Was ist ein Load Balancer?

Benutzer und Kunden sind auf die Möglichkeit angewiesen, Informationen nahezu in Echtzeit zu finden und Transaktionen durchzuführen. Verzögerungen oder unzuverlässige und inkonsistente Antworten – selbst während der Spitzennachfrage- und Nutzungszeiträume – können einen Kunden für immer vergraulen. Und hohe Spitzen im Rechenbedarf können ein Chaos auf einem internen Server oder Serversystem verursachen, wenn die eingehende Nachfrage – oder „Last“ – zu hoch ist, um problemlos bewältigt werden zu können. 

Die Verwendung eines Lastenausgleichs bietet folgende Vorteile:

• Anwendungsverfügbarkeit: Sowohl interne als auch externe Benutzer müssen sich auf die Anwendungsverfügbarkeit verlassen können. Wenn eine Anwendung oder Funktion ausfällt, verzögert funktioniert oder einfriert, geht wertvolle Zeit verloren – und es entsteht eine potenzielle Reibungsquelle, die einen Kunden zur Konkurrenz abtreiben könnte.
• Skalierbarkeit der Anwendung: Stellen Sie sich vor, Sie betreiben ein Ticketunternehmen und es wird angekündigt, dass Tickets für eine beliebte Aufführung zu einem bestimmten Datum und Zeitpunkt erhältlich sein werden. Es könnten Tausende oder sogar noch mehr Leute versuchen, auf Ihre Site zuzugreifen, um Tickets zu kaufen. Ohne einen Lastenausgleich wäre Ihre Site auf die Kapazität Ihres einzelnen/ersten Servers beschränkt – was bei einer so großen Nachfrage wahrscheinlich nicht viel sein wird. Stattdessen können Sie diesen großen Verkehrsanstieg einplanen, indem Sie einen Lastenausgleich einsetzen, der Anfragen und Verkehr auf andere verfügbare Rechenflächen umleitet. Und das bedeutet, dass mehr Kunden an die gewünschten Tickets kommen.
• Anwendungssicherheit: Durch Lastenausgleich können Unternehmen ihre Sicherheitslösungen auch skalieren. Eine der wichtigsten Möglichkeiten besteht darin, den Datenverkehr auf mehrere Backend-Systeme zu verteilen. Dadurch wird die Angriffsfläche minimiert und die Erschöpfung der Ressourcen und die Überlastung der Links erschwert. Lastenausgleichsmodule können den Datenverkehr auch auf andere Systeme umleiten, wenn ein System anfällig oder kompromittiert ist. Darüber hinaus können Load Balancer eine zusätzliche Schutzebene gegen DDoS-Angriffe bieten, indem sie den Datenverkehr zwischen Servern umleiten, wenn ein bestimmter Server anfällig wird.
• Anwendungsleistung: Durch alle oben genannten Maßnahmen steigert ein Load Balancer die Anwendungsleistung. Indem sie die Sicherheit erhöhen, die Betriebszeit optimieren und Skalierbarkeit bei Bedarfsspitzen ermöglichen, sorgen Load Balancer dafür, dass Ihre Anwendungen wie vorgesehen funktionieren – und so, wie Sie und Ihre Kunden es erwarten.

Hinsichtlich ihrer Funktionsweise gibt es zwei Arten von Lastausgleichsalgorithmen: statische und dynamische. Beim statischen Lastausgleich wird die eingehende Last auf einem Server mithilfe von Algorithmen gemessen, die über Informationen zur Leistungskapazität der vorhandenen Server im verteilten Netzwerk verfügen. Durch dynamisches Lastenausgleich kann dynamisch ermittelt werden, wie viel Last während der Laufzeit abgeworfen werden muss und welches System die Last tragen soll.  Es ist für Systeme mit starken Schwankungen der Eingangslast ausgelegt. 

Im Folgenden sind einige der gängigen Typen von Lastausgleichsalgorithmen aufgeführt.

• Rundenturnier: Dieser Algorithmus sendet den Datenverkehr unter Verwendung des Domain Name System (DNS) abwechselnd an eine Liste von Servern. (Notiz: DNS-Lastausgleich kann auch eine dynamische Lösung sein.)
• Schwelle: Dieser Algorithmus verteilt Aufgaben basierend auf einem vom Administrator festgelegten Schwellenwert.
• Zufällig mit zwei Auswahlmöglichkeiten: Der „Power of Two“ -Algorithmus wählt zwei Server nach dem Zufallsprinzip aus und sendet die Anforderung an den ausgewählten Server, indem er dann den Least Connections-Algorithmus oder den Least Time-Algorithmus anwendet, sofern dieser so konfiguriert ist.
• Mindestanzahl an Verbindungen: Eine neue Anfrage wird an den Server mit den wenigsten aktuellen Client-Verbindungen gesendet. Die relative Rechenkapazität jedes Servers wird berücksichtigt, um zu bestimmen, welcher Server über die wenigsten Verbindungen verfügt oder welcher die geringste Bandbreite oder Ressourcen nutzt.
• Mindestzeit: Bei diesem Algorithmus wird eine Anfrage an den Server gesendet, der nach einer Formel ausgewählt wird, die die schnellste Antwortzeit und die wenigsten aktiven Verbindungen kombiniert. 
• URL-Hash: Dieser Algorithmus generiert einen Hash-Wert basierend auf der in den Clientanforderungen vorhandenen URL. Auf Basis des Hashwertes werden die Anfragen an die Server weitergeleitet. Der Load Balancer speichert den Hashwert der URL im Cache, sodass nachfolgende Anfragen, die dieselbe URL verwenden, zu einem Cache-Treffer führen und an denselben Server weitergeleitet werden.
• Quell-IP-Hash: Dieser Algorithmus verwendet die Quell- und Ziel-IP-Adressen des Clients, um einen eindeutigen Hash-Schlüssel zu generieren, der den Client an einen bestimmten Server bindet. Da der Schlüssel bei einer Trennung der Sitzung neu generiert werden kann, können Wiederverbindungsanforderungen an den gleichen Server umgeleitet werden, der zuvor verwendet wurde.
• Konsistentes Hashing: Dieser Algorithmus bildet sowohl Clients als auch Server auf einer Ringstruktur ab, wobei jedem Server je nach Kapazität mehrere Punkte auf dem Ring zugewiesen werden. Wenn eine Client-Anforderung eingeht, wird sie zu einem Punkt im Ring gehasht und dann dynamisch im Uhrzeigersinn an den nächsten verfügbaren Server weitergeleitet.

Der Lastenausgleich funktioniert, indem auf eine Benutzeranforderung entweder statisch oder dynamisch geantwortet wird und diese Anforderung an einen der Backend-Server verteilt wird, der die Anforderung erfüllen kann. Wenn einer der Server ausfällt, leitet der Load Balancer den Datenverkehr auf die verbleibenden Online-Server um.

Ein Beispiel für statischen Lastausgleich: Ein Unternehmen hostet eine Website mit weitgehend statischem Inhalt. Dieses Szenario wäre ideal für einen statischen Lastenausgleich, da der Datenverkehrsbedarf vorhersehbar und konsistent ist. Das Unternehmen kann zwei (oder mehr) identische Webserver verwenden, auf die der statische Lastenausgleich den Datenverkehr verteilen kann.

Ein Beispiel für dynamischen Lastausgleich: In einem Unternehmen kommt es zu plötzlichen Anstiegen und Einbrüchen beim Datenverkehr. Einige sind vorhersehbar und andere nicht. Diese Organisationen würden von einem dynamischen Lastausgleich profitieren. Zu solchen Unternehmen könnte es sich etwa um einen E-Commerce-Händler handeln, der die Öffnungszeiten und Daten des Black Friday bekannt gibt; ein Gesundheitsunternehmen, das gerade angekündigt hat, dass man online Termine für eine saisonale Impfung vereinbaren kann; eine staatliche Arbeitslosenagentur, die von Empfängern von Arbeitslosenunterstützung verlangt, wöchentlich an einem bestimmten Wochentag einen Antrag zu stellen; eine Hilfsorganisation, die möglicherweise schnell online auf eine Naturkatastrophe reagieren muss. Einige dieser Anstiege und Spitzen im Verkehr und der Nachfrage lassen sich planen, andere wiederum nicht. In diesen Szenarien trägt ein dynamischer Lastausgleichsalgorithmus dazu bei, den Zugriff auf Apps und Ressourcen dann sicherzustellen, wenn Kunden und Benutzer sie am dringendsten benötigen.

Es gibt andere Arten von Load Balancer-Lösungen, die allein oder in einem Netzwerk mit Cloud-nativen Load Balancern verwendet werden können. Hier sind einige bemerkenswerte Typen.

Hardware-Lastenausgleich: Ein Hardware-Load Balancer ist ein physisches Gerät mit einem speziellen Betriebssystem, das so programmiert werden kann, dass es den Web-Datenverkehr auf mehrere Anwendungsserver (in der Regel vor Ort) verteilt. 

Software Load Balancer: Ein Software-Load Balancer funktioniert wie ein physischer Load Balancer, läuft aber auf Softwareprogrammen . Die Software sorgt dafür, dass Apps trotz aller Verkehrsanforderungen verfügbar bleiben, und nutzt sowohl statisches als auch dynamisches Lastenausgleich, um einzelne Ausfallpunkte zu vermeiden.

Virtueller Load Balancer: Ein Lastenausgleichstyp, der Hardware- und Software-Lastenausgleichsmodule kombiniert, ist ein virtueller Lastenausgleich. Es verwendet eine Application Delivery Controller-Software, die dabei hilft, die Netzwerkverkehrslast auf die Hardware-Backend-Server zu verteilen.