معماری High Availability چیست؟

در عصر دیجیتال امروز، کسب‌وکارها و سازمان‌ها بیش از هر زمان دیگری به فناوری اطلاعات وابسته‌اند. بانک‌ها، فروشگاه‌های اینترنتی، شبکه‌های اجتماعی، سیستم‌های مالی و حتی خدمات عمومی شهری همگی بر پایه‌ نرم‌افزارها و زیرساخت‌های IT فعالیت می‌کنند. در چنین فضایی، تداوم سرویس و در دسترس بودن همیشگی خدمات به نیازی حیاتی تبدیل شده است. بسیاری از سازمان‌ها برای رسیدن به این پایداری، روی زیرساخت‌های سخت‌افزاری مطمئن مثل سرور hp سرمایه‌گذاری می‌کنند تا ریسک قطعی را به حداقل برسانند.
کاربران امروزی تحمل هیچ‌گونه قطعی را ندارند. اگر وب‌سایتی حتی چند دقیقه از دسترس خارج شود، کاربران به‌سرعت به سرویس رقیب مراجعه می‌کنند. برای مثال، قطع چند دقیقه‌ای سرورهای آمازون در سال ۲۰۱۷ بیش از ۱۵۰ میلیون دلار خسارت مالی ایجاد کرد. در همین راستا، سازمان‌ها تلاش می‌کنند زیرساخت‌هایی بسازند که در هر شرایطی همچنان فعال بمانند.
این نیاز باعث شکل‌گیری مفهومی با نام High Availability (دسترسی‌پذیری بالا) شده است. در این مقاله فالنیک (ایران اچ‌پی) با تعریف دقیق معماری High Availability، تفاوت آن با مفاهیم مشابه، کاربردهای واقعی، مزایا، چالش‌ها و بهترین روش‌های پیاده‌سازی آن آشنا می‌شویم؛ پس تا انتها با ما همراه باشید.

Availability چیست؟

High Availability (HA) در لغت به معنای دسترسی‌پذیری بالا است. در حوزه‌ مهندسی سیستم، این اصطلاح به طراحی و پیاده‌سازی زیرساخت‌هایی اشاره دارد که بتوانند در برابر خرابی‌ها مقاوم بوده و بیشترین زمان در دسترس بودن (Uptime) را برای کاربران تضمین کنند.

هدف اصلی HA این است که سرویس حتی در صورت بروز خطا در بخشی از سیستم، بدون قطعی و با حداقل اختلال ادامه پیدا کند. این امر با استفاده از تکنیک‌هایی مانند افزونگی (Redundancy)، توزیع بار (Load Balancing)، مکانیزم‌های Failover و نظارت مداوم (Monitoring) به‌دست می‌آید.

به زبان ساده‌تر، وقتی سیستمی High Availability است، حتی اگر یکی از سرورها، دیسک‌ها یا مسیرهای شبکه از کار بیافتد، کاربر نهایی هیچ تغییری احساس نمی‌کند و سرویس همچنان در دسترس باقی می‌ماند.

تفاوت High Availability با Fault Tolerance و Disaster Recovery

در معماری‌های زیرساختی، سه مفهوم کلیدی وجود دارد که گاهی با یکدیگر اشتباه گرفته می‌شوند؛ High Availability، Fault Tolerance و Disaster Recovery. هر سه برای افزایش پایداری سیستم طراحی شده‌اند، اما اهداف و شیوه‌های متفاوتی دارند.

مطالب مرتبط: تفاوت Backup و Disaster Recovery چیست؟

اصول و اجزای معماری High Availability

طراحی سیستم High Availability نیازمند رعایت چند اصل کلیدی و استفاده از اجزای خاصی است که در ادامه بررسی می‌کنیم.

افزونگی (Redundancy)

افزونگی یعنی وجود منابع پشتیبان برای هر بخش حیاتی از سیستم. این منابع پشتیبان می‌توانند سخت‌افزاری (مثل منبع تغذیه دوم)، نرم‌افزاری (مثل چند نسخه از دیتابیس) یا حتی جغرافیایی (مثل دو دیتاسنتر در مناطق مختلف) باشند. هدف افزونگی این است که خرابی یک جز، کل سیستم را مختل نکند.

افزونگی در سطوح مختلف قابل پیاده‌سازی است:

• در سطح سخت‌افزار: چند سرور فیزیکی با نقش مشابه.
• در سطح شبکه: مسیرهای جایگزین برای ترافیک داده.
• در سطح ذخیره‌سازی: استفاده از RAID برای جلوگیری از نابودی اطلاعات در صورت خرابی دیسک.
• در سطح نرم‌افزار: چند نمونه از سرویس در نقاط مختلف شبکه.

برای آشنایی بیشتر با این مفهوم مقاله «افزونگی یا redundancy در سرور به چه معناست» را بخوانید.

Failover

Failover به فرآیند انتقال خودکار سرویس از مولفه‌ خراب به مولفه‌ سالم گفته می‌شود. به‌طور مثال در یک خوشه (Cluster) از دو پایگاه داده، اگر سرور اصلی از کار بیافتد، سیستم به‌صورت خودکار درخواست‌ها را به سرور پشتیبان هدایت می‌کند. این انتقال باید سریع و بی‌وقفه انجام شود تا کاربر چیزی احساس نکند.

Failover می‌تواند به ۲ صورت باشد:

• Active-Passive (یکی فعال، دیگری آماده‌به‌کار)
• Active-Active (هر دو هم‌زمان در حال سرویس‌دهی)

مدل Active-Active در محیط‌های بزرگ‌تر کاربرد دارد، چون توان پردازشی را میان گره‌ها توزیع می‌کند.

Load Balancing

توزیع بار یکی از موثرترین ابزارها در پیاده‌سازی HA است. این مکانیزم، بار ترافیک ورودی را بین چند سرور یا نود تقسیم می‌کند تا هیچ‌کدام بیش از حد تحت فشار قرار نگیرند؛ در نتیجه:

• عملکرد کلی سیستم بهبود می‌یابد.
• خرابی یک نود باعث توقف کل سرویس نمی‌شود.
• مقیاس‌پذیری به‌صورت طبیعی افزایش می‌یابد.

Load Balancerها می‌توانند سخت‌افزاری یا نرم‌افزاری باشند و معمولا قابلیت Health Check داخلی دارند تا گره‌های ناسالم را موقتا از مدار خارج کنند.

مانیتورینگ و هشدار

هیچ سیستم High Availability بدون نظارت مداوم پایدار نخواهد ماند. ابزارهای مانیتورینگ مانند Prometheus، Grafana، Zabbix یا Datadog به‌صورت پیوسته عملکرد اجزای سیستم را بررسی کرده و در صورت بروز هرگونه ناهنجاری هشدار می‌دهند.

این نظارت باید شامل موارد زیر باشد.

• سلامت سرورها و سرویس‌ها
• وضعیت شبکه
• مصرف CPU، RAM و دیسک
• زمان پاسخ‌دهی (Latency)

علاوه بر این، باید مکانیزم‌هایی برای خوددرمانی (Self-Healing) تعریف شوند تا در صورت خرابی، سرویس‌ها به‌طور خودکار ری‌استارت یا بازیابی شوند.

شاخص‌های سنجش High Availability

درصد آپ‌تایم (Uptime Percentage)

یکی از شاخص‌های مهم در سنجش HA، درصد آپ‌تایم است. این شاخص نشان می‌دهد در طول یک بازه‌ی زمانی، سرویس چه مقدار از زمان در دسترس بوده است. حتی تفاوت یک صدم درصد در Uptime می‌تواند تفاوتی چشمگیر در زمان واقعی ایجاد کند.

شرکت‌هایی مانند گوگل و آمازون اغلب عملکرد ۹۹.۹۹ یا ۹۹.۹۹۹ درصدی را برای سرویس‌های اصلی خود هدف قرار می‌دهند.

موارد استفاده از High Availability

دیتاسنترها

در دیتاسنترها کوچک‌ترین اختلال می‌تواند میلیون‌ها کاربر را تحت‌تاثیر قرار دهد. معماری High Availability در این مراکز با افزونگی در برق (UPS و ژنراتور)، خنک‌کننده‌ها، مسیرهای شبکه و تجهیزات ذخیره‌سازی، پایداری را تضمین می‌کند. بسیاری از دیتاسنترها بر اساس استاندارد Tier III و Tier IV طراحی می‌شوند که به معنی دسترسی بالای ۹۹.۹۹٪ است.

سرویس‌های ابری (Cloud Services)

در زیرساخت‌های ابری مانند AWS، Google Cloud یا Microsoft Azure، داده‌ها و سرویس‌ها در چندین Region و Availability Zone توزیع می‌شوند. در صورت خرابی یکی از نواحی، ترافیک به‌طور خودکار به منطقه‌ی سالم هدایت می‌شود.

برای مثال، Amazon S3 به‌گونه‌ای طراحی شده که ۱۱ عدد ۹ (99.999999999%) دوام داده ارائه می‌دهد، یعنی احتمال از دست رفتن داده تقریبا صفر است.

سرورهای سازمانی (مثل HP, Dell, IBM)

در بسیاری از سازمان‌ها، سرورهای HP یا Dell با قابلیت‌هایی مانند Dual Power Supply، RAID 10، NIC Teaming و Hot-Swap Components استفاده می‌شوند. این ویژگی‌ها باعث می‌شوند خرابی یک مولفه بدون تاثیر بر عملکرد کلی جبران شود.

در معماری‌های پیشرفته‌تر، چند سرور به‌صورت Cluster به هم متصل می‌شوند تا در صورت خرابی یکی، دیگری بلافاصله وظیفه‌اش را بر عهده بگیرد.

کسب‌وکارهای حساس (Mission-Critical Systems)

در صنایع حساس مانند بانکداری، مخابرات، حمل‌ونقل هوایی یا خدمات درمانی، حتی چند ثانیه قطعی می‌تواند خسارت‌بار باشد. در این حوزه‌ها، سیستم‌ها به‌صورت Active-Active در چند مکان مختلف پیاده‌سازی می‌شوند و داده‌ها به‌صورت هم‌زمان تکرار (Replication) می‌گردند تا هیچ اختلالی رخ ندهد.

مزایا و چالش‌های High Availability

مزایا

• کاهش زمان ازکارافتادگی (Downtime): مکانیزم‌های Failover و Redundancy باعث می‌شوند سرویس تقریبا همیشه در دسترس بماند.
• افزایش رضایت کاربران: کاربران از تجربه‌ی پایدار و بدون وقفه بهره‌مند می‌شوند.
• حفاظت از داده‌ها: داده‌ها در چند نقطه ذخیره و تکرار می‌شوند و احتمال از دست رفتنشان کاهش می‌یابد.
• بهبود اعتبار سازمان: پایداری مداوم سرویس‌ها موجب اعتماد مشتریان و رشد برند می‌شود.
• امکان نگهداری بدون توقف: می‌توان بروزرسانی‌ها و تعمیرات را بدون قطع سرویس انجام داد.

چالش‌ها

• هزینه‌ی بالا: پیاده‌سازی افزونگی سخت‌افزاری، شبکه‌ای و نرم‌افزاری به بودجه‌ی قابل توجهی نیاز دارد.
• پیچیدگی فنی: هماهنگی میان گره‌ها، مدیریت Failover و همگام‌سازی داده‌ها پیچیده است.
• نیاز به مهارت تخصصی: طراحی و نگهداری سیستم‌های HA نیازمند تیم‌های DevOps و مهندسان زیرساخت باتجربه است.
• آزمایش و مانیتورینگ مداوم: سیستم‌های HA باید به‌صورت منظم تست شوند تا در زمان واقعی عملکرد درستی داشته باشند.

بهترین روش‌های پیاده‌سازی High Availability

در سطح سخت‌افزار

• استفاده از سرورهای دارای منابع دوگانه (منبع تغذیه، هارد، کارت شبکه)
• پیاده‌سازی RAID 10 برای افزونگی ذخیره‌سازی
• طراحی شبکه با چند مسیر فیزیکی (Multi-Path Networking)
• استفاده از UPS و ژنراتور پشتیبان برای برق اضطراری
• بهره‌گیری از Cluster Hardware Nodes

در سطح نرم‌افزار

• استفاده از Load Balancerهای نرم‌افزاری مانند NGINX یا HAProxy
• طراحی میکروسرویس‌ها به جای معماری‌های یکپارچه (Monolithic)
• استفاده از Replication در پایگاه داده‌ها (مثل PostgreSQL Streaming Replication یا MySQL Cluster)
• راه‌اندازی سیستم‌های Container Orchestration مانند Kubernetes که ذاتا HA را پشتیبانی می‌کنند.
• به‌کارگیری ابزارهای مانیتورینگ هوشمند برای کشف خودکار خطا و بازیابی خودکار.

در سطح شبکه و زیرساخت

• پیاده‌سازی مسیرهای ارتباطی چندگانه از ISPهای مختلف
• استفاده از پروتکل‌هایی مانند VRRP یا HSRP برای داشتن IP مجازی مشترک میان روترها
• استفاده از DNSهای افزونه (مانند Cloudflare Load Balancing) برای هدایت هوشمند کاربران
• طراحی فایروال‌های HA با پشتیبانی از State Synchronization بین جفت‌ها.

سوالات متداول کاربران درباره معماری High Availability

آنچه درباره معماری High Availability آموختیم

در جهان امروز پایداری و تداوم سرویس‌ها یک ضرورتی اجتناب‌ناپذیر است. هر لحظه از کار افتادن یک سرویس، می‌تواند به معنای از دست رفتن درآمد، کاهش اعتماد کاربران و آسیب به اعتبار برند باشد. در چنین شرایطی، معماری High Availability به عنوان ستون اصلی در طراحی سیستم‌های مدرن مطرح می‌شود؛ معماری‌ای که هدف آن تضمین عملکرد پایدار و در دسترس بودن همیشگی خدمات است.

High Availability تنها یک فناوری نیست، بلکه فلسفه‌ای در طراحی زیرساخت‌هاست که به ما یادآوری می‌کند هیچ سیستم کاملی وجود ندارد، اما می‌توان با پیش‌بینی هوشمندانه، اثر خرابی‌ها را به حداقل رساند. این معماری با تکیه بر افزونگی، توزیع بار، مکانیزم‌های Failover و نظارت مداوم، محیطی ایجاد می‌کند که در برابر خطاها مقاوم و در برابر بحران‌ها واکنش‌پذیر باشد. High Availability با انتخاب درست سخت‌افزار و پیاده‌سازی اصولی ممکن می‌شود. برای دریافت مشاوره رایگان در این زمینه می‌توانید با شماره 0218363 تماس بگیرید یا روی لینک زیر بزنید.

با مشاوران شبکه فالنیک، کسب‌وکارتان را متحول کنید

با دریافت مشاوره شبکه از متخصصین کاربلد، شبکه‌ای می‌سازید که تا سال‌ها کسب‌و‌کارتان را بیمه می‌کند. در این مسیر سه دهه تجربه متخصصان فالنیک، همراه شماست. با کلیک روی لینک، اولین قدم برای ایجاد و رشد کسب و کارتان را بردارید.

درخواست مشاوره شبکهمشاوره رایگان