ما المقصود بموازنة الأحمال؟

نظرًا لأن المواقع ذات الحركة العالية وتطبيقات الحوسبة السحابية تتلقى ملايين طلبات المستخدمين يوميًا، فإن موازنة الأحمال تُعد قدرة أساسية لتقديم التطبيقات الحديثة. على سبيل المثال، تعتمد مواقع التجارة الإلكترونية على موازنة الأحمال لضمان قدرة تطبيقات الويب على تقديم البيانات والصور والفيديو والتسعير من خوادم الويب إلى المستهلكين دون تأخير أو فترة تعطل.

يمكن تنفيذ موازنة الأحمال بطريقتين. تُعد أجهزة موازنة الأحمال المادية أجهزة مادية يتم تركيبها وصيانتها محليًا. أما برامج موازنة الأحمال فهي التطبيقات المثبتة على خوادم مملوكة للقطاع الخاص، أو المُقدمة كخدمة سحابية مُدارة (موازنة تحميل السحابة).

في كلتا الحالتين، تعمل أجهزة موازنة الأحمال من خلال التوسط في طلبات العملاء الواردة في الوقت الفعلي وتحديد الخوادم الخلفية الأكثر قدرة على معالجة تلك الطلبات. لمنع تحميل خادم واحد بشكل زائد، يقوم جهاز موازنة الأحمال بتوجيه الطلبات إلى أي عدد من الخوادم المتاحة سواء كانت موجودة في الموقع أو مستضافة في مزارع خوادم أو مراكز بيانات السحابة.

بمجرد أن يتلقى الخادم المعين الطلب، يستجيب للعميل عن طريق موازنة الأحمال. ويقوم جهاز موازنة الأحمال بعد ذلك بإكمال اتصال الخادم بالعميل من خلال مطابقة عنوان IP الخاص بالعميل مع عنوان الخادم المحدد، ثم يستطيع العميل والخادم بعد ذلك التواصل وتنفيذ تلك المهام المطلوبة حتى اكتمال الجلسة.

إذا كان هناك ارتفاع في حركة مرور الشبكة، فقد يقوم جهاز موازنة الأحمال بإحضار خوادم إضافية عبر الإنترنت لمواكبة الطلب. أو إذا كان هناك هدوء في نشاط الشبكة، فقد يقلل جهاز موازنة الأحمال من مجموعة الخوادم المتاحة. ويمكن أن يساعد أيضًا في التخزين المؤقت للشبكة عن طريق توجيه حركة المرور إلى خوادم التخزين المؤقت حيث يتم تخزين طلبات المستخدم السابقة مؤقتًا.

يتم تحديد طريقة توجيه الطلب إلى خادم معين من خلال خوارزمية موازنة الأحمال. توفر خوارزميات موازنة الأحمال القدرات والفوائد المختلفة لتلبية حالات الاستخدام المختلفة.

تستخدم هذه الخوارزمية نظام أسماء النطاقات (DNS) لتعيين الطلبات بشكل تسلسلي لكل خادم في تناوب مستمر. وهي الطريقة الأساسية لموازنة الأحمال، حيث تستخدم اسم كل خادم فقط لتحديد الخادم الذي يتلقى الطلب الوارد التالي.

بالإضافة إلى اسم نظام أسماء النطاقات (DNS)، يتم أيضًا تعيين "ترجيح" لكل خادم في هذه الخوارزمية. ويحدد الترجيح أي الخوادم يجب أن تكون لها الأولوية على غيرها للتعامل مع الطلبات الواردة. ويقرر المسؤول كيفية ترجيح كل خادم بناءً على سعته واحتياجات الشبكة.

في هذه الخوارزمية، تقوم عملية حسابية بتبسيط (أو تجزئة) عنوان IP للطلب الوارد إلى قيمة أصغر تسمى مفتاح التجزئة. ويستخدم مفتاح التجزئة الفريد هذا (الذي يمثل عنوان IP الخاص بالمستخدم) كأساس لاتخاذ قرار كيفية توجيه الطلب إلى خادم معين.

كما يوحي الاسم، تعطي هذه الخوارزمية الأولوية للخادم الذي لديه أقل عدد من الاتصالات النشطة عند تلقي طلب عميل جديد. تساعد هذه الطريقة على منع زيادة التحميل على الخوادم بالاتصالات، والحفاظ على حمل متسق عبر الخوادم في جميع الأوقات.

تجمع هذه الخوارزمية بين طريقة أقل الاتصالات مع أقصر متوسط وقت استجابة الخادم. يتم تقييم كل من عدد الاتصالات والوقت الذي يستغرقه الخادم لتنفيذ الطلبات وإرسال الاستجابة. سيتلقى أسرع خادم يحتوي على أقل عدد من الاتصالات النشطة الطلبات الواردة.

في حين أن الغرض الأساسي من أي جهاز موازنة الأحمال هو توزيع حركة المرور، إلا أن هناك عدة أنواع من أجهزة موازنة الأحمال التي تخدم وظائف محددة.

تعمل أجهزة موازنة أحمال الشبكة على تحسين حركة المرور وتقليل زمن الانتقال عبر الشبكات المحلية والشبكات الواسعة، إذ أنها تستخدم معلومات الشبكة مثل عناوين IP ومنافذ الوجهة، إلى جانب بروتوكولات TCP وUDP، لتوجيه حركة مرور الشبكة وتوفير إنتاجية كافية لتلبية طلب المستخدم.

تستخدم أجهزة موازنة الأحمال هذه محتوى التطبيق مثل عناوين URL وجلسات SSL ورؤوس HTTP لتوجيه حركة مرور طلبات واجهة برمجة التطبيقات. ونظرًا لوجود وظائف مكررة عبر خوادم تطبيقات متعددة، يساعد فحص المحتوى على مستوى التطبيق في تحديد الخوادم التي يمكنها تلبية طلبات محددة بسرعة وموثوقية.

مع انتشار تقنية المحاكاة الافتراضية وتقنية VMware، تُستخدم أجهزة موازنة الأحمال الافتراضية الآن لتحسين حركة المرور عبر الخوادم والأجهزة الافتراضية والحاويات. وتوفر أدوات تنسيق حاوية المصدر المفتوح مثل Kubernetes قدرات موازنة الأحمال الافتراضية لتوجيه الطلبات بين العقد من الحاويات داخل مجموعة.

يقوم هذا النوع من أجهزة موازنة الأحمال بتوجيه حركة المرور إلى خوادم عبر مواقع جغرافية متعددة لضمان توافر التطبيق. يمكن تعيين طلبات المستخدم إلى أقرب خادم متاح، أو في حالة فشل الخادم، إلى موقع آخر باستخدام خادم متاح. تجعل هذه القدرة الاحتياطية موازنة أحمال الخادم العالمي عنصرًا ذا قيمة في التعافي من الكوارث.