تاثیر متعادل سازی بار بر کاهش هزینه‌های انرژی در شبکه

برقراری عدالت در سیستم‌های کامپیوتری توزیع شده، از دلایل اصلی بالابردن کارایی آن‌ها است. هدف اصلی این سیستم‌ها، پردازش و اجرای درخواست‌های کاربران در کمترین زمان است. یکی از چالش‌های مهم در طراحی سیستم‌های توزیع شده، تعادل بار و توزیع مناسب درخواست‌های کاربران در بین منابع پردازشی سیستم است. به همین سبب، متعادل سازی بار به عنوان روشی برای توزیع ترافیک شبکه در میان مجموعه‌ای از سرورها، بکاربرده می‌شود. قطعاً مدت زمان پاسخگویی در شبکه، بسیار حائز اهمیت می‌باشد و این تکنیک فوق توانایی بهینه کردن و تاخیر را کاهش می‌دهد؛ به این دلیل، تقاضا برای دسترسی به منابع به طور مساوی بین چند سرور و منابع محاسباتی توزیع می‌شود. با استفاده از Load Balancer، بار سیستم به صورت متوازن بین منابع پردازشی توزیع می‌شود و هر یک از منابع به حداکثر کارایی خود مشغول می‌شوند. این تکنیک موجب شده تا زمان پاسخگویی به درخواست‌های کاربران بهبود یابد و تجربه کاربران نسبت به سیستم بهبود یابد.
برای اینکه بهتر موضوع متعادل سازی بار را درک کنیم، بهتر هستش تا انتهای این مقاله با ما در پایه‌ریزان فناوری هوشمند همراه باشید.

منظور از متعادل سازی بار در شبکه‌

استفاده از یک دستگاه فیزیکی یا مجازی (نرم‌افزاری) برای متعادل‌سازی بار (Load Balancer)، به منظور تشخیص سرور مناسب برای ارائه بهترین پاسخ به درخواست‌های کلاینت‌ها در زمان واقعی، و همچنین جلوگیری از بار سنگین شبکه که باعث بازایستد سرور می‌شود، استفاده می‌شود. متعادل‌سازی بار علاوه بر به حداکثر رساندن ظرفیت شبکه و اطمینان از عملکرد بالا، راهکار موثری برای غلبه بر خرابی است. در صورت خروج یک سرور از دست کاربران، یک متعادل کننده بار فوراً بار کار را به یک سرور پشتیبان هدایت می‌کند و تاثیر آن روی کاربران نهایی کاهش می‌ابد. معمولاً، متعادل کننده بار در لایه 4 چون توزیع ترافیک بر اساس داده‌های لایه انتقال مانند آدرس IP و شماره پورت TCP را انجام می‌دهد، و در لایه 7 چون تصمیمات مسیریابی بر اساس ویژگی‌های سطح برنامه مانند آدرس‌های اینترنتی و کوکی‌ها را اتخاذ می‌کند، قرار می‌گیرد. استفاده از متعادل سازی بار در لایه 7 رایج است، اما استفاده از متعادل کننده بار در لایه 4 نیز پرطرفدار است.

منظور از متعادل سازی بار چیست؟

مکانیزم متعادل سازی بار

متعادل‌ سازی بار، برای اطلاعات و سایر خدمات مورد نیاز کاربران، درخواست‌ها را تحلیل می‌کند و بین سرورهای پاسخ‌گو و اینترنت تقسیم می‌کند. در ابتدا، متعادل‌کننده بار سرورهای آنلاین را شناسایی کرده و درخواست را به یکی از آن‌ها هدایت می‌کند. در صورت بروز ترافیک سنگین، متعادل‌کننده بار به سرعت عمل کرده و با اضافه کردن سرورهای جدید به شبکه، به پاسخگویی به جهش ترافیک کمک می‌کند. همچنین، در صورت کمبود تقاضا، متعادل سازی بار ر قادر است سرورها را حذف کند.

انواع روش‌های متعادل سازی بار

متعادل سازی بار یا Load Balancer ها، ابزارهایی هستند که در شبکه‌های کامپیوتری و سرورها استفاده می‌شوند تا بار کار را بین منابع مختلف توزیع کنند. این ابزارها به صورت خودکار و هوشمند، ترافیک و درخواست‌های ورودی را به منابع مختلف هدایت می‌کنند تا بهینه‌سازی عملکرد سامانه و جلوگیری از بروز اضافه بار شود. به طور خلاصه، انواع متعادل‌کننده‌های بار عبارتند از:

1. Round Robin Load Balancer:

در این نوع، ترافیک به صورت چرخشی (Round Robin) بین منابع مختلف تقسیم می‌شود. هر درخواست جدید به یک منبع جدید هدایت می‌شود. این روش ساده است و عملکرد خوبی در شبکه‌های با حجم کم ترافیک دارد.

2. Least Connection Load Balancer:

در این نوع، منبع با کمترین تعداد اتصال فعال انتخاب می‌شود. به این صورت که هر درخواست جدید به منبعی هدایت می‌شود که در حال حاضر کمترین تعداد اتصال را دارد. این روش برای شبکه‌های با ترافیک نامتوازن و منابع با ظرفیت مختلف مناسب است.

3. IP Hash Load Balancer:

در این نوع، براساس آدرس IP مبدأ درخواست، یک منبع مشخص می‌شود و تمام درخواست‌های بعدی از همان طریق هدایت می‌شوند. این روش برای حفظ پایداری و سلامت شبکه استفاده می‌شود.

4. Least Response Time Load Balancer:

در این نوع، منبع با کمترین زمان پاسخ به درخواست (Response Time) انتخاب می‌شود. به عبارت دقیق‌تر، هر درخواست جدید به منبعی هدایت می‌شود که زمان پاسخ کمتر و عملکرد بهتر دارد.

5. 5. Global Server Load Balancer:

در این روش، ترافیک بین سرورهای مختلف در مراکز داده مختلف توزیع می‌شود، به این معنی که کاربران به سرور نزدیک به خود در مرکز داده‌ای که فاصله کمتری با آن دارند، هدایت می‌شوند. این روش به خصوص برای برنامه‌هایی که نیاز به حفظ پایداری (availability) دارند، مناسب است.

مزایای استفاده از متعادل کننده

مزایای استفاده از متعادل کننده

باید به این نکته توجه کرد که بیشتر سازمان‌ها دارای چندین سرور، می‌توانند از متعادل کردن بار ترافیک شبکه‌شان سود زیادی ببرند. البته این موضوع فقط برای شرکت‌ها صدق نمی‌کند و مزایای اصلی استفاده از متعادل‌کننده بار به شرح زیر است:

– بهبود مقیاس‌پذیری:

با استفاده از متعادل‌سازی بار، قابلیت مقیاس‌پذیری سیستم بهبود می‌یابد. به این معنی که در صورت افزایش ترافیک و بار در سیستم، متعادل‌ساز بار قادر است بار را بین چندین سرور توزیع کند و از افزایش زمان پاسخگویی و خطاهای سیستم جلوگیری کند.

– بهبود بهره‌وری:

به این معنی که سرورها به طور موازی کار می‌کنند و بار را به صورت بهینه توزیع می‌کنند، بنابراین سرعت پاسخگویی به درخواست‌های کاربران افزایش می‌یابد. رویکرد فوق در نهایت تجربه بهتری را برای بازدیدکنندگان سایت فراهم می‌کند.

– کاهش زمان توقف:

زمانیکه یک شرکت در مقایس بیشتری فعالیت کرده و سرورهای آن در مکان‌های متعددی مختلفی قرار گرفته است، این مکانیزم می‌تواند بسیار مهم باشد. در نهایت، با استفاده از متعادل‌سازی بار، می‌توان خطاهای سرور را به صورت خودکار شناسایی کرد و بار را به سرور دیگری منتقل کرد. این عمل باعث می‌شود که زمان توقف سیستم به حداقل برسد و کاربران بتوانند به صورت پیوسته از سیستم استفاده کنند.

– مدیریت کارآمد شکست:

این مورد شاید کمتر اتفاق بیافتد اما در عین واحد می‌تواند بسیار کارآمد باشد. در صورت خرابی، بار متعادل سازی می‌تواند به طور خودکار ترافیک را به منابع کاربردی و گزینه‌های پشتیبان هدایت کنند و کاربران متوجه توقف سیستم نمی‌شوند. این عمل باعث می‌شود که سیستم به صورت پایدار و بدون توقف کار کند.

– بهبود امنیت:

این مکانیزم دارای یک لایه امنیتی شبکه می‌باشد که بدون نیاز به تغییرات در شبکه، به صورت اضافی امنیت را افزایش می‌دهد. در این حالت، شبکه سازمانی قدرت بیشتری در مقابله با حملات امنیتی را دارد. همچنین، با توزیع بار بین چندین سرور، خطر حملات سایبری به سیستم کاهش می‌یابد و امنیت سیستم بهبود می‌یابد.

منظور از متعادل‌سازی بار بر اساس سخت‌افزاری و نرم‌افزاری چیست؟

در متعادل سازی بار سخت‌افزاری، از تجهیزات سخت‌افزاری مثل لودبالانسرها، سوئیچ های لایه سوم و سوئیچ های لایه چهار استفاده می‌شود. این تجهیزات برای توزیع بار بین سرورها و تعادل بار در شبکه استفاده می‌شوند. اما در متعادل سازی بار نرم‌افزاری، از نرم‌افزارهای خاصی مثل NGINX و Apache استفاده می‌شود. این نرم‌افزارها با توجه به الگوریتم‌های خود، بار را بین سرورها توزیع می‌کنند و به تعادل بار در شبکه کمک می‌کنند. با این حال، هر دو روش متعادل‌سازی بار سخت‌افزاری و نرم‌افزاری مزایا و معایب خود را دارند. متعادل سازی بار سخت‌افزاری عملکرد خوبی در محیط‌های حجیم دارد، در حالی که متعادل سازی بار نرم‌افزاری به دلیل اینکه برای اجرا نیاز به سخت‌افزار قدرتمند ندارد، در محیط‌های کوچک و متوسط مناسب است.