Lastverteilung über Server

Load Balancing verteilt eingehenden Datenverkehr auf mehrere Server, damit kein einzelner Server überlastet wird. Statt dass ein ausgelasteter Server langsamer wird, teilen sich mehrere Server die Arbeit. Das verbessert Leistung und Zuverlässigkeit. Ein Gerät oder Dienst namens Load Balancer steht vor den Servern und verteilt Anfragen auf sie. Dadurch erscheint ein Serverpool wie ein einziger schneller Dienst.

Lastverteilung bietet zwei große Vorteile: Skalierbarkeit und Verfügbarkeit. Wenn Sie weitere Server hinter dem Load Balancer hinzufügen, steigt die Kapazität für wachsende Anforderungen. Fällt ein Server aus, sendet der Load Balancer einfach keinen Datenverkehr mehr an ihn, sodass die Benutzer weiterhin bedient werden. So wird aus einem anfälligen einzelnen Server ein ausfallsicherer und erweiterbarer Verbund.

Ein Load Balancer empfängt Clientanfragen an einer zentralen virtuellen Frontend-IP-Adresse (VIP) und leitet jede Anfrage an einen der Backend-Server weiter. Clients kommunizieren ausschließlich mit der VIP und wissen nicht, wie viele Server dahinter vorhanden sind. Der Load Balancer kann als dedizierte Hardware-Appliance oder als Software ausgeführt sein. Häufig wird auch er redundant ausgelegt, damit er nicht zu einem SPOF wird.

Load Balancer verwenden Algorithmen, um einen Server auszuwählen. Round Robin durchläuft die Server der Reihe nach. Least Connections wählt den Server mit den wenigsten aktiven Sitzungen. Weighted-Verfahren bevorzugen leistungsfähigere Server. Mit dem passenden Algorithmus lässt sich der Datenverkehr an die Serverkapazität anpassen, sodass die Server gleichmäßig und effizient ausgelastet werden.

Ein Load Balancer führt fortlaufend Zustandsprüfungen durch und fragt jeden Server ab, um zu bestätigen, dass er antwortet. Wenn ein Server eine Prüfung nicht besteht, sendet der Load Balancer so lange keine Anfragen mehr an ihn, bis er sich erholt hat. Dadurch wird die Lastverteilung zugleich zu einem Werkzeug für Hochverfügbarkeit: Ausgefallene Server werden automatisch aus der Verteilung genommen, sodass Benutzer nie auf einen nicht erreichbaren Server treffen.

Bei manchen Anwendungen müssen die Anfragen eines Benutzers weiterhin an denselben Server gesendet werden, etwa damit ein im Arbeitsspeicher dieses Servers gespeicherter Warenkorb erhalten bleibt. Sitzungspersistenz (oder „sticky sessions“) bindet einen Client für die Dauer seiner Sitzung an einen Server. Ohne diese Funktion könnte ein Benutzer beim Wechsel zwischen Servern den Sitzungsstatus während einer Aufgabe verlieren.

Load Balancer arbeiten auf unterschiedlichen Layern. Ein Layer-4-Load-Balancer verteilt Datenverkehr anhand von IP-Adresse und TCP-/UDP-Port. Er ist schnell, berücksichtigt jedoch keine Inhalte. Ein Layer-7-Load-Balancer liest Anwendungsdaten wie HTTP-URLs und ermöglicht dadurch intelligentes Routing, etwa indem er /images an einen Pool und /api an einen anderen sendet. Layer 7 ist leistungsfähiger, erfordert aber mehr Verarbeitung pro Anfrage.

Load Balancer übernehmen häufig das SSL/TLS-Offloading (Termination): Sie erledigen die Verschlüsselungsarbeit für die Clients und entschlüsseln den Datenverkehr, sodass die Backend-Server dies nicht tun müssen. Dadurch steht auf den Servern mehr CPU-Leistung für die Anwendung zur Verfügung, und die Zertifikatsverwaltung wird auf dem Load Balancer zentralisiert. Das ist ein häufiger Grund, warum Unternehmen einen intelligenten Layer-7-Load-Balancer vor ihren Webservern einsetzen.

Wenn der gesamte Datenverkehr über einen einzigen Load Balancer läuft, wird dieser zu einem Single Point of Failure. Deshalb werden Load Balancer als Paare bereitgestellt, entweder active-active oder active-passive, mit einem Failover zwischen ihnen. Das Werkzeug, das die Verfügbarkeit sicherstellt, muss selbst hochverfügbar sein. Ein redundantes Load-Balancer-Paar hält das gesamte Frontend ausfallsicher.

Cloud-Anbieter stellen Lastverteilung als Managed Service bereit, der automatisch mit dem Bedarf skaliert. Zusammen mit automatisch skalierten Servergruppen kann die Cloud je nach Auslastung Server hinter dem Load Balancer hinzufügen oder entfernen und den Datenverkehr anschließend auf die jeweils verfügbaren Server verteilen. Dieses elastische Modell ist ein wesentlicher Grund dafür, dass Cloud-Anwendungen große und wechselnde Datenverkehrsmengen zuverlässig bewältigen.

Lastverteilung und Redundanz ergänzen sich bei Leistung und Hochverfügbarkeit. Redundanz stellt zusätzliche Kapazität und Ersatzkomponenten bereit; die Lastverteilung nutzt diese Kapazität aktiv, verteilt die Arbeit und leitet den Datenverkehr in Echtzeit um Ausfälle herum. Gemeinsam sorgen sie dafür, dass ein Dienst auch unter hoher Last schnell bleibt und bei Ausfällen einzelner Server verfügbar bleibt – ein Grundpfeiler ausfallsicherer Architektur.

Sie haben die Lastverteilung kennengelernt. Wichtige Punkte:

• Sie verteilt den Datenverkehr auf mehrere Server und ermöglicht dadurch Skalierbarkeit und Verfügbarkeit.
• Clients greifen auf eine virtuelle IP-Adresse zu; der Load Balancer wählt einen Backend-Server aus.
• Zu den Algorithmen gehören Round Robin, Least Connections und Weighted.
• Zustandsprüfungen entfernen ausgefallene Server; Persistenz hält Sitzungen an einem Server.
• Layer 4 und Layer 7 unterscheiden sich; Load Balancer selbst werden redundant ausgelegt.