Load Balancing چیست؟

Load Balancing چیست؟ کاربرد، مثال و مقایسه با Geo DNS و Cloudflare

در دنیای امروز که بسیاری از کسب و کارها به صورت آنلاین فعالیت می کنند، پایداری و سرعت سرویس ها اهمیت بسیار زیادی پیدا کرده است. اگر یک وب سایت یا اپلیکیشن تعداد زیادی کاربر همزمان داشته باشد، یک سرور به تنهایی نمی تواند پاسخگوی تمام درخواست ها باشد. در اینجا مفهومی به نام Load Balancing وارد عمل می شود.

Load Balancing یکی از مهم ترین تکنیک های معماری زیرساخت در سیستم های مدرن است که به کمک آن می توان ترافیک کاربران را بین چندین سرور توزیع کرد. این کار باعث افزایش سرعت، پایداری و مقیاس پذیری سیستم می شود.

در این مقاله به طور کامل بررسی می کنیم که Load Balancing چیست، چگونه کار می کند، چه انواعی دارد، چگونه پیاده سازی می شود و چه تفاوتی با Geo DNS و Cloudflare دارد.

Load Balancing چیست؟

Load Balancing یا توزیع بار به فرآیندی گفته می شود که در آن درخواست های ورودی کاربران بین چند سرور مختلف تقسیم می شوند تا از فشار بیش از حد روی یک سرور جلوگیری شود.

به زبان ساده:

به جای اینکه همه کاربران به یک سرور متصل شوند، یک Load Balancer درخواست ها را بین چند سرور پخش می کند.

ساختار ساده آن به این شکل است:

کاربر → Load Balancer → سرورهای مختلف

Load Balancer مانند یک مدیر ترافیک عمل می کند که تصمیم می گیرد هر درخواست به کدام سرور ارسال شود.

چرا Load Balancing اهمیت دارد؟

اگر یک سایت یا سرویس تنها روی یک سرور اجرا شود، با افزایش ترافیک مشکلات زیادی ایجاد می شود:

کند شدن سایت
مصرف بالای CPU و RAM
احتمال از کار افتادن سرور
تجربه کاربری ضعیف
از دست رفتن کاربران
با استفاده از Load Balancing می توان این مشکلات را تا حد زیادی برطرف کرد.

مزایای اصلی Load Balancing شامل موارد زیر است:

افزایش سرعت پاسخ دهی
جلوگیری از Down شدن سایت
افزایش پایداری سیستم
امکان مدیریت ترافیک بالا
امکان اضافه کردن سرورهای جدید در صورت نیاز

Load Balancer چگونه کار می کند؟

Load Balancer در واقع یک واسط بین کاربران و سرورها است. تمام درخواست ها ابتدا به Load Balancer ارسال می شوند و سپس بر اساس یک الگوریتم مشخص به یکی از سرورها منتقل می شوند.

فرض کنید سه سرور دارید:

Server 1

Server 2

Server 3

روی تصویر زیر به صورت شماتیک فرایند کلی و روش انجام کار مشخص است

سیستم کار لود بالانس سرور

وقتی کاربران وارد سایت می شوند، Load Balancer درخواست ها را بین این سرورها تقسیم می کند.

مثلا:

کاربر اول → Server 1

کاربر دوم → Server 2

کاربر سوم → Server 3

این کار باعث می شود هیچ سروری بیش از حد تحت فشار قرار نگیرد.

انواع Load Balancer

Load Balancer ها به طور کلی در سه دسته قرار می گیرند.

Hardware Load Balancer
این نوع Load Balancer به صورت دستگاه فیزیکی در دیتاسنتر استفاده می شود.

نمونه های معروف:

F5
Citrix ADC
مزایا:

قدرت پردازشی بالا
مناسب برای سازمان های بزرگ

معایب Load Balancing :

هزینه بسیار بالا
نیاز به مدیریت سخت افزاری
Software Load Balancer
این نوع Load Balancer به صورت نرم افزاری روی سرورها اجرا می شود و بسیار رایج است.

نمونه های معروف:

Nginx
HAProxy
Traefik
Envoy
مزایا:

هزینه کم
انعطاف پذیری بالا
قابل اجرا روی اکثر سرورها
Cloud Load Balancer
سرویس های ابری نیز Load Balancing ارائه می دهند.

نمونه ها:

AWS Elastic Load Balancer
Google Cloud Load Balancing
Azure Load Balancer
مزایا:

مقیاس پذیری خودکار
مدیریت ساده
مناسب برای زیرساخت ابری
الگوریتم های Load Balancing
Load Balancer برای توزیع درخواست ها از الگوریتم های مختلف استفاده می کند.

Round Robin
در این روش درخواست ها به صورت چرخشی بین سرورها تقسیم می شوند.

مثال:

Server1 → Server2 → Server3 → Server1

این ساده ترین الگوریتم است.

Least Connections
در این روش درخواست جدید به سروری ارسال می شود که کمترین اتصال فعال را دارد.

این روش برای سرویس هایی که پردازش طولانی دارند مناسب است.

IP Hash
در این الگوریتم، سرور بر اساس IP کاربر انتخاب می شود.

این روش برای سیستم هایی که Session دارند مناسب است.

Weighted Round Robin
در این روش هر سرور وزن متفاوتی دارد.

مثال:

Server1 وزن 3

Server2 وزن 1

در نتیجه سرور اول سه برابر بیشتر درخواست دریافت می کند.

مثال عملی از Load Balancing

فرض کنید یک فروشگاه اینترنتی دارید که روزانه 100 هزار بازدید دارد.

اگر فقط یک سرور داشته باشید:

سرور به شدت تحت فشار قرار می گیرد
سایت کند می شود
احتمال قطع شدن سایت بالا می رود
اما اگر از Load Balancing استفاده کنید:

چهار سرور دارید
هر سرور حدود 25 درصد ترافیک را مدیریت می کند
در این حالت سیستم بسیار پایدارتر خواهد بود.

حتی اگر یکی از سرورها از کار بیفتد، بقیه سرورها همچنان سرویس را ارائه می دهند.

آموزش ساده Load Balancing با Nginx

یکی از ساده ترین روش های پیاده سازی Load Balancing استفاده از Nginx است.

ابتدا Nginx را نصب کنید.

text
sudo apt install nginx
سپس در فایل تنظیمات Nginx سرورهای خود را تعریف کنید.

text
upstream backend {
server 192.168.1.101;
server 192.168.1.102;
server 192.168.1.103;
}

server {
listen 80;

location / {
proxy_pass http://backend;
}
}
در این حالت Nginx درخواست ها را بین سه سرور تقسیم می کند.

در نهایت سرویس را ری استارت کنید.

text
sudo systemctl restart nginx

در این حالت Nginx درخواست ها را بین سه سرور تقسیم می کند.

در نهایت سرویس را ری استارت کنید.

text
sudo systemctl restart nginx
Load Balancing در لایه های شبکه
Load Balancing می تواند در لایه های مختلف شبکه انجام شود.

Layer 4 Load Balancing
در این روش تصمیم گیری بر اساس موارد زیر انجام می شود:

IP
Port
این روش سریع تر است اما انعطاف کمتری دارد.

Layer 7 Load Balancing
در این روش تصمیم گیری بر اساس موارد زیر انجام می شود:

URL
Header
Cookie
این روش هوشمندتر است و کنترل بیشتری می دهد.

مقایسه Load Balancing با Geo DNS

یکی از مفاهیمی که گاهی با Load Balancing اشتباه گرفته می شود Geo DNS است.

Geo DNS چیست؟

Geo DNS سیستمی است که کاربران را بر اساس موقعیت جغرافیایی به نزدیک ترین سرور هدایت می کند. (برای درک بهتر geo dns اینجا را بیینید Geo DNS چیست؟ و بعد خیلی حرفه ای تر جلسه هم برگزار کنیم)

مثال:

کاربر ایران → سرور تهران

کاربر آلمان → سرور فرانکفورت

تفاوت Load Balancing و Geo DNS

Load Balancing ترافیک را بین سرورهای مختلف تقسیم می کند، اما Geo DNS فقط مسیر اولیه کاربر را تعیین می کند.

تفاوت های مهم:

Load Balancing در سطح سرور انجام می شود
Geo DNS در سطح DNS انجام می شود
Load Balancer تشخیص سلامت سرور بهتری دارد
تغییر مسیر در Load Balancer سریع تر است
بهترین حالت معمولا ترکیب این دو است.

تفاوت Load Balancer با Cloudflare

بسیاری از افراد تصور می کنند Cloudflare همان Load Balancer است، در حالی که این دو مفهوم متفاوت هستند.

Cloudflare چیست؟

Cloudflare یک سرویس CDN و امنیتی است که قابلیت های زیر را ارائه می دهد:

CDN

محافظت در برابر DDoS
مدیریت DNS
کش محتوا
فایروال وب
Cloudflare همچنین یک سرویس Load Balancing هم دارد.

تفاوت اصلی
Load Balancer:

تمرکز روی توزیع ترافیک بین سرورها دارد

Cloudflare:

تمرکز روی CDN و امنیت
دارای قابلیت Load Balancing به عنوان یک سرویس جانبی

کاربردهای Load Balancing

Load Balancing در بسیاری از سیستم های بزرگ استفاده می شود.

مثال ها و کاربردهای لود بالانسینگ:

فروشگاه های اینترنتی
سیستم های بانکی
شبکه های اجتماعی
پلتفرم های استریم
سرویس های SaaS
بازی های آنلاین
تقریبا تمام سرویس های بزرگ اینترنتی از Load Balancing استفاده می کنند.

High Availability چیست؟

High Availability به معنای در دسترس بودن دائمی سیستم است.

هدف آن این است که حتی در صورت خرابی یک سرور، سرویس همچنان فعال باقی بماند.

Load Balancing یکی از مهم ترین ابزارهای ایجاد High Availability است.

Auto Scaling و Load Balancing
در زیرساخت های ابری، Load Balancer معمولا با Auto Scaling ترکیب می شود.

در این حالت:

وقتی ترافیک زیاد می شود

سرورهای جدید به صورت خودکار اضافه می شوند

وقتی ترافیک کم می شود

تعداد سرورها کاهش می یابد

Load Balancer به صورت خودکار ترافیک را بین این سرورها تقسیم می کند.

اشتباهات رایج در استفاده از Load Balancing

برخی از اشتباهات رایج عبارتند از:

نداشتن Health Check
تنظیم نکردن Session Persistence
نداشتن مانیتورینگ
پیکربندی اشتباه SSL
این موارد می توانند باعث ایجاد اختلال در سیستم شوند.

بهترین ابزارهای Load Balancing
ابزارهای محبوب در این حوزه شامل موارد زیر هستند:

Nginx
HAProxy
Traefik
Envoy
AWS Load Balancer
Google Cloud Load Balancer
Cloudflare Load Balancing
جمع بندی
Load Balancing یکی از مهم ترین مفاهیم در طراحی زیرساخت های مدرن است. این تکنیک باعث می شود ترافیک کاربران بین چند سرور تقسیم شود و سیستم بتواند حجم بالای درخواست ها را بدون مشکل مدیریت کند.

استفاده از Load Balancing باعث افزایش سرعت، پایداری و مقیاس پذیری سیستم می شود و برای سرویس های پرترافیک تقریبا ضروری است.

در کنار ابزارهایی مانند Geo DNS و Cloudflare می توان یک زیرساخت قدرتمند و پایدار ایجاد کرد که بتواند میلیون ها کاربر را به صورت همزمان مدیریت کند.