فهرست محتوا
مقدمه:
لود بالانسینگ (Load Balancing) یکی از مفاهیم کلیدی در زیرساخت‌های شبکه و میزبانی وب است که با هدف توزیع متعادل ترافیک بین چند سرور یا منبع انجام می‌شود. این تکنیک باعث می‌شود منابع سخت‌افزاری بهینه‌تر استفاده شوند، سرعت پاسخ‌دهی افزایش یابد، و از بروز اختلال یا از کار افتادن سیستم به دلیل ترافیک سنگین جلوگیری شود.
در دنیایی که دسترسی سریع، پایدار و بدون قطعی به خدمات آنلاین اهمیت حیاتی دارد، پیاده‌سازی یک سیستم لود بالانسینگ می‌تواند تفاوت میان یک تجربه کاربری موفق و یک شکست فنی باشد. در این مقاله، به زبان ساده بررسی می‌کنیم که لود بالانسینگ چیست، چگونه کار می‌کند و چرا در معماری‌های مدرن تحت وب، نقش مهمی ایفا می‌کند.
لود بالانسینگ (Load Balancing) چیست؟
لود بالانسینگ (Load Balancing) یا متعادل‌سازی بار، فرآیندی است که طی آن ترافیک ورودی به یک وب‌سایت یا سرویس آنلاین به‌صورت هوشمند و مساوی میان چندین سرور در یک مجموعه تقسیم می‌شود. این مجموعه که گاهی به آن «استخر سرورها» یا «مزرعه سرور» گفته می‌شود، از چند سرور پشتیبان (بک‌اند) تشکیل شده است که وظیفه پاسخ‌گویی به درخواست‌های کاربران را بر عهده دارند.
در این میان، یک واسطه به نام لود بالانسر (Load Balancer) نقش کلیدی ایفا می‌کند. لود بالانسر در واقع بین کاربران (کلاینت‌ها) و سرورها قرار می‌گیرد و به‌گونه‌ای ترافیک را مدیریت می‌کند که هیچ‌کدام از سرورها بیش از حد بارگیری نشوند. این توزیع هوشمندانه بار باعث جلوگیری از کندی سایت، کاهش فشار بر سرورها در زمان اوج مصرف، و حفظ پایداری کل سامانه می‌شود.
مزایای استفاده از لود بالانسینگ بسیار گسترده است. از مهم‌ترین آن‌ها می‌توان به کاهش زمان پاسخ‌دهی (Latency)، کاهش قطعی‌های احتمالی (Downtime)، افزایش سرعت سرویس‌دهی، بهبود دسترسی‌پذیری برای کاربران و در نهایت ارتقاء تجربه کاربری اشاره کرد.
برای درک بهتر این مفهوم، به مثال ساده‌ای توجه کنید: تصور کنید وارد فروشگاهی با ۱۰ صندوق پرداخت می‌شوید، اما فقط یکی از آن‌ها فعال است. در چنین حالتی، صفی طولانی تشکیل می‌شود و تنها صندوق‌دار فعال باید پاسخ‌گوی همه مشتریان باشد، که نه‌تنها موجب خستگی او می‌شود، بلکه باعث نارضایتی مشتریان نیز خواهد شد. حال اگر همه صندوق‌ها همزمان فعال شوند و مشتریان به‌طور مساوی بین آن‌ها تقسیم شوند، صف‌ها کوتاه‌تر شده و فرایند خرید سریع‌تر و مؤثرتر انجام می‌شود. لود بالانسینگ نیز دقیقاً با همین منطق عمل می‌کند؛ توزیع متعادل درخواست‌ها میان منابع برای دستیابی به عملکرد بهتر.
لود بالانسینگ چگونه کار می‌کند؟
برای آن‌که یک سیستم لود بالانسینگ (Load Balancing) بتواند به‌درستی عمل کند، مجموعه‌ای از مراحل پشت‌سر هم طی می‌شود تا درخواست کاربر به سرور مناسب هدایت شود و پاسخ در کوتاه‌ترین زمان به او بازگردد. در ادامه مراحل عملکرد لود بالانسر را به زبان ساده بررسی می‌کنیم:
۱. ارسال درخواست توسط کلاینت
کاربر از طریق مرورگر، اپلیکیشن موبایل یا نرم‌افزارهای دیگر، درخواستی را به سمت یک وب‌سایت یا سرویس آنلاین ارسال می‌کند. این درخواست می‌تواند کلیک روی یک لینک، پر کردن فرم یا دریافت یک فایل باشد.
۲. دریافت درخواست توسط لود بالانسر
لود بالانسر که بین کاربران و سرورها قرار دارد، این درخواست را دریافت می‌کند. در واقع، هیچ درخواستی مستقیماً به سرورهای بک‌اند ارسال نمی‌شود، بلکه ابتدا از مسیر لود بالانسر عبور می‌کند.
۳. بررسی سلامت سرورها
لود بالانسر پیش از ارسال هر درخواست، وضعیت سرورهای بک‌اند را بررسی می‌کند. اگر یکی از سرورها دچار خطا، قطعی یا عملکرد غیرعادی باشد، به‌طور موقت از چرخه پاسخ‌گویی خارج می‌شود تا از بروز اختلال در سرویس جلوگیری شود.
۴. انتخاب سرور مناسب
پس از بررسی وضعیت سرورها، لود بالانسر بر اساس الگوریتم‌های از پیش تعریف‌شده مانند Round Robin، Least Connections یا IP Hash، مناسب‌ترین سرور را برای پاسخ‌گویی به آن درخواست انتخاب می‌کند.
۵. ارسال درخواست به سرور
لود بالانسر، درخواست را به سروری که انتخاب کرده است منتقل می‌کند. این سرورها معمولاً در دیتاسنترهای حرفه‌ای نگهداری می‌شوند و آماده‌ی پاسخ‌گویی به حجم بالایی از درخواست‌ها هستند.
۶. پردازش درخواست توسط سرور
سرور دریافت‌کننده، محتوای مورد نظر را پردازش کرده و پاسخ مناسب را آماده می‌کند. این پاسخ می‌تواند شامل داده‌های متنی، فایل‌های HTML، CSS، JavaScript یا تصاویر و سایر منابع مورد نیاز باشد.
۷. ارسال پاسخ به وب‌سرور
پس از پردازش، سرور پاسخ تولیدشده را به وب‌سرور یا همان نقطه دریافت لود بالانسر بازمی‌گرداند.
۸. تحویل پاسخ به کاربر
در نهایت، پاسخ نهایی از طریق لود بالانسر به مرورگر یا اپلیکیشن کاربر ارسال می‌شود و کاربر می‌تواند نتیجه درخواست خود را مشاهده کند.
مزایای لود بالانسینگ (Load Balancing)
استفاده از لود بالانسینگ (Load Balancing) مزایای قابل‌توجهی برای زیرساخت‌های شبکه و میزبانی وب به همراه دارد. در ادامه به مهم‌ترین این مزایا اشاره می‌کنیم:
-
افزایش دسترسی‌پذیری و تاب‌آوری در برابر خطا
در صورت بروز اختلال یا خرابی در یکی از سرورها، لود بالانسر درخواست‌ها را به سرورهای سالم هدایت می‌کند تا سرویس بدون وقفه در دسترس باقی بماند. -
تقویت امنیت و مقیاس‌پذیری
لود بالانسینگ امکان فیلتر کردن ترافیک مشکوک، شناسایی حملات DDoS و توزیع بار را فراهم می‌کند. همچنین در مواقع افزایش یا کاهش ترافیک، می‌توان منابع را به‌صورت پویا مدیریت کرد. -
بهبود سرعت و عملکرد کلی سیستم
با توزیع هوشمندانه بار بین چندین سرور، هر سرور با فشار کمتری مواجه شده و این موجب افزایش سرعت پردازش درخواست‌ها و پاسخ‌دهی بهتر به کاربران می‌شود. -
انعطاف‌پذیری بالا در مدیریت منابع
اضافه یا حذف سرورها در استخر، بدون ایجاد اختلال در سرویس‌دهی امکان‌پذیر است که این موضوع برای رشد و توسعه زیرساخت بسیار مفید است. -
کاهش زمان قطعی (Downtime)
با توزیع بار و حذف خودکار سرورهای معیوب از چرخه، خطر قطع سرویس به حداقل می‌رسد. -
ایجاد افزونگی (Redundancy)
لود بالانسینگ تضمین می‌کند که حتی اگر یکی از سرورها از کار بیفتد، منابع جایگزین برای پاسخ‌گویی در دسترس باشند. این موضوع برای سرویس‌های حیاتی کاملاً ضروری است.
مقایسه لود بالانسر سخت‌افزاری و نرم‌افزاری
لود بالانسر سخت‌افزاری دستگاهی فیزیکی است که از اجزای سخت‌افزاری اختصاصی و نرم‌افزار داخلی مخصوص برای توزیع ترافیک شبکه استفاده می‌کند. این نوع لود بالانسرها معمولاً در دیتاسنترها نصب شده و می‌توانند حجم بالایی از درخواست‌ها را به‌صورت ایمن و پایدار بین سرورهای مختلف مدیریت کنند. برخی از مدل‌های پیشرفته‌تر این دستگاه‌ها، امکان تقسیم به چند نمونه مجازی از طریق نرم‌افزارهای مجازی‌ساز را نیز فراهم می‌کنند.
در مقابل، لود بالانسر نرم‌افزاری یک برنامه یا سرویس است که می‌تواند روی سرورهای فیزیکی، زیرساخت‌های ابری، محیط‌های کانتینری یا ماشین‌های مجازی نصب شود. این نوع لود بالانسر انعطاف‌پذیری بالاتری دارد و برای بسیاری از کسب‌وکارها گزینه‌ای مقرون‌به‌صرفه‌تر محسوب می‌شود. از جمله نمونه‌های محبوب آن می‌توان به HAProxy، Kemp و Azure Application Gateway اشاره کرد.
یکی از مهم‌ترین تفاوت‌ها میان این دو نوع لود بالانسر در نحوه راه‌اندازی و مدیریت آن‌هاست. لود بالانسرهای نرم‌افزاری معمولاً دارای رابط کاربری گرافیکی هستند و راه‌اندازی، پیکربندی و مقیاس‌بندی آن‌ها ساده‌تر است. در مقابل، پیکربندی و نگهداری لود بالانسرهای سخت‌افزاری نیازمند دانش فنی تخصصی بیشتری است.
از نظر مقیاس‌پذیری نیز نوع نرم‌افزاری انعطاف بیشتری دارد؛ به‌راحتی می‌توان ظرفیت آن را افزایش یا کاهش داد. اما در نوع سخت‌افزاری، برای ارتقاء ظرفیت معمولاً نیاز به خرید تجهیزات فیزیکی جدید وجود دارد که می‌تواند هزینه‌بر باشد. همچنین، برای حفظ پایداری، بسیاری از سازمان‌ها از نسخه پشتیبان (Backup) سخت‌افزاری به‌عنوان جایگزین اضطراری استفاده می‌کنند.
در نهایت، عملکرد خام معمولاً در لود بالانسرهای سخت‌افزاری بالاتر است، چرا که این تجهیزات می‌توانند از منابع سخت‌افزاری به‌صورت اختصاصی و بدون واسطه استفاده کنند.
آشنایی با الگوریتم‌های لود بالانسینگ (Load Balancing)
کاربران با توجه به نیازهای خود می‌توانند تکنیک لود بالانسینگ (Load Balancing) مورد نظر خود را با استفاده از الگوریتم‌های مختلفی انجام دهند که در کل به دو نوع استاتیک و دینامیک دسته‌بندی می‌شوند.
الگوریتم‌های استاتیک
Round Robin: در این نوع الگوریتم، ترافیک ورودی به شبکه به صورت زنجیره‌ای و پشت‌سرهم میان سرورها تقسیم می‌شود. این متد اغلب زمانی مورد استفاده قرار می‌گیرد که تمام سرورها دارای مشخصات یکسان باشند.
Weighted round-robin: نوعی الگوریتم لود بالانسینگ است که در آن شما با توجه به ظرفیت و عملکرد سرورها می‌توانید ترافیک ورودی را میان آن‌ها تقسیم می‌کند. به عنوان مثال می‌توانید بیشتر ترافیک وب‌سایت خود را به سمت سروری که منابع قوی‌تری دارد، ارسال کنید.
IP Hash: در این متد، لود بالانسرها محاسبات ریاضی به نام Hashing را بر روی آدرس‌های IP انجام داده و بر اساس عدد بدست آمده، ترافیک آن‌ها را به سمت سرورهای مناسب هدایت می‌کنند. با استفاده از این روش می‌توانید مطمئن شوید که درخواست‌های یک IP هر بار تنها به سمت یک سرور خاص می‌روند.
الگوریتم‌های دینامیک
Least Connection: وقتی کلاینت درخواستی را به سمت سرور ارسال می‌کند، یک اتصال میان آن‌ها ایجاد می‌شود. Least Connection الگوریتمی است که در آن لود بالانسر ترافیک ورودی را بر حسب تعداد اتصالات فعلی سرورها میان آن‌ها تقسیم می‌کند و بنابراین بیشتر درخواست‌ها به سمت سروری می‌رود که کمترین تعداد اتصال فعال را دارد.
Weighted least connection: در این الگوریتم، تعداد درخواست‌های ارسالی به هر سرور بر اساس میزان عملکرد و ظرفیت مشخص می‌شود و بنابراین سرورهای قدرتمندتر نسبت به سایر سرورها باید تعداد اتصالات بیشتری داشته باشند.
Least Response Time: در این الگوریتم، لود بالانسر تمام سرورها را به صورت مداوم مورد تجزیه‌وتحلیل قرار داده و درخواست‌ها را اول به سمت سروری می‌فرستد که دارای کمترین تعداد اتصال فعال و بالاترین سرعت در پاسخ‌دهی باشد.
انواع لود بالانسینگ
لود بالانسینگ در اشکال مختلفی پیاده‌سازی می‌شود که هرکدام بسته به سطح عملیاتی، نوع ترافیک و نیاز زیرساخت، کاربرد خاص خود را دارند. در ادامه با انواع رایج آن آشنا می‌شویم:
1. لود بالانسینگ (Load Balancing) مبتنی بر اپلیکیشن (Application-Level Load Balancing)
این روش در لایه ۷ از مدل OSI (لایه اپلیکیشن) عمل می‌کند. برخلاف مدل‌های سنتی که فقط به آدرس IP، سلامت سرور و ترافیک توجه می‌کنند، در اینجا توزیع ترافیک بر اساس نوع محتوا، هدرهای HTTP، کوکی‌ها و موقعیت جغرافیایی کاربر انجام می‌شود. این نوع لود بالانسینگ برای اپلیکیشن‌های تحت وب پیچیده و سرویس‌هایی با نیاز به کنترل دقیق‌تر بسیار مناسب است.
2. لود بالانسینگ (Load Balancing) شبکه (Network-Level Load Balancing)
این روش در لایه چهارم مدل OSI (لایه انتقال) کار می‌کند و ترافیک را بر اساس پروتکل‌هایی مانند TCP و UDP، مقصد پورت و وضعیت شبکه به سرورها هدایت می‌کند. لود بالانسر در این روش از الگوریتم‌های استاتیک و دینامیک برای توزیع هوشمندانه بار استفاده می‌کند و برای محیط‌هایی که سرعت و پاسخ سریع اولویت دارد، گزینه مناسبی است.
3. لود بالانسینگ (Load Balancing) سرور جهانی (GSLB – Global Server Load Balancing)
در این روش، درخواست‌های کاربران بر اساس موقعیت جغرافیایی آن‌ها به نزدیک‌ترین سرور هدایت می‌شوند. این کار موجب کاهش تأخیر (Latency)، افزایش سرعت بارگذاری و بهبود تجربه کاربری در مقیاس جهانی می‌شود. GSLB به‌ویژه برای سرویس‌هایی که در چند کشور یا منطقه ارائه می‌شوند، حیاتی است.
4.لود بالانسینگ (Load Balancing) مبتنی بر DNS
در این مدل، دامنه اینترنتی به‌گونه‌ای در سیستم DNS پیکربندی می‌شود که به‌جای یک آدرس IP، چندین آدرس را بازگرداند. این آدرس‌ها به سرورهای مختلف اشاره دارند و به‌صورت چرخشی یا بر اساس سیاست‌های خاصی ترافیک را توزیع می‌کنند. این روش ساده ولی مؤثر است و در بسیاری از زیرساخت‌ها به‌عنوان لایه ابتدایی بالانسینگ استفاده می‌شود.
5. لود بالانسینگ (Load Balancing) مبتنی بر ابر (Cloud-Based Load Balancing)
در این روش، بار ترافیک بین سرورهایی که در فضای ابری مستقر هستند توزیع می‌شود. این مدل به‌دلیل قابلیت مقیاس‌پذیری بالا، کاهش هزینه‌های زیرساختی، و دسترسی به منابع نامحدود، انتخاب محبوبی برای سرویس‌های ابری مانند IaaS، PaaS و SaaS محسوب می‌شود.
سؤالات متداول
لود بالانسر و پروکسی معکوس چه تفاوتی دارند؟
لود بالانسر ترافیک را به‌صورت متعادل بین چند سرور تقسیم می‌کند تا بار پردازش به شکل یکنواخت بین آن‌ها پخش شود. در مقابل، پروکسی معکوس به‌عنوان واسطه‌ای بین کاربران و سرورها عمل کرده و علاوه بر توزیع درخواست‌ها، وظایف دیگری مانند کشینگ، فشرده‌سازی، احراز هویت و افزایش امنیت را نیز انجام می‌دهد.
لود بالانسر چیست؟
ابزاری نرم‌افزاری یا سخت‌افزاری است که میان کلاینت‌ها و سرورها قرار می‌گیرد و با هدف توزیع متعادل ترافیک، عملکرد سرورها را بهینه کرده و از بروز اختلال جلوگیری می‌کند.
Failover چیست؟
Failover حالتی است که در آن یکی از سرورها از کار می‌افتد یا پاسخ‌گوی درخواست‌ها نیست و لود بالانسر به‌طور خودکار، درخواست‌ها را به سرورهای جایگزین منتقل می‌کند تا سرویس‌دهی بدون وقفه ادامه یابد.
جمع‌بندی
لود بالانسینگ یکی از مهم‌ترین ابزارهای زیرساختی برای افزایش پایداری، سرعت و مقیاس‌پذیری سیستم‌های آنلاین است. با توزیع هوشمندانه بار میان سرورهای مختلف، می‌توان از بروز اختلالات، کاهش سرعت و فشار بیش از حد بر منابع جلوگیری کرد. چه در قالب سخت‌افزاری و چه به‌صورت نرم‌افزاری، پیاده‌سازی یک سیستم لود بالانسر مناسب می‌تواند نقش تعیین‌کننده‌ای در تجربه کاربری، امنیت و رشد پایدار کسب‌وکارهای آنلاین ایفا کند.
اگر به دنبال افزایش دسترسی‌پذیری سرویس‌های خود هستید، لود بالانسینگ نه یک گزینه، بلکه یک ضرورت است.
منابع: Amazon، IBM و Avinetworks
