در دنیای امروز که فناوری دیجیتال به بخشی جداییناپذیر از زندگی روزمره تبدیل شده است، ثبات و دسترسیپذیری خدمات آنلاین نقشی حیاتی در تداوم فعالیتهای فردی و سازمانی ایفا میکنند. بروز اختلال در سرورها مانند از کار افتادن یک پلتفرم تجارت الکترونیک در اوج خریدهای فصلی یا توقف نرمافزار ابری در لحظه دسترسی به دادههای حساس، میتواند پیامدهای سنگینی برای تجربه کاربران، درآمد و اعتبار کسبوکار داشته باشد.
یکی از راهکارهای کلیدی برای مقابله با چنین ریسکهایی، به کار بردن افزونگی سرور (Server Redundancy) است؛ رویکردی راهبردی که توسط ایجاد سیستمهایی با دسترسیپذیری بالا، قابلیت اطمینان را افزایش داده و اثرات توقفهای احتمالی را به حداقل میرساند. افزونگی سرور تضمین میکند که فناوری در خدمت اهداف سازمان باقی بماند و روند عملیات های حیاتی، بدون وقفه ادامه پیدا کند.
اهمیت افزونگی سرور
افزونگی سرور شامل استفاده از سرورهای اضافی یا تکراری برای بازتولید عملکرد سرورهای اصلی می باشد. هدف این است که خدمات بدون وقفه باقی بمانند و دادهها حتی در صورت بروز خرابی سختافزاری یا سایر مشکلات غیرمنتظره همچنان قابل دسترسی باشند.
نبود افزونگی سرور میتواند کسبوکارها را در معرض طیف وسیعی از خطرات و پیامدها قرار دهد، از جمله:
- از دست رفتن دادهها : این اتفاق زمانی رخ میدهد که یک سرور از کار بیفتد و هیچ سامانه پشتیبانی برای حفظ اطلاعات وجود نداشته باشد.
- توقف سیستم : هرگونه وقفه در عملیات سرور میتواند فعالیتهای تجاری را مختل کرده و منجر به کاهش بهرهوری و از دست رفتن احتمالی درآمد گردد.
- آسیب به اعتبار : مشتریان و کاربران ممکن است اعتماد خود را به کسبوکاری که قادر به حفظ پایداری خدمات دیجیتال خود نیست، از دست بدهند.
تصویر(1)
مزایای سرورهای افزونگی
با ایجاد مسیرهای جایگزین برای جریان داده، سرورهای افزونگی (redundant) مجموعهای از مزایا را ارائه خواهند داد که میتوانند قابلیت اطمینان و عملکرد سیستم را ارتقاء دهند، از جمله:
- حفاظت از دادهها: سرورهای افزونگی، یکپارچگی و دسترسیپذیری دادهها را تضمین میکنند. آنها با ذخیرهسازی نسخههای کپی تمام اطلاعات، مانع از دست رفتن دادهها میشوند و در صورت آفلاین شدن سرور اصلی، امکان دسترسی به این نسخهها را فراهم میسازند.
- کاهش Downtime و تداوم کسبوکار: این نسخههای تکراری از سرورها برای کاهش اثرات منفی خرابی سرور و حفظ تداوم کسبوکار، حیاتی هستند.
- قابلیت بازیابی در شرایط بحرانی: در صورت وقوع یک حادثه یا خرابی عمده، سرورهای افزونگی امکان بازیابی سریع سیستم را فراهم میسازند و بدین ترتیب زمان بازیابی را کاهش داده و خسارت احتمالی به کسبوکار را محدود میکنند.
- مقیاسپذیری: با رشد یک کسبوکار، نیازهای مرتبط با سرور آن نیز افزایش مییابد. افزونگی سرور این امکان را فراهم میسازد که شرکتها زیرساخت خود را بهراحتی گسترش دهند و ظرفیت اضافی موردنیاز را بدون ایجاد اختلال در عملیات موجود، اضافه کنند تا بدین ترتیب مسیر همواری برای رشد ایجاد شود.
مفاهیم اصلی افزونگی سرور
باید میان مفهوم کلی افزونگی سرور و انواع آن تمایز قائل شد. مفاهیم اصلی افزونگی سرور شامل روشهای مختلفی است که در آنها میتوان از چندین سرور برای تضمین دسترسیپذیری مداوم برنامههای حیاتی و دادهها استفاده کرد. این مفاهیم شامل موارد زیر هستند:
Failover (جابجایی خودکار به سرور پشتیبان)
Failover فرآیندی است که در آن ترافیک کاملا خودکار از سرور معیوب به یک سرور سالم و redundant هدایت میشود. این امر تضمین میکند که اگر سرور اصلی در دسترس نباشد، سرور پشتیبان بدون ایجاد وقفه در خدمات، جایگزین آن گردد.
کسبوکارها میتوانند Failover را در سطوح مختلفی، از جمله لایه سختافزار، نرمافزار و اپلیکیشن پیادهسازی کنند.
تصویر(2)
Load Balancing (توزیع بار)
توزیع بار به معنای تقسیم ترافیک ورودی شبکه یا حجم کاری میان چندین سرور یا منبع است. این رویکرد ظرفیت اضافی لازم را هنگام ترافیک بالا فراهم میکند، از افت عملکرد جلوگیری کرده، تجربه بهینه کاربران را حفظ مینماید و تضمین میکند که هیچ سروری بیش از حد تحت فشار قرار نگیرد.
اهداف اصلی توزیع بار، بهینهسازی استفاده از منابع، ارتقاء قابلیت اطمینان سیستم و پیشگیری از تمرکز وظایف روی یک سرور واحد می باشد. در این فرآیند، توزیعکننده بار (load balancer) تمام درخواستهای ورودی را دریافت کرده و آنها را بر اساس مجموعهای از الگوریتمها میان سرورها تقسیم میکند. رایجترین الگوریتمهای توزیع بار عبارتند از:
- Round Robin: در این الگوریتم درخواستها بهطور مساوی میان سرورها تقسیم میشوند، بهگونهای که هر سرور تعداد برابری از درخواستها را دریافت میکند.
- Weight-based: این الگوریتم درخواستها را بر اساس ظرفیت (weight) هر سرور توزیع میکند. سروری با ظرفیت بالاتر نسبت به سرور با ظرفیت کمتر، درخواستهای بیشتری دریافت میکند.
- Fewest Connections: در این الگوریتم درخواستها به سمتی هدایت میشوند که کمترین تعداد اتصال فعال را دارد.
- Health Checks: توزیعکنندههای بار (Load balancers) میتوانند روی سرورها بررسی سلامت انجام دهند تا مطمئن شوند در حال اجرا هستند. اگر سروری ناسالم باشد، توزیعکننده بار ارسال درخواستها به آن را متوقف خواهد کرد.
بهینگی الگوریتم، به نیازها و پیکربندی خاص شبکه بستگی دارد. شبکه ممکن است برای رفع نیازهای زیر، از الگوریتمهای خاصی استفاده کند:
- Network Load Balancing یا NLB: ترافیک ورودی میان چندین سرور توزیع خواهد شد تا از توزیع یکنواخت فشار کاری اطمینان حاصل شود و از فشار زیاد روی یک سرور واحد جلوگیری گردد.
- Application Load Balancing: توزیعکنندههای بار (Load balancers) بر اساس عواملی مانند سلامت سرور، ظرفیت و نوع درخواست، مسیر ارجاعات را به سمت سرورهای مشخص هدایت میکنند.
تکثیر دادهها (Replication)
Replication شامل کپی دادهها از سرور اصلی به یک یا چند سرور ثانویه است. این فرآیند میتواند بهصورت همزمان (synchronous، در لحظه) یا غیرهمزمان (asynchronous، با تاخیر) انجام شود. همچنین نوعی تکثیر نیمههمزمان (semi-synchronous) نیز وجود دارد که راهحلی میانه بین این دو رویکرد می باشد. تکثیر دادهها، قابلیت دسترسی اطلاعات را افزایش میدهد اما در تنظیمات غیرهمزمان میتواند منجر به ناسازگاری دادهها شود.
همسانسازی (Mirroring)
Mirroring (همسانسازی) شامل نگهداری یک مجموعه داده کاملاً یکسان در دو یا چند مکان است. این روش معمولاً در پایگاهدادهها به کار میرود، جایی که تمام تراکنشها انجام شده روی پایگاه داده اصلی، درون دیتابیس همسان نیز تکرار میگردد.
این روش، یکپارچگی دادهها را تضمین میکند اما برای همگامسازی در لحظه، به پهنای باند بالای شبکه نیاز دارد.
تصویر(3)
مبتنی بر زمان بازیابی (RTO) و مبتنی بر نقطه بازیابی (RPO)
RTO مدت زمان هدفگذاری شدهای است که طی آن یک سیستم باید پس از وقوع خرابی، بازیابی شود، در حالی که RPO حداکثر میزان تاب آوری برای از دست رفتن دادهها است که بر حسب زمان (فاصله از آخرین نسخه پشتیبان) اندازهگیری میشود. این مفاهیم کمک میکنند تا مشخص شود سیستم افزونگی (Redundancy) با چه سرعتی باید وارد مدار گردد و از دست رفتن اطلاعات تا چه اندازه ای برای کسبوکار قابل قبول است.
افزونگی فعال-غیرفعال (Active-Passive Redundancy)
در پیکربندی Active-Passive، یک سرور (Active) حجم کاری را مدیریت میکند و سرور دیگر (Passive) در حالت آمادهبهکار قرار دارد. اگر سرور فعال دچار مشکل شود، سرور غیرفعال وظایف آن را بر عهده میگیرد. این روش تضمینکننده تداوم بیوقفه خدمات حتی در صورت خرابی سرور اصلی می باشد. برای نمونه، کسبوکاری که یک برنامه حیاتی را اجرا میکند و نمیتواند حتی یک دوره توقف کوتاه را تحمل نماید اما همیشه نیازی به ظرفیت کامل ندارد، میتواند از این روش بهره ببرد.
افزونگی فعال-فعال (Active-Active Redundancy)
در افزونگی فعال-فعال، چندین سرور بهطور همزمان حجم کاری را مدیریت میکنند. اگر یکی از سرورها دچار قطعی شود، سایر سرورها به فعالیت ادامه داده و مانع از اختلال در خدمات میشوند. این روش خصوصا برای وبسایتهای تجارت الکترونیک با حجم ترافیک بالا که باید بهصورت ۲۴/۷ در دسترس باقی بمانند، مفید است. چندین سرور حجم کاری را میان خود تقسیم میکنند و در صورت خرابی یک سرور، سایرین همچنان به خدمترسانی ادامه میدهند.
افزونگی N+1
افزونگی N+1 یک رویکرد کلی است که در آن N به تعداد اجزای موردنیاز (مانند سرورها) برای عملیات عادی اشاره دارد و +1 نسخه پشتیبان اضافی می باشد. اگر هر یک از اجزای N دچار مشکل شود، نسخه پشتیبان تداوم عملیات را تضمین میکند. بهعنوان مثال، فرض کنید یک مرکز داده دارای ۱۰ واحد خنککننده است اما تنها ۹ واحد برای حفظ دمای مناسب کافی هستند. اگر یکی از واحدها قطع شود، واحد پشتیبان مانع از گرمشدن زیاد خواهد شد.
افزونگی M+N
افزونگی M+N سطح بالاتری از دسترسیپذیری نسبت به N+1 ارائه میدهد. در این روش تعداد N سرور اضافی فراتر از حداقل تعداد موردنیاز، برای انجام وظایف در نظر گرفته میشود. بدین معنا که سیستم حتی در صورت خرابی M سرور، همچنان قادر به ادامه فعالیت خواهد بود.
برای مثال، اگر یک وبسایت برای فعالیت خود به 3 سرور نیاز داشته باشد، طرح N+1 به 4 سرور نیاز خواهد داشت (3 سرور اصلی + 1 پشتیبان) اما در M+N، هفت سرور لازم است که 3 سرور برای فعالیت اصلی و 4 سرور اضافی جهت پشتیبانی خواهند بود. افزونگی M+N راهکاری پیچیدهتر و پرهزینهتر از N+1 است اما سطح بالاتری از دسترسیپذیری را فراهم میسازد و برای سیستمهای حیاتی (mission-critical systems) انتخاب مناسبی محسوب میشود.
تصویر(4)
بررسی انواع سرورهای افزونگی
مفاهیم افزونگی ذکر شده را میتوان توسط انتخاب یکی از انواع سرورهای افزونگی زیر، متناسب با نیازها و منابع کسبوکار پیادهسازی کرد:
سرورهای آمادهبهکار (Standby Servers)
این سرورها سیستمهای پشتیبانی هستند که در زمان خرابی سرور اصلی وارد عمل میشوند. با توجه به نحوه پیکربندی، آنها 3 نوع تقسیم بندی دارند:
- Hot Standby : یک سیستم مشابه که بهطور موازی با سیستم اصلی اجرا میشود. این سرور میتواند بلافاصله در صورت خرابی، کنترل را بر عهده گرفته و مانع از اختلال خدمات گردد. با این حال، نگهداری از آن پرهزینه می باشد زیرا به سختافزار تکراری و همگامسازی دائمی نیاز دارد.
- Cold Standby: این سیستم پشتیبان تنها در صورت خرابی سرور اصلی فعال میشود. ممکن است دادههای بروزی نداشته و راهاندازی آن زمانبر باشد اما هزینه نگهداری آن کمتر از Hot Standby است.
- Warm Standby: گزینهای میانه بین Hot و Cold است. معمولاً در حال اجر می باشد اما دادههای همزمان را پردازش نمیکند. سریعتر از Cold Standby میتواند وارد عمل شود اما ممکن است همچنان نیاز به مداخله دستی داشته باشد.
کلاستربندی (Clustering)
در یک کلاستر، چندین سرور با یکدیگر کار کرده و بهعنوان سیستمی واحد در نظر گرفته میشوند. 2 نوع پیکربندی کلاستر وجود دارد:
- Active-Active Clusters : تمام سرورها در کلاستر برنامهها را اجرا کرده و حجم کاری را میان خود تقسیم میکنند. این روش، عملکرد و دسترسیپذیری را افزایش میدهد اما به همگامسازی پیچیده نیاز دارد تا از ناسازگاری دادهها جلوگیری شود.
- Active-Passive Clusters : تنها یک سرور حجم کاری را مدیریت میکند و سایر سرورها در حالت آمادهبهکار باقی میمانند. این روش دسترسیپذیری بالایی با هزینه کمتر فراهم میکند اما بهبود عملکردی به همراه ندارد.
تصویر(5)
سیستمهای توزیعشده (Distributed Systems)
در سیستمهای توزیعشده، اجزا روی رایانههای متصل به شبکه اجرا میشوند و از طریق ارتباط و هماهنگی با یکدیگر، بهصورت یک سیستم یکپارچه عمل میکنند. این معماری میتواند دسترسیپذیری و عملکرد بالایی ارائه دهد اما مدیریت دقیق آن برای جلوگیری از ناسازگاری دادهها ضروری است.
یکی از مفاهیم کلیدی در سیستمهای توزیعشده، قضیه CAP (که با نام قضیه Brewer نیز شناخته میشود) است. این قضیه بیان میکند که یک سیستم توزیعشده نمیتواند بهطور همزمان هر 3 ویژگی سازگاری (Consistency)، دسترسیپذیری (Availability) و تحمل تقسیمشدگی (Partition Tolerance) را تامین نماید.
برای نمونه:
- سیستمی که سازگاری را در اولویت قرار میدهد، ممکن است از دسترسیپذیری یا تحمل تقسیمشدگی بکاهد.
- سیستمی که دسترسیپذیری را در اولویت قرار میدهد، ممکن است سازگاری یا تحمل تقسیمشدگی را فدا کند.
بنابراین، کسبوکارها هنگام طراحی استراتژیهای افزونگی سرور، باید این موازنهها را بهطور کامل درک کرده و بر اساس نیازهای خود تصمیمگیری کنند.
افزونگی جغرافیایی (Geographic Redundancy)
افزونگی جغرافیایی که با نام بازیابی در شرایط بحرانی (Disaster Recovery) نیز شناخته میشود، شامل نگهداری سرورها و مراکز داده پشتیبان در مناطق جغرافیایی متفاوت است. اگر فاجعه طبیعی، قطع برق یا اتفاقات دیگر یک مکان را تحت تأثیر قرار دهد، خدمات میتوانند از مکان دیگری ادامه یابند.
برای نمونه، یک شرکت جهانی که خدمات ابری ارائه میدهد و نیاز به محافظت در برابر بلایای منطقهای (مانند زلزله یا سیل) دارد، میتواند از این روش بهرهمند شود. اگر یک مرکز داده در منطقهای آسیب ببیند، مرکز داده دیگری در منطقهای متفاوت میتواند جایگزین شود و تداوم خدمات را تضمین نماید.
تصویر(6)
پیادهسازی افزونگی سرور
پیادهسازی افزونگی سرور فرآیندی چندوجهی است که نیازمند برنامهریزی دقیق و اجرای صحیح میباشد. مراحل کلیدی این فرآیند عبارتند از:
- ارزیابی : ابتدا نیازهای افزونگی را بر اساس ریسک، اهمیت و بودجه مشخص کنید. تعیین کنید کدام سیستمها برای عملیات شما حیاتی هستند و در صورت خرابی چه تاثیری بر کسبوکار خواهند داشت.
- سختافزار : سرورها و اجزای سختافزاری یکسان یا سازگار برای پشتیبانی تهیه کنید. این امر انتقال روان (failover) را در صورت از کار افتادن سرور اصلی تضمین میکند.
- نرمافزار : اطمینان حاصل کنید که نسخههای نرمافزار و سیستمعامل در تمامی سرورها یکسان باشند. بروزرسانیهای منظم برای حفظ امنیت و عملکرد سیستم ضروری هستند.
- پیکربندی شبکه : توزیعکنندههای بار (load balancers) را پیادهسازی کنید، Failover تعریف نمایید و فضای ذخیرهسازی همسان (mirrored storage) یا اشتراکی راهاندازی کنید. در محیطهای بزرگتر، پیکربندی VLAN و طراحی زیرشبکهها (subnet) نیز میتواند نقشی کلیدی در استراتژیهای افزونگی ایفا کند.
- همگامسازی داده : با استفاده از راهکارهایی مانند تکثیر پایگاه داده، اطلاعات را میان سرور اصلی و سرورهای افزونگی همگام نگه دارید، این کار دسترسیپذیری دادهها را حتی در صورت خرابی سرور اصلی تضمین میکند.
- مکانیسمهای Failover : فرآیندهای جابجایی خودکار به سرور پشتیبان را راهاندازی کرده و بهطور منظم آنها را آزمایش کنید تا اطمینان حاصل شود که سیستم میتواند سریعاً به سرور جایگزین منتقل گردد.
- پایش : ابزارهای مانیتورینگ را برای نظارت بر سلامت، عملکرد و خرابی احتمالی سرورها پیادهسازی کنید. شناسایی زودهنگام مشکلات میتواند از توقف خدمات و حذف دادهها جلوگیری کند.
- آزمایش منظم : خرابیها را بهطور دورهای شبیهسازی کنید تا اطمینان یابید سیستمهای افزونگی به درستی عمل میکنند. این اقدام به شناسایی و رفع مشکلات احتمالی پیش از بروز بحران کمک مینماید.
- هشدار و ارتباطات : مکانیزمهای هشدار مناسب را راهاندازی کنید و مطمئن شوید افراد مسئول در صورت خرابی مطلع میشوند. همچنین داشتن یک برنامه ارتباطی برای مشتریان یا کاربران در زمان قطعی اهمیت دارد.
- آموزش و مستندسازی : مطمئن شوید کارکنان IT آموزش کافی را در خصوص سیستمهای افزونگی موجود دیدهاند. این امر واکنش سریع و مؤثر به مشکلات احتمالی را تضمین میکند.
نتیجهگیری
افزونگی سرور دیگر یک گزینه لوکس یا صرفاً پیشنهادی برای سازمانها نیست بلکه ضرورتی حیاتی در دنیای دیجیتال امروزی به شمار میرود. زیرساختهای فناوری اطلاعات هرچه پیچیدهتر و وابستهتر به خدمات ۲۴/۷ میشوند، اهمیت داشتن راهکارهایی برای تضمین دسترسیپذیری، تداوم کسبوکار و محافظت از دادهها بیشتر مشخص میگردد. همانطور که بررسی شد، روشهای متنوعی از پیکربندیهای ساده Active-Passive گرفته تا معماریهای پیچیدهٔ کلاستر یا افزونگی جغرافیایی وجود دارند که هر کدام مزایا، هزینهها و چالشهای خاص خود را خواهند داشت.
انتخاب درست از میان این راهکارها باید بر پایهٔ تحلیل دقیق نیازهای سازمان، سطح ریسک قابلقبول و منابع مالی و فنی موجود انجام شود. آنچه مسلم است، سرمایهگذاری در افزونگی سرور نهتنها هزینهای برای پیشگیری از بحران بلکه اقدامی استراتژیک جهت حفظ اعتبار برند، جلب اعتماد مشتریان و ایجاد بستری پایدار جهت رشد آینده کسبوکار محسوب میشود.