لود بالانسر چیست و چگونه کار می‌ کند؟ - به زبان ساده

لود بالانسر یا متعادل‌کننده بار، به انگلیسی Load Balancer، یک سیستم کلیدی در معماری شبکه‌ها و سرویس‌های آنلاین است که به منظور توزیع یکپارچه و متعادل ترافیک شبکه بین چندین سرور یا منابع محاسباتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. 

این سیستم به افزایش دسترس‌پذیری و قابلیت اطمینان سرویس‌ها کمک می‌کند، زیرا با توزیع بار کاری بین چندین نود (node)، از بروز نقطه شکست (Single Point of Failure) جلوگیری می‌کند و در نتیجه، تجربه‌ی کاربری بهتری را ارائه می‌دهد.

لود بالانسرها می‌توانند به صورت سخت‌افزاری یا نرم‌افزاری پیاده‌سازی شوند و در لایه‌های مختلف شبکه (مانند لایه انتقال داده‌ها یا لایه اپلیکیشن) عمل کنند. 

کارکرد اصلی آن‌ها شامل بررسی سلامت سرورها، تصمیم‌گیری بر اساس الگوریتم‌های مختلف برای توزیع ترافیک و اطمینان از این است که درخواست‌های کاربران به طور موثر به سرورهایی هدایت شوند که از پس پردازش آن‌ها برآیند. به این ترتیب، لود بالانسرها باعث بهبود عملکرد کلی سیستم، کاهش زمان پاسخ‌دهی و افزایش ظرفیت پاسخگویی به درخواست‌های بیشتر می‌شوند.

لود بالانسر چگونه کار می‌ کند؟

در یک سناریو استاندارد، لود بالانسر درخواست‌های ورودی را از کاربران اینترنتی دریافت می‌کند و آن‌ها را بر اساس الگوریتم تعیین شده‌ای به سرورهای پشتیبان توزیع می‌کند. این کار باعث می‌شود تا هیچ سروری overload نشود و اطمینان حاصل گردد که درخواست‌ها به صورت موثر و با کمترین تاخیر ممکن پاسخ داده می‌شوند. 

لود بالانسرها همچنین می‌توانند تشخیص دهند که اگر یک سرور قادر به پاسخگویی نیست، درخواست‌ها را به سرورهای دیگری هدایت کنند که قادر به پردازش آنها باشند، که این امر به افزایش زمان دسترسی و اطمینان از در دسترس بودن مداوم سرویس کمک می‌کند.

لود بالانسرها همچنین می‌توانند قابلیت‌های پیشرفته‌ای مانند SSL Termination، محافظت در برابر حملات DDoS و انجام سلامت‌سنجی دوره‌ای بر روی سرورها را ارائه دهند تا از سلامت و دسترس‌پذیری مداوم خدمات اطمینان حاصل شود. 

از این رو، استفاده از لود بالانسرها به عنوان بخشی اساسی از زیرساخت‌های مدرن محسوب می‌شود که به بهینه‌سازی توزیع منابع و ارتقاء کیفیت خدمات کمک می‌کند.

از لود بالانسر در چه حوزه هایی استفاده می‌ شود؟

از لود بالانسرها در چندین حوزه کلیدی و متنوع استفاده می‌شود که همگی به نوعی به بهبود دسترس‌پذیری، افزایش قابلیت اطمینان و بهینه‌سازی عملکرد سرویس‌های دیجیتالی مربوط می‌شوند. اولین و مهم‌ترین حوزه استفاده، در دیتاسنترها و سرویس‌های هاستینگ وب است که در آنجا لود بالانسرها ترافیک ورودی به وب‌سایت‌ها و برنامه‌های کاربردی را بین چندین سرور توزیع می‌کنند تا از overload جلوگیری شود و تجربه‌ی کاربری سریع و قابل اطمینانی ارائه دهند.

در حوزه‌های بزرگ‌تر و پیچیده‌تر مانند ارائه‌دهندگان خدمات ابری و شبکه‌های تحویل محتوا (CDN)، لود بالانسرها نقش حیاتی در مدیریت ترافیک سنگین و جهانی ایفا می‌کنند، که این امر به کاربران امکان دسترسی سریع‌تر و مطمئن‌تر به محتوا و سرویس‌ها را از هر نقطه‌ای از جهان فراهم می‌سازد. همچنین، در زمینه‌های تخصصی‌تر مانند ارائه خدمات مالی، سلامت دیجیتال و تجارت الکترونیک، استفاده از لود بالانسرها برای تضمین در دسترس بودن مداوم سرویس‌ها، حتی در زمان‌هایی که تقاضا به شدت افزایش می‌یابد (مانند فروش‌های بزرگ آنلاین یا زمان‌های بحرانی)، اهمیت پیدا می‌کند.

در صنایعی که نیاز به بالاترین سطح از امنیت و مقاومت در برابر حملات سایبری وجود دارد، لود بالانسرها به عنوان یک لایه امنیتی اضافی عمل می‌کنند که می‌توانند ترافیک مشکوک را شناسایی و فیلتر کنند.

انواع لود بالانسر

براساس مدل OSI

در معماری شبکه، لود بالانسرها بر اساس لایه‌های مدل OSI، مخفف Open Systems Interconnection، طبقه‌بندی می‌شوند که هر کدام ویژگی‌ها و کاربردهای مخصوص به خود را دارند. مدل OSI یک مدل مرجع است که فرآیند ارتباطات را در شبکه‌های کامپیوتری به هفت لایه تقسیم می‌کند. از میان این لایه‌ها، لایه 4 (L4) و لایه 7 (L7) دو لایه‌ای هستند که بیشترین کاربرد را در لود بالانسینگ دارند.

لود بالانسر لایه 4 (L4)

لود بالانسرهای لایه 4 کار خود را بر اساس اطلاعات موجود در لایه انتقال (Transport Layer) انجام می‌دهند. این لایه از مدل OSI مسئول برقراری اتصال و تضمین انتقال داده‌ها بین سیستم‌های میزبان به صورت end-to-end است. وظیفه لود بالانسرهای L4، توزیع بار بر اساس آدرس IP و شماره پورت مبدأ و مقصد می‌باشد. این نوع از لود بالانسرها عمدتاً در توزیع متوازن ترافیک شبکه و بهینه‌سازی استفاده از منابع سرور با استفاده از الگوریتم‌های مختلف کاربرد دارند.

لود بالانسر لایه 7 (L7)

لود بالانسرهای لایه 7 کار خود را بر اساس اطلاعات موجود در لایه اپلیکیشن (Application Layer) انجام می‌دهند. این لایه بالاترین لایه در مدل OSI است و مسئولیت تعامل مستقیم با برنامه‌های کاربردی را دارد. لود بالانسرهای L7 می‌توانند ترافیک را بر اساس محتوای requestها، مانند URL، header HTTP و داده‌های پیام، تجزیه و تحلیل و توزیع کنند. این قابلیت به آن‌ها اجازه می‌دهد که تصمیمات پیچیده‌تری برای مسیریابی ترافیک بر اساس نوع درخواست یا محتوای کاربردی اتخاذ کنند، که این امر برای بهینه‌سازی تحویل محتوا و ارائه سرویس‌های مبتنی بر وب بسیار مفید است.

براساس روش های پیاده سازی

در زمینه پیاده‌سازی لود بالانسرها، ما با چندین رویکرد مختلف روبرو هستیم که هر کدام مزایا و کاربردهای خاص خود را دارند. در ادامه هر یک را به طور کامل توضیح می‌دهیم.

لود بالانسرهای سخت افزاری

لود بالانسرهای سخت‌افزاری از قطعات فیزیکی و اختصاصی برای مدیریت ترافیک استفاده می‌کنند. این نوع لود بالانسر برای محیط‌هایی با حجم ترافیک بالا طراحی شده‌اند تا عملکرد بی نقصی را ارائه دهد. لود بالانسرهای سخت‌افزاری معمولاً در مراکز داده نصب و پیاده‌سازی می‌شوند و به دلیل قدرت پردازشی و قابلیت اطمینان بالا، اغلب برای پروژه‌های عظیم و مهم کاربرد دارند.

لود بالانسرهای نرم افزاری

لود بالانسرهای نرم‌افزاری بر روی ماشین‌های مجازی اجرا می‌شوند. این نوع لود بالانسر برای سازمان‌هایی که به دنبال کاهش هزینه‌ها هستند، مناسب است. لود بالانسرهای نرم‌افزاری می‌توانند به سادگی بر روی سخت‌افزار موجود نصب شوند و امکان پیکربندی و مدیریت منعطف را فراهم ‌آورند.

لود بالانسرهای مجازی

لود بالانسرهای مجازی نوعی از لود بالانسرهای نرم‌افزاری هستند که به صورت مجازی بر روی یک سرور فیزیکی اجرا می‌شوند. این رویکرد اجازه می‌دهد تا چندین لود بالانسر بر روی یک سرور فیزیکی اجرا شود، که هر کدام می‌توانند برای اپلیکیشن‌های مختلفی پیکربندی شوند. این تکنیک به شرکت‌ها امکان می‌دهد تا از منابع خود به طور موثرتری استفاده کنند.

لود بالانسرهای مبتنی بر ابر (Cloud)

لود بالانسرهای مبتنی بر ابر از زیرساخت‌های ابری برای ارائه خدمات لود بالانسینگ استفاده می‌کنند. این نوع لود بالانسر امکان پیاده‌سازی سریع، مقیاس‌پذیری و دسترسی به منابع تقریباً نامحدود را فراهم می‌آورد. لود بالانسرهای ابری برای سازمان‌هایی که به دنبال کاهش پیچیدگی زیرساخت‌های IT هستند، انتخابی ایده‌آل محسوب می‌شوند. این نوع لود بالانسر به ویژه برای اپلیکیشن‌هایی که در محیط‌های multi-cloud اجرا می‌شوند یا نیاز به مقیاس‌پذیری جهانی دارند، مناسب است.

براساس روش های بالانسینگ

روش‌های بالانسینگ مختلفی برای توزیع ترافیک در لود بالانسرها وجود دارد که هر کدام بر اساس معیارهای خاصی ترافیک را بین سرورها توزیع می‌کنند.

Round Robin

Round Robin یکی از ساده‌ترین روش‌های بالانسینگ است که در آن درخواست‌ها به ترتیب و به صورت چرخشی بین سرورها توزیع می‌شوند. این روش برای موقعیت‌هایی مناسب است که تمام سرورها تقریباً یکسان و قادر به پردازش یک حجم معین از ترافیک هستند. Round Robin به دلیل سادگی و کارایی بالا در بسیاری از موقعیت‌ها استفاده می‌شود.

Least Connections

در Least Connections درخواست‌های جدید به سروری با کمترین تعداد اتصالات فعال ارسال می‌شوند. این روش برای مواقعی مناسب است که بار کاری سرورها متفاوت است و هدف از بالانسینگ، ایجاد تعادل بین سرورها با توجه به بار کاری فعلی آن‌هاست.

Source IP Hash

Source IP Hash به الگوریتمی گفته می‌شود که درخواست‌ها را بر اساس هش آدرس IP منبع، توزیع می‌کند. این روش اطمینان حاصل می‌کند که درخواست‌های مکرر از یک منبع به همان سرور ارسال شوند، که این امر می‌تواند به بهبود کارایی کش (cache) و تجربه کاربری کمک کند.

Least Response Time

این روش درخواست‌ها را به سروری با کمترین زمان پاسخ ارسال می‌کند. این الگوریتم با اندازه‌گیری زمان پاسخ‌دهی سرورها به درخواست‌های قبلی، سعی در بهبود عملکرد کلی و کاهش تاخیر دارد.

Least Bandwidth

Least Bandwidth یک رویکرد پیشرفته‌تر است که درخواست‌ها را بر اساس کمترین میزان پهنای باند مصرفی اخیر توزیع می‌کند. این روش برای اطمینان از استفاده بهینه از پهنای باند موجود و جلوگیری از اشباع شدن هر یک از سرورها کاربرد دارد.

لود بالانسرهای خاص

برای مدیریت ترافیک شبکه و بهینه‌سازی تحویل سرویس‌ها، برخی از لود بالانسرها برای اهدافی خاص طراحی شده‌اند و ویژگی‌های منحصر به فردی را ارائه می‌دهند.

لود بالانسینگ سرور جهانی یا GSLB

GSLB یک فناوری پیشرفته برای بالانسینگ بار است که در سطح جهانی عمل می‌کند. این فناوری به شرکت‌ها امکان می‌دهد تا ترافیک را بین دیتاسنترها در نقاط مختلف جغرافیایی و بر اساس عواملی همچون موقعیت جغرافیایی کاربران، سلامت سرور و زمان پاسخگویی، توزیع کنند. GSLB به بهبود عملکرد و دسترس‌پذیری اپلیکیشن‌ها کمک می‌کند و برای سازمان‌هایی که نیاز به ارائه سرویس‌های جهانی دارند، ایده‌آل است.

لود بالانسرهای داخلی

این نوع لود بالانسرها برای توزیع بار درون شبکه‌های داخلی سازمان‌ها طراحی شده‌اند. عمدتاً از لود بالانسرهای داخلی برای اپلیکیشن‌هایی که نیاز به توازن بار داخلی دارند و به صورت مستقیم از اینترنت قابل دسترس نیستند، کاربرد دارند. لود بالانسرهای داخلی به بهبود کارایی و افزایش قابلیت اطمینان اپلیکیشن‌های داخلی کمک می‌کنند.

ADC یا Application Delivery Controllers

ADCها نسل پیشرفته‌ای از لود بالانسرها هستند که علاوه بر توزیع بار، قابلیت‌های اضافی مانند بهبود عملکرد برنامه، امنیت، فشرده‌سازی (compression) و کش‌کردن داده‌ها را ارائه می‌دهند.

لود بالانسر با Reverse Proxy چه تفاوتی دارد؟

لود بالانسرها و Reverse Proxy‌ها دو مؤلفه کلیدی در معماری شبکه‌های مدرن هستند که هر دو برای بهبود عملکرد، افزایش قابلیت اطمینان و توزیع ترافیک در سیستم‌های محاسباتی استفاده می‌شوند. با این حال، با وجود شباهت‌هایی در عملکرد، تفاوت‌های اساسی بین این دو وجود دارد.

لود بالانسرها به طور خاص برای توزیع یکپارچه و متعادل ترافیک شبکه بین چندین سرور یا منابع محاسباتی طراحی شده‌اند. همانطور که گفته شد، لود بالانسرها می‌توانند در لایه‌های مختلف شبکه، مانند لایه انتقال (L4) و لایه اپلیکیشن (L7)، عمل کنند و بر اساس پارامترهایی مانند آدرس IP، شماره پورت، یا محتوای درخواست، ترافیک را توزیع نمایند.

Reverse Proxy، از سوی دیگر، به عنوان واسطی بین کاربران و یک یا چندین سرور پشتیبان عمل می‌کند. Reverse Proxy درخواست‌های ورودی از اینترنت را دریافت کرده و آن‌ها را به سرورهای پشتیبان که محتوا را ارائه می‌دهند، هدایت می‌کند. این فرآیند به کاهش بار روی سرورها، افزایش امنیت (با مخفی کردن معماری داخلی) و بهبود عملکرد (از طریق کش‌کردن محتوا) کمک می‌نماید. Reverse Proxy می‌تواند برخی وظایف لود بالانسینگ را نیز انجام دهد، اما بیشتر بر تسهیل ارتباط بین کاربر و سرور و ارائه امکاناتی مانند SSL offloading تمرکز دارد.

Reverse Proxy بیشتر بر بهبود امنیت و کارایی از طریق کنترل دسترسی و بهینه‌سازی ترافیک تمرکز دارد، در حالی که لود بالانسرها تمرکز خود را بر روی توزیع موثر و متعادل ترافیک بین چندین سرور قرار می‌دهند تا اطمینان حاصل شود که هیچ سروری تحت فشار بیش از حد قرار نمی‌گیرد. بنابراین، اگر چه هر دو می‌توانند در معماری‌های شبکه به کار گرفته شوند و گاهی اوقات وظایف مشابهی را انجام دهند، اما آن‌ها برای اهداف متفاوتی طراحی شده‌اند و می‌توانند به طور مؤثری در کنار هم به کار گرفته شوند.

Failover چیست و چه زمانی رخ می‌ دهد؟

Failover یک فرآیند خودکار است که در سیستم‌های کامپیوتری برای تضمین دسترس‌پذیری مداوم و قابلیت اطمینان سرویس‌ها در صورت بروز خرابی یا اختلال در یکی از اجزای سیستم طراحی شده است. این فرآیند به صورتی عمل می‌کند که در صورت شناسایی خرابی یا کاهش عملکرد غیر قابل قبول در یک سیستم، ترافیک یا فرآیندها به طور خودکار به یک سیستم جایگزین و سالم منتقل می‌شوند تا اطمینان حاصل شود که سرویس‌دهی به کاربران بدون وقفه ادامه پیدا کند.

معمولاً در شرایطی که یک سرور، دیتابیس، شبکه، یا هر منبع دیگری که بخشی از زیرساخت حیاتی یک سازمان است، با مشکل مواجه شود، failover رخ می‌دهد. این مشکل می‌تواند شامل خرابی سخت‌افزار، نرم‌افزار، اختلال در شبکه یا هر نوع اختلال دیگری باشد که عملکرد طبیعی سیستم را مختل کند. در چنین مواقعی، سیستم failover به طور خودکار عملیات را به یک سیستم پشتیبان منتقل می‌کند که پیش‌تر برای چنین شرایطی پیکربندی شده است.

فرآیند failover برای کاهش دوره‌های توقف و حفظ سطح بالایی از دسترس‌پذیری و قابلیت اطمینان در سرویس‌های کلیدی حیاتی است. این تکنیک به ویژه در محیط‌های تجاری که نیاز به دسترسی 24/7 به داده‌ها و سرویس‌ها دارند، اهمیت پیدا می‌کند. با اجرای استراتژی‌های failover مؤثر، سازمان‌ها می‌توانند اطمینان حاصل کنند که حتی در صورت بروز اختلالات نیز قادر به ادامه عملیات خود خواهند بود.