ما المقصود بموازنة الأحمال؟

تقوم موازنة الأحمال بتوجيه حركة مرور الإنترنت والتحكم فيها بين خوادم التطبيقات وزوار التطبيقات أو عملائها. ونتيجةً لذلك، فإنه يحسن توافر التطبيقات وقابلية التوسع والأمان والأداء.

توافر التطبيقات

يمكن أن يؤدي فشل الخادم أو صيانته إلى زيادة وقت تعطل التطبيق، ما يجعل تطبيقك غير متاح للزوار. تعمل موازنات الأحمال على زيادة التسامح مع الأخطاء في أنظمتك من خلال الكشف التلقائي عن مشكلات الخوادم وإعادة توجيه حركة مرور العميل إلى الخوادم المتاحة. يمكنك استخدام موازن الأحمال لتسهيل المهام التالية:

• تشغيل صيانة خوادم التطبيقات أو الترقيات بدون تعطل التطبيق
• توفير التعافي التلقائي من الكوارث لمواقع النسخ الاحتياطي
• إجراء فحوصات السلامة ومنع المشكلات التي يمكن أن تتسبب في وقت التعطل

قابلية التوسع للتطبيقات

يُمكنك استخدام موازنات الأحمال لتوجيه حركة مرور الشبكة بذكاء بين خوادم متعددة. يمكن لتطبيقاتك التعامل مع الآلاف من طلبات العملاء لأن موازنة الأحمال تقوم بما يلي:

• منع الزيادة في حركة المرور في أي خادم واحد
• توقع حركة مرور التطبيقات وبالتالي يمكنك إضافة خوادم مختلفة أو إزالتها، إذا لزم الأمر
• إضافة التكرار إلى نظامك حتى تتمكن من التوسع بكل ثقة

أمان التطبيقات

تأتي موازنات الأحمال متضمنةً ميزات أمان لإضافة طبقة أخرى من الأمان إلى تطبيقات الإنترنت. إنها أداة مفيدة للتعامل مع هجمات رفض الخدمة الموزعة التي يقوم فيها المهاجمون بإغراق خادم تطبيق بملايين الطلبات في وقت واحد بما يتسبب في فشل الخادم. يمكن لموازنات الأحمال أيضًا القيام بما يلي:

• مراقبة حركة المرور وحظر المحتوى الضار
• إعادة توجيه حركة مرور الهجوم تلقائيًا إلى خوادم خلفية متعددة لتقليل التأثير
• توجيه حركة المرور من خلال مجموعة من جُدُر حماية الشبكة للحصول على مزيد من الأمان

أداء التطبيقات

تعمل موازنات الأحمال على تحسين أداء التطبيقات من خلال تحسين وقت الاستجابة وتقليل زمن استجابة الشبكة. إنها تؤدي العديد من المهام المهمة مثل ما يلي:

• توزيع الحمل بالتساوي بين الخوادم لتحسين أداء التطبيقات
• إعادة توجيه طلبات العملاء إلى خادم أقرب جغرافيًا لتقليل زمن الاستجابة

• ضمان موثوقية وأداء موارد الحوسبة المادية والافتراضية

خوارزمية موازنة الأحمال هي مجموعة القواعد التي يلتزم بها موازن الأحمال لتحديد أفضل خادم لكل طلب من طلبات العميل المختلفة. تنقسم خوارزميات موازنة الأحمال إلى فئتين رئيسيتين.

موازنة الأحمال الثابتة

تلتزم موازنة الأحمال الثابتة بقواعد ثابتة ومستقلة عن حالة الخادم الحالية. فيما يلي أمثلة لموازنة الأحمال الثابتة.

Round-طريقة robin

تحتوي الخوادم على عناوين IP تُخبر العميل بمكان إرسال الطلبات. عنوان IP هو رقم طويل يصعب تذكره. لتسهيل الأمر، يقوم نظام أسماء المجالات بتعيين أسماء مواقع الويب إلى الخوادم. عند إدخال aws.amazon.com في متصفحك، ينتقل الطلب أولاً إلى خادم الاسم الخاص بنا، والذي يُرجع عنوان IP الخاص بنا إلى متصفحك.

في طريقة round-robin، يقوم خادم اسم موثوق بموازنة الأحمال بدلاً من الأجهزة أو البرامج المتخصصة. يقوم خادم الاسم بإرجاع عناوين IP للخوادم المختلفة في مزرعة الخوادم دورةً بدورة أو بطريقة round-robin.

طريقة Weighted round-robin

في موازنة أحمال weighted round-robin، يمكنك تعيين أوزان مختلفة لكل خادم بناءً على أولويته أو سعته. تتلقى الخوادم ذات الأوزان الأعلى المزيد من حركة مرور التطبيقات الواردة من خادم الأسماء.

طريقة تجزئة عنوان IP

في طريقة تجزئة IP، يقوم موازن الأحمال بإجراء عملية حسابية، تسمى التجزئة، على عنوان IP الخاص بالعميل. يقوم بتحويل عنوان IP الخاص بالعميل إلى رقم، والذي يتم تعيينه بعد ذلك إلى خوادم فردية.

موازنة الأحمال الديناميكية 

تقوم خوارزميات موازنة الأحمال الديناميكية بفحص الحالة الحالية للخوادم قبل توزيع حركة المرور. فيما يلي بعض الأمثلة على خوارزميات موازنة الأحمال الديناميكية.

طريقة اتصال أقل

الاتصال هو قناة اتصال مفتوحة بين العميل والخادم. عندما يرسل العميل الطلب الأول إلى الخادم، يقوم بالمصادقة وإنشاء اتصال نشط بين بعضهم البعض. في طريقة الاتصال الأقل، يتحقق موازن الأحمال من الخوادم التي لديها عدد أقل من الاتصالات النشطة ويرسل حركة المرور إلى تلك الخوادم. تفترض هذه الطريقة أن جميع الاتصالات تتطلب قدرة معالجة متساوية لجميع الخوادم.

طريقة الاتصال الأقل ترجيحًا

تفترض خوارزميات الاتصال الأقل ترجيحًا أن بعض الخوادم يمكنها التعامل مع اتصالات أكثر نشاطًا من غيرها. ولذلك، يمكنك تعيين أوزان أو سعات مختلفة لكل خادم، ويقوم موازن الأحمال بإرسال طلبات العميل الجديدة إلى الخادم بأقل عدد من الاتصالات حسب السعة.

طريقة وقت الاستجابة الأقل

وقت الاستجابة هو إجمالي الوقت الذي يستغرقه الخادم في معالجة الطلبات الواردة وإرسال استجابة. تقوم طريقة وقت الاستجابة الأقل بالجمع بين وقت استجابة الخادم والاتصالات النشطة لتحديد أفضل خادم. تستخدم موازنات الأحمال هذه الخوارزمية لضمان خدمة أسرع لجميع المستخدمين.

طريقة مستندة إلى الموارد

في الطريقة المستندة إلى الموارد، تقوم موازنات الأحمال بتوزيع حركة المرور عن طريق تحليل حمل الخادم الحالي. يجري تشغيل برنامج متخصص يسمى الوكيل على كل خادم ويحسب استخدام موارد الخادم، مثل سعة الحوسبة والذاكرة. بعد ذلك، يتحقق موازن الأحمال من الوكيل للحصول على موارد مجانية كافية قبل توزيع حركة المرور على هذا الخادم.

موازنات الأحمال هي واحدة من نوعين: موازن أحمال الأجهزة وموازن أحمال البرامج.

موازنات أحمال الأجهزة

موازن الأحمال المستند إلى الأجهزة هو جهاز يمكنه بطريقة آمنة معالجة حركة المرور بكميات تبلغ وحدات من الجيجابايت وإعادة توجيها إلى المئات من الخوادم المختلفة. يُمكنك تخزينه في مراكز البيانات الخاصة بك واستخدام المحاكاة الافتراضية في إنشاء العديد من موازنات الأحمال الرقمية أو الافتراضية التي يمكنك إدارتها مركزيًا.

موازنات أحمال البرامج

موازن الأحمال المستندة إلى البرامج هي تطبيقات تؤدي جميع وظائف موازنة الأحمال. يمكنك تثبيتها على أي خادم أو الوصول إليها كخدمة جهة خارجية مُدارة بالكامل.

مقارنة موازنات الأجهزة بموازنات أحمال البرامج

تتطلب موازنات أحمال الأجهزة استثمارًا أوليًا، والتكوين، والصيانة المستمرة. قد لا تستخدمها أيضًا بكامل سعتها، وخاصةً إذا قمت بشراء سعة واحدة فقط للتعامل مع الارتفاع في حركة المرور في أوقات الذروة. إذا زاد حجم حركة المرور فجأةً بما يتجاوز سعتها الحالية، فسيؤثر ذلك على المستخدمين إلى أن تتمكن من شراء موازن أحمال آخر وإعداده.

في المقابل، تعتبر موازنات الأحمال المستندة إلى البرامج أكثر مرونةً. يمكن أن تتوسع أو تتقلص بسهولة وتكون أكثر توافقًا مع بيئات الحوسبة السحابية الحديثة. وهي أيضًا أقل تكلفة في الإعداد والإدارة والاستخدام بمرور الوقت.