تعادل بار چیست و چه کاربردی دارد؟ + انواع و روش کار

تعادل بار چیست؟ فرض کنید در یک بزرگراه پر از ماشین رانندگی می کنید. همه خودروها فقط از یک خط حرکت می کنند. در این شرایط کل بزرگراه مسدود شده و ترافیک سنگینی رخ می دهد. اینجاست که مدیریت ترافیک با راه حلی به نام توزیع ترافیک وارد بازی می شود. این راه حل فرصتی را برای عبور از سایر خطوط بزرگراه به عنوان یک جاده باز کننده فراهم می کند. توزیع ترافیک در دنیای شبکه به تعادل بار معروف است. در این مقاله از آموزش وبلاگ پارس پک به طور جامع به بررسی مفهوم تعادل بار، کاربرد آن و نحوه عملکرد آن می پردازیم.

تعادل بار چیست؟

تعادل بار به توزیع یکنواخت بار یا ترافیک ورودی در شبکه در میان گروهی از سرورها اشاره دارد. این فناوری یک راه حل عملی در دنیای وب است که با افزایش ترافیک، درخواست های کاربران را بین سرورهای مختلف تقسیم می کند و زمان پاسخگویی سرور را کاهش می دهد تا تجربه کاربری بهتری برای کاربر ایجاد کند.

به عنوان مثال، به جای انتظار در صف های طولانی جلوی صندوق، صندوق های متعددی کار می کنند و خریداران بین صندوق ها تقسیم می شوند. این در دنیای شبکه به عنوان متعادل کننده بار شناخته می شود. شبکه‌های تحویل محتوا (CDN) از تعادل بار برای توزیع ترافیک سرور استفاده می‌کنند.

مزیت تعادل بار چیست؟

Load Balancing در دنیای وب سایت ها و اپلیکیشن های آنلاین کاربرد ویژه ای دارد. انجام تعادل بار نرم افزاری و سخت افزاری به توزیع یکنواخت ترافیک اینترنت بین سرورهای میزبان کمک می کند. تعادل بار فقط در اینترنت استفاده نمی شود. در شبکه های داخلی بزرگ مانند مراکز داده یا شبکه های سازمانی، تعادل بار و متعادل کننده بار سرور نیز استفاده می شود. در گذشته، آنها از سخت افزار اختصاصی مانند یک کنترل کننده تحویل برنامه (ADC) یا یک متعادل کننده بار اختصاصی استفاده می کردند. امروزه نرم افزارهای متعادل کننده بار کار را آسان کرده اند.

تعادل بار چگونه کار می کند؟

حالا که متوجه شدیم منظور از تعادل بار چیست؟ بیایید نگاهی به نحوه عملکرد آن بیندازیم. در دنیای اینترنت درخواست های کاربران مانند بازدید از سایت به سرور ارسال می شود. هنگامی که حجم ترافیک سرور و تعداد درخواست ها افزایش می یابد، ترافیک بین چندین سرور تقسیم می شود. این کار با ابزاری به نام فایل بارگذاری متعادل کننده انجام می شود.

در پاسخ به این سوال که متعادل کننده بار چیست؟ می توان گفت که یک بار متعادل کننده است. هر بار که کاربر درخواستی را ارسال می کند، توزیع کننده یا متعادل کننده بار درخواست را به یکی از سرورها ارسال می کند. اینکه چگونه بار متعادل کننده تصمیم می گیرد که هر درخواست را به کدام سرور ارسال کند به الگوریتم مورد استفاده در متعادل کننده بار بستگی دارد.

انواع متعادل کننده بار چیست؟

اگر بخواهیم از نقطه نظر فناوری بررسی کنیم، انواع تعادل بار را می توان به دو دسته سخت افزاری و نرم افزاری تقسیم کرد. تعادل بار سخت افزاری به دستگاه خاصی نیاز دارد. در حالی که تعادل بار نرم افزار را می توان به راحتی بر روی سرور، ماشین مجازی یا در فضای ابری پیاده سازی کرد. با توجه به نوع متعادل کننده بار، چهار مدل اصلی توزیع بار وجود دارد:

1. متعادل کننده بار برنامه

برنامه های امروزی سرورهای مختلفی دارند که هر کدام وظیفه خاصی را انجام می دهند. متعادل کننده بار برنامه به محتوای درخواست، مانند هدرهای HTTP یا شناسه های جلسه SSL توجه می کند و ترافیک را بر این اساس مسیریابی می کند.

به عنوان مثال، یک فروشگاه اینترنتی دارای بخش های مختلفی مانند نمایش محصولات، سبد خرید و درگاه پرداخت است. متعادل کننده بار برنامه درخواست های مشاهده محصول را به سرورهای خاصی ارسال می کند که حاوی عکس ها و فیلم های محصول است و نیازی به حفظ اتصال طولانی ندارد. اما درخواست های سبد خرید را به سرورهایی ارسال می کند که می توانند بسیاری از اتصالات را مدیریت کنند و اطلاعات سبد خرید را برای مدت طولانی ذخیره کنند.

2. تعادل بار شبکه

این مدل آدرس های IP و سایر اطلاعات شبکه را برای مسیریابی بهینه ترافیک بررسی می کند. یک متعادل کننده بار شبکه مبدأ ترافیک برنامه را ردیابی می کند و می تواند یک آدرس IP ثابت را به چندین سرور اختصاص دهد.

3. تعادل بار سرور جهانی

این مدل برای سرورهایی که در سرتاسر دنیا پخش شده اند استفاده می شود. به عنوان مثال، یک شرکت ممکن است سرورهای خود را در چندین مرکز داده مختلف، در کشورهای مختلف و از ارائه دهندگان خدمات ابری در سراسر جهان داشته باشد. در این مورد، متعادل کننده های بار محلی ترافیک را در یک منطقه یا مناطق مدیریت می کنند. این توزیع کنندگان سعی می کنند ترافیک را به سمت سروری هدایت کنند که از نظر جغرافیایی به کاربر نزدیک تر است.

4. توزیع بار از طریق DNS (تعادل بار DNS)

در این مدل، دامنه ها را برای مسیریابی درخواست های شبکه بین چندین منبع پیکربندی می کنید. دامنه ممکن است مربوط به یک وب سایت، سیستم پست الکترونیکی، سرور چاپ یا سایر خدمات اینترنتی باشد. تعادل بار DNS برای حفظ در دسترس بودن برنامه و توزیع ترافیک شبکه در میان مجموعه ای از منابع توزیع جهانی بسیار مفید است.

الگوریتم های متعادل کننده بار چیست؟

الگوریتم های متعادل کننده بار به دو دسته اصلی پویا و استاتیک تقسیم می شوند.

1. الگوریتم متعادل کننده بار استاتیک

در همان مثال بزرگراه و ترافیک که در ابتدای مقاله به آن اشاره کردیم، فرض کنید یک افسر پلیس وظیفه هدایت خودروها به خطوط دیگر بزرگراه را بر عهده دارد. بدون اینکه بفهمیم کدام خط خلوت تر و کدام یک شلوغ تر است. تا زمانی که خودروها در هر خط با سرعت یکسانی حرکت می کنند، مشکلی وجود ندارد.

مشکل زمانی شروع می شود که تصادف یا تصادف در یک لاین رخ دهد و ترافیک طولانی مدت رخ دهد. توزیع بار استاتیکی یکسان است. یعنی کار خواهد کرد، اما ممکن است برخی از سرورها بیش از حد شلوغ شوند. به عبارت دیگر در برخی از خطوط شاهد خودروهای بیشتر و در نتیجه ترافیک بیشتر خواهیم بود.

2. الگوریتم متعادل کننده بار پویا

در این الگوریتم پلیس های ذکر شده در مثال ما از اختیار و مهارت بالاتری در کنترل ترافیک برخوردارند. حواسش به هر خط است و با توجه به اطلاعات و مقصد هر وسیله نقلیه، آنها را به خطوط آرام تر هدایت می کند.

با شناسایی سرورهای شلوغ، متعادل کننده بار پویا ترافیک را به سرورهای ساکت تر ارسال می کند و ترافیک بین سرورها را به روشی بهینه تر متعادل می کند. البته این روش پیچیدگی بیشتری دارد و باید عوامل مختلفی مانند ظرفیت، وضعیت و تعهدات هر سرور را در نظر گرفت.

بهترین روش های متعادل کننده بار چیست؟

اکنون که با الگوریتم متعادل کننده بار آشنا شدید، نوبت به بررسی روش های هر الگوریتم می رسد. انتخاب بهترین روش متعادل کننده بار بستگی به نیاز شما دارد. ما روش های توزیع بار استاتیک زیر را مشاهده می کنیم:

1. توزیع بار بر اساس هش IP

با استفاده از اطلاعاتی مانند آدرس IP کاربر، سرور مناسب برای کاربر انتخاب می شود. این روش برای برنامه هایی مفید است که به اطلاعات ذخیره شده برای هر کاربر بستگی دارد (مانند سبد خرید در فروشگاه های آنلاین).

2. توزیع بار دور رابین

ترافیک به طور مساوی بین تمام سرورهای موجود توزیع می شود. هر سرور به نوبه خود یک درخواست کاربر را دریافت می کند.

3. توزیع وزنی گرد رابین

با این روش به هر سرور وزن خاصی اختصاص می یابد. بنابراین، سرورهایی با ظرفیت پردازش بیشتر، ترافیک بیشتری نیز دریافت خواهند کرد.

توزیع بار دینامیکی نیز دارای روش های زیر است:

4. توزیع بار بر اساس حداقل اتصالات

در این روش کاربر با کمترین تعداد اتصال در آن زمان به سرور متصل می شود. در این روش فرض بر این است که تمامی ارتباطات به پردازش تقریباً مساوی نیاز دارند.

5. توزیع بار بر اساس پیوندهای دارای حداقل وزن

این روش مشابه روش قبلی است. با این تفاوت که به هر سرور می توان وزن مشخصی داد تا سرورهای قوی تر بتوانند ترافیک بیشتری را مدیریت کنند.

6. توزیع بار بر اساس زمان پاسخ (زمان پاسخ وزنی)

در این روش با در نظر گرفتن میانگین زمان پاسخگویی هر سرور و تعداد اتصالات، بهترین سرور برای ارجاع کاربر انتخاب می شود. این روش باعث می شود کاربر به سروری متصل شود که سرعت پاسخگویی بالاتری دارد.

7. تعادل بار مبتنی بر منابع

در این روش قبل از توزیع ترافیک، میزان منابع موجود برای هر سرور بررسی می شود. اطلاعاتی مانند فضای حافظه آزاد (RAM) و قدرت پردازش (CPU) هر سرور برای توزیع بهینه ترافیک مورد بررسی قرار می گیرد.

مزایای بالانس بار چیست؟

استفاده از متعادل کننده بار مزایای بسیاری دارد که مهمترین ویژگی های این فناوری در جدول زیر آمده است:

جدول بالا به این معنی نیست که هیچ ضرری برای تعادل بار وجود ندارد. منصفانه است که بگوییم چالش های اصلی در تعادل بار به پیچیدگی مدیریت و پیکربندی متعادل کننده های بار مربوط می شود. از این رو وزن سنگین مزایای بالانس بار نسبت به معایب آن نشان از کاربردی بودن این فناوری دارد.

نتیجه

تعادل بار چیست؟ در دنیای سرورها، می توان گفت که تعادل بار، پزشک تغذیه سرورها است که تعیین می کند چه زمانی و چه میزان ترافیک به هر سرور ارائه می شود. در این مقاله به تفصیل توضیح داده ایم که متعادل کننده بار چیست؟ کاربردها و فواید آن چیست؟ اگر سوالی در این زمینه دارید، مشتاقانه پاسخگوی شما خواننده گرامی هستیم. می توانید سوالات خود را در انتهای این مقاله بنویسید تا بتوانیم شما را راهنمایی کنیم.

سوالات متداول

1. تعادل بار چیست؟

Load Balancing یک فناوری برای توزیع ترافیک بین چندین سرور است و هدف آن افزایش عملکرد، پایداری و امنیت وب سایت، اپلیکیشن و سرور است.

2. آیا Kubernetes یک بار متعادل کننده است؟

خدمات Kubernetes اساسی ترین شکل توزیع ترافیک است. در واقع، شما می توانید از خدمات Kubernetes به عنوان یک متعادل کننده بار ساده برای توزیع ترافیک بین چند پاد استفاده کنید. Kubernetes از دو روش برای متعادل کردن بار ساده استفاده می کند:

• درخواست کتبی: ترافیک به طور مساوی بین زیرساخت ها توزیع می شود.
• کمترین اتصالات: ترافیک به Pod ارسال می شود که کمترین تعداد اتصال را دارد.

هر دو روش به راحتی با استفاده از تابع kube-proxy پیاده سازی می شوند.