می دهد.
• نگرانی های متمرکز: عملکردهای رایج مانند احراز هویت، مجوز، محدود کردن نرخ، گزارش نویسی و نظارت را می توان در سطح دروازه انجام داد و افزونگی را در بین خدمات کاهش داد.
• بهبود عملکرد: ویژگی هایی مانند ذخیره سازی در حافظه پنهان و تجمع درخواست را می توان در دروازه پیاده سازی کرد.

در این مرکز اصلی، مسیریابی درخواست و تعادل بار برای عملکرد کارآمد و قابل اعتماد بسیار مهم هستند.

درک مسیریابی درخواست

مسیریابی درخواست فرآیندی است که توسط آن یک دروازه API تعیین می کند که کدام سرویس پشتیبان باید یک درخواست مشتری ورودی را مدیریت کند. این مانند یک کنترلر ترافیک بسیار هوشمند است که وسایل نقلیه (درخواست ها) را به مقصدهای صحیح (سرویس ها) هدایت می کند.

مسیریابی درخواست چگونه کار می کند؟

دروازه های API به طور معمول از استراتژی های مختلفی برای مسیریابی درخواست ها استفاده می کنند:

• مسیریابی مبتنی بر مسیر: این یکی از رایج ترین روش ها است. دروازه مسیر URL درخواست ورودی را بررسی می کند و آن را بر اساس قوانین از پیش تعریف شده مسیریابی می کند. به عنوان مثال:
• درخواست ها به /users/ ممکن است به سرویس کاربر هدایت شوند.
• درخواست ها به /products/ ممکن است به سرویس محصول هدایت شوند.
• درخواست ها به /orders/ ممکن است به سرویس سفارش هدایت شوند.
• مسیریابی مبتنی بر میزبان: در سناریوهایی که یک دروازه واحد ممکن است به چندین برنامه یا دامنه متمایز سرویس دهد، مسیریابی مبتنی بر میزبان به دروازه اجازه می دهد تا درخواست ها را بر اساس نام میزبان در هدر `Host` درخواست مسیریابی کند. به عنوان مثال:
• درخواست ها به api.example.com ممکن است به یک مجموعه از خدمات هدایت شوند.
• درخواست ها به admin.example.com ممکن است به مجموعه دیگری هدایت شوند.
• مسیریابی مبتنی بر هدر: مسیریابی پیشرفته تر می تواند بر اساس هدرهای سفارشی موجود در درخواست باشد. این می تواند برای آزمایش A/B، انتشار قناری یا مسیریابی بر اساس ویژگی های خاص مشتری مفید باشد. به عنوان مثال، یک هدر `x-version` می تواند ترافیک را به نسخه های مختلف یک سرویس هدایت کند.
• مسیریابی مبتنی بر پارامتر پرس و جو: مشابه مسیریابی مبتنی بر هدر، پارامترهای پرس و جو خاصی در URL نیز می توانند مسیر مسیریابی را تعیین کنند.
• مسیریابی مبتنی بر روش: در حالی که به عنوان یک استراتژی مسیریابی اولیه کمتر رایج است، روش HTTP (GET، POST، PUT، DELETE) می تواند بخشی از یک قانون مسیریابی باشد، به ویژه زمانی که با مسیریابی مبتنی بر مسیر ترکیب شود.

پیکربندی و مسیریابی پویا

قوانین مسیریابی معمولاً در خود دروازه API پیکربندی می شوند. این پیکربندی می تواند استاتیک (تعریف شده در فایل های پیکربندی) یا پویا (مدیریت شده از طریق یک API یا یک مکانیسم کشف سرویس) باشد.

پیکربندی استاتیک: تنظیمات ساده ممکن است از فایل های پیکربندی استاتیک استفاده کنند. مدیریت این امر برای استقرارهای کوچکتر آسان است، اما با افزایش تعداد سرویس ها می تواند دست و پا گیر شود.

مسیریابی پویا: در محیط های پیچیده تر و بومی ابری، دروازه های API با ابزارهای کشف سرویس (مانند Consul، Eureka یا کشف سرویس داخلی Kubernetes) ادغام می شوند. هنگامی که یک نمونه سرویس جدید شروع می شود، خود را در کشف سرویس ثبت می کند. دروازه API از کشف سرویس پرس و جو می کند تا نمونه های موجود را برای یک سرویس معین دریافت کند و آن را قادر می سازد تا درخواست ها را به صورت پویا مسیریابی کند. این برای رسیدگی به رویدادهای مقیاس بندی و خرابی سرویس ها به طرز مطلوبی بسیار مهم است.

نمونه های جهانی از مسیریابی در عمل

• پلتفرم های تجارت الکترونیک: یک غول تجارت الکترونیک جهانی مانند آمازون یا علی بابا به طور گسترده از مسیریابی مبتنی بر مسیر استفاده می کند. درخواست ها به /cart به سرویس سبد خرید، /checkout به سرویس پرداخت و /user به سرویس نمایه کاربر می روند. برای مناطق مختلف، ممکن است از مسیریابی مبتنی بر میزبان استفاده شود (به عنوان مثال، amazon.co.uk به پیکربندی های پشتیبان مخصوص بریتانیا مسیریابی می کند).
• خدمات اشتراک سواری: شرکت هایی مانند اوبر یا گراب از مسیریابی برای هدایت درخواست ها به میکروسرویس های مختلف استفاده می کنند. یک درخواست از طرف یک مسافر برای رانندگان نزدیک به یک سرویس تطبیق راننده می رود، در حالی که یک درخواست برای مشاهده سفرهای گذشته به یک سرویس تاریخچه سفر می رود. ممکن است از مسیریابی مبتنی بر هدر برای استقرار ویژگی های جدید برای زیرمجموعه ای از کاربران در بازارهای جغرافیایی خاص استفاده شود.
• مؤسسات مالی: یک بانک چند ملیتی ممکن است از مسیریابی برای هدایت درخواست ها برای موجودی حساب ها به یک سرویس، انتقال وجه به دیگری و پشتیبانی مشتری به دیگری استفاده کند. مسیریابی مبتنی بر میزبان می تواند برای تقسیم درخواست های مشتری بر اساس بخش بانکی آنها استفاده شود (به عنوان مثال، بانکداری شخصی در مقابل بانکداری شرکتی).

درک تعادل بار

در حالی که مسیریابی درخواست یک درخواست را به *نوع صحیح* سرویس هدایت می کند، تعادل بار تضمین می کند که درخواست به یک *نمونه سالم و در دسترس* از آن سرویس ارسال می شود، و اینکه حجم کار به طور مساوی بین چندین نمونه توزیع می شود. بدون تعادل بار، یک نمونه سرویس واحد می تواند تحت فشار قرار گیرد و منجر به کاهش عملکرد یا خرابی کامل شود.

نیاز به تعادل بار

در یک معماری میکروسرویس ها، داشتن چندین نمونه از یک سرویس واحد که برای رسیدگی به حجم بالای ترافیک و اطمینان از افزونگی اجرا می شوند، رایج است. تعادل بار برای موارد زیر ضروری است:

• در دسترس بودن بالا: اگر یک نمونه از یک سرویس از کار بیفتد، متعادل کننده بار می تواند به طور خودکار ترافیک را به نمونه های سالم هدایت کند و از قطع سرویس جلوگیری کند.
• مقیاس پذیری: با افزایش ترافیک، نمونه های جدید یک سرویس را می توان اضافه کرد، و متعادل کننده بار شروع به توزیع درخواست ها به آنها می کند و به برنامه اجازه می دهد تا به صورت افقی مقیاس شود.
• عملکرد: توزیع ترافیک به طور مساوی از تبدیل شدن هر نمونه واحد به یک گلوگاه جلوگیری می کند و منجر به عملکرد کلی بهتر برنامه و کاهش تأخیر می شود.
• استفاده از منابع: تضمین می کند که از تمام نمونه های سرویس موجود به طور کارآمد استفاده می شود.

الگوریتم های تعادل بار رایج

دروازه های API، یا متعادل کننده های بار اختصاصی که دروازه ممکن است با آنها تعامل داشته باشد، از الگوریتم های مختلفی برای توزیع ترافیک استفاده می کنند:

• چرخش دوره ای: درخواست ها به طور متوالی به هر سرور در لیست توزیع می شوند. وقتی به انتهای لیست رسید، دوباره از ابتدا شروع می شود. این ساده است اما بار سرور را در نظر نمی گیرد.
• چرخش دوره ای وزنی: مشابه چرخش دوره ای، اما سرورها وزن هایی را اختصاص می دهند. سرورهایی با وزن های بالاتر اتصالات بیشتری دریافت می کنند. این زمانی مفید است که سرورها ظرفیت های متفاوتی داشته باشند.
• کمترین اتصالات: درخواست ها به سروری با کمترین اتصالات فعال ارسال می شوند. این یک انتخاب خوب برای اتصالات طولانی مدت است.
• کمترین اتصالات وزنی: وزن ها را با الگوریتم کمترین اتصالات ترکیب می کند. سرورهایی با وزن های بالاتر به احتمال زیاد اتصالات جدیدی دریافت می کنند، اما تصمیم گیری همچنان بر اساس تعداد فعلی اتصالات فعال است.
• هش IP: سرور بر اساس هش آدرس IP مشتری انتخاب می شود. این تضمین می کند که درخواست ها از همان آدرس IP مشتری همیشه به همان سرور می روند، که می تواند برای حفظ وضعیت جلسه بدون یک فروشگاه جلسه اختصاصی مفید باشد.
• کمترین زمان پاسخ: ترافیک را به سروری هدایت می کند که کمترین میانگین زمان پاسخ و کمترین اتصالات فعال را دارد. این الگوریتم بر ارائه سریعترین پاسخ به کاربران تمرکز دارد.
• تصادفی: یک سرور تصادفی از استخر موجود انتخاب می شود. ساده است، اما می تواند منجر به توزیع ناهموار در دوره های کوتاه شود.

بررسی های سلامت

یک جزء حیاتی تعادل بار، بررسی سلامت است. دروازه API یا متعادل کننده بار به طور دوره ای سلامت نمونه های سرویس پشتیبان را بررسی می کند. این بررسی ها می توانند به صورت زیر باشند:

• بررسی های سلامت فعال: متعادل کننده بار به طور فعال درخواست هایی (به عنوان مثال، پینگ ها، درخواست های HTTP به یک نقطه پایانی `/health`) را به نمونه های پشتیبان ارسال می کند. اگر یک نمونه در مهلت زمانی پاسخ ندهد یا یک خطا را برگرداند، به عنوان ناسالم علامت گذاری می شود و تا زمان بازیابی از استخر سرورهای موجود حذف می شود.
• بررسی های سلامت غیرفعال: متعادل کننده بار پاسخ های سرورهای پشتیبان را نظارت می کند. اگر نرخ بالایی از خطاها را از یک سرور خاص مشاهده کند، می تواند نتیجه بگیرد که سرور ناسالم است.

این مکانیسم بررسی سلامت برای اطمینان از اینکه ترافیک فقط به نمونه های سرویس سالم ارسال می شود، حیاتی است و در نتیجه ثبات و قابلیت اطمینان برنامه را حفظ می کند.

نمونه های جهانی از تعادل بار در عمل

• خدمات پخش جریانی: شرکت هایی مانند نتفلیکس یا دیزنی+ ترافیک عظیم و نوسانی را تجربه می کنند. دروازه های API آنها و زیرساخت تعادل بار زیربنایی، درخواست ها را در هزاران نمونه سرور در سراسر جهان توزیع می کنند. هنگامی که یک قسمت جدید منتشر می شود، متعادل کننده های بار اطمینان می دهند که افزایش درخواست ها بدون بارگذاری بیش از حد هر سرویس واحد رسیدگی می شود. آنها همچنین از الگوریتم های پیچیده ای برای هدایت کاربران به نزدیکترین و بهترین سرورهای لبه شبکه تحویل محتوا (CDN) استفاده می کنند.
• پلتفرم های رسانه های اجتماعی: متا (فیس بوک، اینستاگرام) روزانه میلیاردها درخواست را مدیریت می کند. تعادل بار برای در دسترس نگه داشتن این پلتفرم ها اساسی است. هنگامی که یک کاربر یک عکس را بارگذاری می کند، درخواست به یک سرویس بارگذاری مناسب هدایت می شود، و تعادل بار تضمین می کند که این کار فشرده در بین بسیاری از نمونه های موجود پخش می شود، و اینکه فید کاربر به سرعت پر می شود.
• بازی آنلاین: برای بازی های آنلاین چند نفره انبوه (MMO)، حفظ تأخیر کم و در دسترس بودن بالا بسیار مهم است. دروازه های API با تعادل بار قوی، بازیکنان را به سرورهای بازی هدایت می کنند که از نظر جغرافیایی نزدیکترین هستند و کمترین بار را دارند و از یک تجربه بازی روان برای میلیون ها کاربر همزمان در سراسر جهان اطمینان حاصل می کنند.

ادغام مسیریابی و تعادل بار

مسیریابی درخواست و تعادل بار توابع مستقلی نیستند. آنها در کنار هم کار می کنند. این فرآیند معمولاً به این صورت است:

1. یک مشتری یک درخواست را به دروازه API ارسال می کند.
2. دروازه API درخواست را بررسی می کند (به عنوان مثال، مسیر URL، هدرها).
3. بر اساس قوانین از پیش تعریف شده، دروازه میکروسرویس هدف را شناسایی می کند (به عنوان مثال، سرویس کاربر).
4. سپس دروازه با لیست نمونه های سالم و در دسترس خود برای آن سرویس کاربر خاص مشورت می کند.
5. با استفاده از یک الگوریتم تعادل بار انتخاب شده (به عنوان مثال، کمترین اتصالات)، دروازه یک نمونه سالم از سرویس کاربر را انتخاب می کند.
6. درخواست به نمونه انتخاب شده ارسال می شود.

این رویکرد یکپارچه تضمین می کند که درخواست ها نه تنها به سرویس صحیح هدایت می شوند، بلکه به یک نمونه در دسترس و با عملکرد از آن سرویس نیز هدایت می شوند.

ملاحظات پیشرفته برای معماری های جهانی

برای برنامه های جهانی، تعامل مسیریابی و تعادل بار حتی دقیق تر می شود:

• مسیریابی جغرافیایی: ممکن است لازم باشد درخواست ها از کاربران در مناطق جغرافیایی مختلف به خدمات پشتیبان مستقر در مراکز داده نزدیک به آنها هدایت شوند. این تأخیر را به حداقل می رساند و تجربه کاربر را بهبود می بخشد. این را می توان با داشتن دروازه های API منطقه ای که سپس درخواست ها را به نمونه های سرویس محلی هدایت می کنند، به دست آورد.
• تعادل بار Geo-DNS: اغلب، خود وضوح DNS برای هدایت کاربران به نزدیکترین نمونه دروازه API استفاده می شود.
• تعادل بار سرور جهانی (GSLB): این تکنیک پیشرفته ترافیک را در چندین مرکز داده یا منطقه توزیع می کند. سپس دروازه API ممکن است تعادل بار محلی را در یک منطقه خاص انجام دهد.
• ادغام کشف سرویس: همانطور که ذکر شد، ادغام قوی با کشف سرویس کلیدی است. در یک تنظیم جهانی، کشف سرویس باید از نمونه های سرویس در مناطق مختلف و وضعیت سلامت آنها آگاه باشد.
• انتشار قناری و استقرارهای آبی/سبز: این استراتژی های استقرار به شدت به مسیریابی و تعادل بار پیچیده متکی هستند. انتشار قناری شامل انتقال تدریجی درصد کمی از ترافیک به یک نسخه جدید از یک سرویس است که امکان آزمایش در تولید را فراهم می کند. استقرارهای آبی/سبز شامل اجرای دو محیط یکسان و جابجایی ترافیک بین آنها است. هر دو نیاز دارند که دروازه API به صورت پویا جریان ترافیک را بر اساس قوانین خاص کنترل کند (به عنوان مثال، مسیریابی مبتنی بر هدر برای قناری).

انتخاب راه حل دروازه API مناسب

انتخاب راه حل دروازه API بسیار مهم است و به نیازهای خاص، مقیاس و زیرساخت موجود شما بستگی دارد. گزینه های محبوب عبارتند از:

• راه حل های بومی ابری: دروازه API AWS، مدیریت API Azure، دروازه API Google Cloud. این خدمات مدیریت شده هستند و ادغام عمیقی با اکوسیستم های ابری مربوطه خود ارائه می دهند.
• راه حل های منبع باز:
• دروازه Kong: بسیار قابل توسعه، اغلب با Kubernetes مستقر می شود.
• Apache APISIX: یک دروازه API پویا، بلادرنگ و با کارایی بالا.
• پروکسی Envoy: اغلب به عنوان یک صفحه داده در معماری های شبکه سرویس (مانند Istio) استفاده می شود، اما می تواند به عنوان یک دروازه API مستقل نیز عمل کند.
• Nginx/Nginx Plus: یک سرور وب بسیار محبوب که می تواند به عنوان یک دروازه API با ویژگی های تعادل بار پیشرفته پیکربندی شود.
• راه حل های تجاری: Apigee (Google)، Mulesoft، Tibco. اینها اغلب ویژگی ها و پشتیبانی جامع تری برای شرکت ارائه می دهند.

هنگام ارزیابی راه حل ها، قابلیت های آنها را در نظر بگیرید:

• انعطاف پذیری مسیریابی: چقدر می توانید قوانین مسیریابی پیچیده را به راحتی تعریف کنید؟
• الگوریتم های تعادل بار: آیا الگوریتم های مورد نیاز خود را پشتیبانی می کند؟
• مکانیسم های بررسی سلامت: آیا آنها قوی و قابل تنظیم هستند؟
• ادغام کشف سرویس: آیا با ابزارهای کشف سرویس انتخابی شما ادغام می شود؟
• عملکرد و مقیاس پذیری: آیا می تواند حجم ترافیک مورد انتظار شما را مدیریت کند؟
• قابلیت مشاهده: آیا گزارش نویسی، نظارت و قابلیت های ردیابی خوبی را ارائه می دهد؟
• قابلیت توسعه: آیا می توانید منطق سفارشی یا پلاگین اضافه کنید؟

نتیجه

مسیریابی درخواست و تعادل بار صرفاً ویژگی های فنی یک دروازه API نیستند. آنها ستون های اساسی برای ساخت معماری های میکروسرویس انعطاف پذیر، مقیاس پذیر و با کارایی بالا هستند. دروازه های API با هدایت هوشمندانه درخواست های ورودی به خدمات پشتیبان مناسب و توزیع مساوی ترافیک در بین نمونه های سرویس سالم، اطمینان حاصل می کنند که برنامه ها در دسترس، با عملکرد و قادر به مدیریت بارهای پویا باقی می مانند.

برای برنامه های جهانی، استفاده پیچیده از این مفاهیم، که اغلب با آگاهی جغرافیایی و استراتژی های استقرار پیشرفته ترکیب می شوند، برای ارائه یک تجربه کاربری سازگار و برتر در سراسر جهان ضروری است. با رشد اکوسیستم میکروسرویس شما، یک دروازه API با پیکربندی مناسب و قوی با مسیریابی درخواست و تعادل بار موثر، ارزشمندترین متحد شما در پیمایش پیچیدگی و اطمینان از تعالی عملیاتی خواهد بود.

بینش های عملی:

• قوانین مسیریابی واضح را تعریف کنید: استراتژی های مسیریابی خود را بر اساس مسئولیت های سرویس مستندسازی و استانداردسازی کنید.
• از کشف سرویس استفاده کنید: دروازه API خود را با یک مکانیسم کشف سرویس برای مسیریابی پویا و خرابی ادغام کنید.
• بررسی های سلامت جامع را پیاده سازی کنید: اطمینان حاصل کنید که دروازه یا متعادل کننده بار شما به طور دقیق سلامت نمونه های سرویس شما را نظارت می کند.
• الگوریتم های تعادل بار مناسب را انتخاب کنید: الگوریتم هایی را انتخاب کنید که به بهترین وجه با الگوهای ترافیکی سرویس و قابلیت های پشتیبان شما مطابقت داشته باشند.
• عملکرد را نظارت کنید: به طور مداوم تأخیر درخواست، نرخ خطا و استفاده از منابع را در سطح دروازه نظارت کنید تا گلوگاه ها را شناسایی کرده و عملکرد را بهینه کنید.
• توزیع جغرافیایی را در نظر بگیرید: برای برنامه های جهانی، استقرار دروازه API و استراتژی های مسیریابی خود را برنامه ریزی کنید تا به کاربران از نزدیکترین نقاط حضور خود خدمات ارائه دهید.

با تسلط بر مسیریابی درخواست و تعادل بار در دروازه API خود، پایه و اساس یک معماری برنامه جهانی قوی و آینده نگر را می گذارید.