فارسی

راهنمای جامع تکنیک‌ها، الگوریتم‌ها و بهترین شیوه‌های توازن بار برای توزیع کارآمد ترافیک بین سرورها در برنامه‌های جهانی، تضمین‌کننده دسترسی بالا و عملکرد بهینه.

توازن بار: تسلط بر توزیع ترافیک برای برنامه‌های جهانی

در دنیای متصل امروز، برنامه‌ها باید حجم روزافزون ترافیک را مدیریت کرده و همزمان عملکرد و دسترسی بهینه را حفظ کنند. توازن بار یک تکنیک حیاتی برای توزیع کارآمد این ترافیک بین چندین سرور است که از بارگذاری بیش از حد بر روی هر سرور جلوگیری می‌کند. این مقاله یک نمای کلی جامع از توازن بار، مزایای آن، الگوریتم‌های مختلف و بهترین شیوه‌ها برای پیاده‌سازی آن در برنامه‌های جهانی ارائه می‌دهد.

توازن بار چیست؟

توازن بار فرآیند توزیع یکنواخت ترافیک شبکه در میان مجموعه‌ای از سرورها است. به جای ارسال تمام درخواست‌های ورودی به یک سرور واحد، یک توازن‌دهنده بار (load balancer) درخواست‌ها را بین چندین سرور توزیع می‌کند و اطمینان می‌دهد که هیچ سروری تحت فشار بیش از حد قرار نگیرد. این کار باعث بهبود عملکرد، دسترسی و مقیاس‌پذیری برنامه می‌شود.

یک رستوران شلوغ (برنامه شما) را با تنها یک پیشخدمت (سرور) تصور کنید. در ساعات اوج، مشتریان با زمان انتظار طولانی و خدمات ضعیف مواجه می‌شوند. حال، تصور کنید که رستوران چندین پیشخدمت (سرور) و یک میزبان (توازن‌دهنده بار) دارد که مشتریان را به سمت پیشخدمت‌های در دسترس هدایت می‌کند. این اساساً نحوه کار توازن بار است.

چرا توازن بار مهم است؟

توازن بار مزایای متعددی را ارائه می‌دهد، از جمله:

انواع توازن‌دهنده‌های بار

توازن‌دهنده‌های بار را می‌توان بر اساس عملکرد و نحوه استقرار به چندین نوع طبقه‌بندی کرد:

توازن‌دهنده‌های بار سخت‌افزاری

توازن‌دهنده‌های بار سخت‌افزاری دستگاه‌های فیزیکی اختصاصی هستند که به طور خاص برای توازن بار طراحی شده‌اند. آنها عملکرد و قابلیت اطمینان بالایی را ارائه می‌دهند اما می‌توانند گران باشند و برای مدیریت به تخصص ویژه نیاز دارند. نمونه‌ها شامل دستگاه‌هایی از F5 Networks (که اکنون بخشی از Keysight Technologies است) و Citrix هستند.

توازن‌دهنده‌های بار نرم‌افزاری

توازن‌دهنده‌های بار نرم‌افزاری برنامه‌هایی هستند که بر روی سرورهای استاندارد اجرا می‌شوند. آنها انعطاف‌پذیرتر و مقرون‌به‌صرفه‌تر از توازن‌دهنده‌های بار سخت‌افزاری هستند اما ممکن است سطح عملکرد مشابهی را ارائه ندهند. توازن‌دهنده‌های بار نرم‌افزاری محبوب شامل HAProxy، Nginx و Apache هستند.

توازن‌دهنده‌های بار ابری

توازن‌دهنده‌های بار ابری به عنوان یک سرویس توسط ارائه‌دهندگان ابری مانند Amazon Web Services (AWS)، Microsoft Azure و Google Cloud Platform (GCP) ارائه می‌شوند. آنها بسیار مقیاس‌پذیر و آسان برای مدیریت هستند و به همین دلیل گزینه‌ای محبوب برای برنامه‌های مبتنی بر ابر محسوب می‌شوند. AWS سرویس Elastic Load Balancing (ELB)، Azure سرویس Azure Load Balancer و GCP سرویس Cloud Load Balancing را ارائه می‌دهند.

توازن‌دهنده‌های بار سرور جهانی (GSLB)

GSLB ترافیک را در چندین مرکز داده پراکنده از نظر جغرافیایی توزیع می‌کند. این کار دسترسی و عملکرد برنامه را برای کاربران در سراسر جهان بهبود می‌بخشد. اگر یک مرکز داده از کار بیفتد، GSLB به طور خودکار ترافیک را به مراکز داده سالم باقیمانده هدایت می‌کند. GSLB همچنین با هدایت کاربران به نزدیک‌ترین مرکز داده به آنها، به کاهش تأخیر کمک می‌کند. نمونه‌ها شامل راه‌حل‌هایی از Akamai و Cloudflare هستند. بسیاری از ارائه‌دهندگان ابری مانند AWS و Azure نیز خدمات GSLB را ارائه می‌دهند.

الگوریتم‌های توازن بار

الگوریتم‌های توازن بار تعیین می‌کنند که ترافیک چگونه بین سرورهای موجود در مجموعه توزیع شود. چندین الگوریتم مختلف وجود دارد که هر کدام مزایا و معایب خاص خود را دارند.

چرخشی (Round Robin)

الگوریتم چرخشی ترافیک را به هر سرور در مجموعه به ترتیب متوالی توزیع می‌کند. این ساده‌ترین الگوریتم توازن بار و پیاده‌سازی آن آسان است. با این حال، بار فعلی روی هر سرور را در نظر نمی‌گیرد، بنابراین ممکن است در همه موارد کارآمدترین الگوریتم نباشد. به عنوان مثال، اگر سرور A در حال انجام وظایف محاسباتی سنگین باشد، الگوریتم چرخشی همچنان همان مقدار ترافیک را به آن ارسال می‌کند که به سرور B که در حال انجام وظایف سبک‌تر است، می‌فرستد.

چرخشی وزن‌دار (Weighted Round Robin)

چرخشی وزن‌دار نسخه‌ای از چرخشی است که به شما امکان می‌دهد وزن‌های مختلفی را به هر سرور اختصاص دهید. سرورهایی با وزن بالاتر ترافیک بیشتری نسبت به سرورهایی با وزن پایین‌تر دریافت می‌کنند. این به شما امکان می‌دهد ظرفیت هر سرور را در نظر بگیرید و ترافیک را بر این اساس توزیع کنید. به عنوان مثال، به سروری با RAM و CPU بیشتر می‌توان وزن بالاتری اختصاص داد.

کمترین اتصالات (Least Connections)

الگوریتم کمترین اتصالات ترافیک را به سروری که کمترین تعداد اتصالات فعال را دارد، هدایت می‌کند. این الگوریتم بار فعلی روی هر سرور را در نظر می‌گیرد و ترافیک را بر این اساس توزیع می‌کند. این الگوریتم به طور کلی کارآمدتر از چرخشی است، به ویژه هنگامی که سرورها درخواست‌هایی با مدت زمان متفاوت را پردازش می‌کنند. با این حال، این الگوریتم نیاز دارد که توازن‌دهنده بار تعداد اتصالات فعال برای هر سرور را ردیابی کند که می‌تواند سربار اضافه کند.

کمترین زمان پاسخ (Least Response Time)

الگوریتم کمترین زمان پاسخ ترافیک را به سروری که سریع‌ترین زمان پاسخ را دارد، هدایت می‌کند. این الگوریتم هم بار فعلی روی هر سرور و هم سرعت پردازش درخواست‌ها را در نظر می‌گیرد. این به طور کلی کارآمدترین الگوریتم توازن بار است، اما همچنین نیاز دارد که توازن‌دهنده بار زمان پاسخ هر سرور را نظارت کند که می‌تواند سربار قابل توجهی اضافه کند.

هش IP (IP Hash)

هش IP از آدرس IP کلاینت برای تعیین اینکه درخواست به کدام سرور ارسال شود، استفاده می‌کند. این تضمین می‌کند که تمام درخواست‌های یک کلاینت همیشه به یک سرور ارسال شوند. این برای برنامه‌هایی که به پایداری جلسه (session persistence) متکی هستند، مفید است، جایی که کلاینت باید برای تمام مدت جلسه به همان سرور متصل بماند. با این حال، اگر کلاینت‌های زیادی از یک آدرس IP یکسان (مثلاً پشت یک دروازه NAT) باشند، این الگوریتم می‌تواند منجر به توزیع نابرابر ترافیک شود.

هش URL (URL Hash)

هش URL از URL درخواست برای تعیین اینکه درخواست به کدام سرور ارسال شود، استفاده می‌کند. این می‌تواند برای کش کردن محتوای استاتیک مفید باشد، زیرا تمام درخواست‌ها برای یک URL یکسان به یک سرور ارسال می‌شوند و به سرور اجازه می‌دهد محتوا را کش کرده و سریع‌تر ارائه دهد. مشابه هش IP، اگر زیرمجموعه کوچکی از URLها به شدت مورد دسترسی قرار گیرند، این می‌تواند منجر به توزیع نابرابر شود.

مسیریابی مبتنی بر موقعیت جغرافیایی

مسیریابی مبتنی بر موقعیت جغرافیایی ترافیک را به سروری که از نظر جغرافیایی به کلاینت نزدیک‌تر است، هدایت می‌کند. این می‌تواند با کاهش تأخیر، عملکرد برنامه را بهبود بخشد. به عنوان مثال، یک کاربر در اروپا به سروری در اروپا هدایت می‌شود، در حالی که یک کاربر در آسیا به سروری در آسیا هدایت می‌شود. این یک جزء کلیدی از راه‌حل‌های GSLB است.

پیاده‌سازی توازن بار

پیاده‌سازی توازن بار شامل چندین مرحله است:

  1. انتخاب یک توازن‌دهنده بار: نوع توازن‌دهنده بار را که به بهترین وجه نیازهای شما را برآورده می‌کند، با در نظر گرفتن عواملی مانند عملکرد، هزینه و سهولت مدیریت، انتخاب کنید.
  2. پیکربندی توازن‌دهنده بار: توازن‌دهنده بار را با تنظیمات مناسب، از جمله آدرس‌های IP سرورهای موجود در مجموعه، الگوریتم توازن بار و پارامترهای بررسی سلامت، پیکربندی کنید.
  3. پیکربندی بررسی‌های سلامت: بررسی‌های سلامت برای نظارت بر سلامت سرورهای موجود در مجموعه استفاده می‌شوند. توازن‌دهنده بار فقط ترافیک را به سرورهایی که سالم تلقی می‌شوند، ارسال می‌کند. بررسی‌های سلامت رایج شامل پینگ کردن سرور، بررسی وضعیت یک پورت خاص یا ارسال درخواست به یک URL خاص است.
  4. نظارت بر توازن‌دهنده بار: توازن‌دهنده بار را نظارت کنید تا اطمینان حاصل شود که به درستی کار می‌کند و ترافیک به طور یکنواخت بین سرورهای موجود در مجموعه توزیع می‌شود. این کار را می‌توان با استفاده از ابزارهای نظارتی ارائه شده توسط فروشنده توازن‌دهنده بار یا با استفاده از راه‌حل‌های نظارتی شخص ثالث انجام داد.

بهترین شیوه‌های توازن بار

برای اطمینان از مؤثر بودن پیاده‌سازی توازن بار خود، این بهترین شیوه‌ها را دنبال کنید:

مثال‌های دنیای واقعی

در اینجا چند مثال واقعی از نحوه استفاده از توازن بار در صنایع مختلف آورده شده است:

توازن بار سرور جهانی (GSLB) با جزئیات

توازن بار سرور جهانی (GSLB) یک شکل تخصصی از توازن بار است که ترافیک را در چندین مرکز داده یا منطقه ابری پراکنده از نظر جغرافیایی توزیع می‌کند. این برای برنامه‌هایی که نیاز به دسترسی بالا و عملکرد عالی برای کاربران در سراسر جهان دارند، حیاتی است.

مزایای GSLB

ملاحظات پیاده‌سازی GSLB

روش‌های مسیریابی GSLB

توازن بار در ابر

ارائه‌دهندگان ابری خدمات توازن بار قوی را ارائه می‌دهند که استقرار و مدیریت آنها آسان است. این خدمات معمولاً بسیار مقیاس‌پذیر و مقرون‌به‌صرفه هستند.

AWS Elastic Load Balancing (ELB)

AWS ELB چندین نوع توازن‌دهنده بار را ارائه می‌دهد:

Azure Load Balancer

Azure Load Balancer قابلیت‌های توازن بار داخلی و خارجی را ارائه می‌دهد. این سرویس از الگوریتم‌های مختلف توازن بار و گزینه‌های بررسی سلامت پشتیبانی می‌کند.

Google Cloud Load Balancing

Google Cloud Load Balancing چندین نوع توازن‌دهنده بار را ارائه می‌دهد، از جمله:

نتیجه‌گیری

توازن بار یک تکنیک ضروری برای تضمین عملکرد، دسترسی و مقیاس‌پذیری برنامه‌های مدرن است. با توزیع یکنواخت ترافیک بین چندین سرور، توازن بار از بارگذاری بیش از حد بر روی هر سرور جلوگیری می‌کند و اطمینان می‌دهد که کاربران تجربه‌ای روان و پاسخگو دارند. چه در حال اجرای یک وب‌سایت کوچک باشید و چه یک برنامه سازمانی در مقیاس بزرگ، توازن بار یک جزء حیاتی از زیرساخت شما است. درک انواع مختلف توازن‌دهنده‌های بار، الگوریتم‌ها و بهترین شیوه‌ها برای پیاده‌سازی یک راه‌حل توازن بار مؤثر که نیازهای خاص شما را برآورده کند، ضروری است.

با جهانی شدن روزافزون برنامه‌ها، توازن بار سرور جهانی (GSLB) حتی حیاتی‌تر می‌شود. با توزیع ترافیک در چندین مرکز داده پراکنده از نظر جغرافیایی، GSLB تضمین می‌کند که کاربران در سراسر جهان تجربه‌ای سریع و قابل اعتماد داشته باشند، حتی در مواجهه با قطعی مراکز داده یا اختلالات شبکه. پذیرش توازن بار، از جمله GSLB در صورت لزوم، یک گام کلیدی در ساخت برنامه‌های مقاوم و با عملکرد بالا برای مخاطبان جهانی است.