Was ist der DNS-Lastausgleich und wie funktioniert es?

Der DNS-Lastausgleich verteilt den eingehenden Netzwerkdatenverkehr auf mehrere Server oder Ressourcen, um die Verfügbarkeit, Skalierbarkeit und Leistung eines Dienstes oder einer Anwendung zu verbessern, indem die Last auf mehrere Serverinstanzen verteilt wird. Er stellt eine einfache und effiziente Möglichkeit dar, die Last auf mehrere Server zu verteilen.

Das DNS wird oft als das Telefonbuch des Internets bezeichnet, da es die Domänennamen von Websites (z. B. f5.com oder amazon.com) in numerische IP-Adressen übersetzt, die von Servern verwendet werden, um Websites und mit dem Internet verbundene Geräte zu identifizieren. Dieser Vorgang wird DNS-Auflösung genannt. Bei der DNS-Auflösung kontaktiert der Browser eines Benutzers einen DNS-Server, um die korrekte numerische IP-Adresse der Ziel-Website anzufordern.

Der DNS-Resolver sucht die IP-Adresse, die mit dem angeforderten Domänennamen verbunden ist, indem er die DNS-Server der Domäne nach dem A-Datensatz oder Adressdatensatz der Domäne abfragt, der Domänennamen einer oder mehreren IP-Adressen zuordnet. Der DNS-Resolver kann auch auf einen CNAME (Canonical Name)-Datensatz stoßen, der einen Domänennamen einem anderen Domänennamen als Alias oder zwischen einer übergeordneten Domäne und Subdomänen zuordnet.

Die meisten Domänen setzen heute mehrere DNS-Server ein, um sich gegen Serverausfälle zu schützen oder ein hohes Datenverkehrsaufkommen zu bewältigen. Jede dieser verschiedenen Serverinstanzen, die alle eine andere IP-Adresse haben, kann eingehende Anforderungen für die Domäne bearbeiten, sodass die DNS-Abfrage eine Liste mit mehreren IP-Adressen als Antwort auf die DNS-Abfrage zurückgibt. Ein DNS-Load-Balancer verwendet verschiedene Methoden oder Regeln, um auszuwählen, welche IP-Adresse als Antwort auf eine DNS-Abfrage gemeinsam genutzt werden soll, um sicherzustellen, dass der Verbindungsdatenverkehr auf mehrere verfügbare Server verteilt wird.

Ein CNAME-Eintrag kann auch beim DNS-Lastausgleich nützlich sein, da er es einem einzelnen Domänennamen ermöglicht, in dieselbe IP-Adresse wie eine andere Domäne aufgelöst zu werden: Ein CNAME kann so eingerichtet werden, dass er auf den Domänennamen eines Lastausgleichs oder auf den primären Domänennamen verweist, der den Lastausgleich nutzt.

Der DNS-Lastausgleich verteilt den eingehenden Netzwerkdatenverkehr auf mehrere Serverinstanzen, um die Last zu verteilen und die Verfügbarkeit und Leistung der Anwendung oder des Dienstes zu verbessern. Wenn ein Server nicht mehr verfügbar oder überlastet ist, stellt der DNS-Resolver weiterhin-IP-Adressen für die verbleibenden Server zur Verfügung, wodurch Redundanz und Failover-Fähigkeiten gewährleistet werden.

Der DNS-Lastausgleich und der herkömmliche Lastausgleich dienen ähnlichen Zwecken, aber sie arbeiten auf unterschiedlichen Schichten des Netzwerk-Stacks und weisen einige wesentliche Unterschiede auf.

Der DNS-Lastausgleich erfolgt auf der DNS-Ebene der Anwendungsschicht 7 und verwendet das User Datagram Protocol (UDP) auf der Transportschicht des TCP/IP-Modells für den Datentransport, wobei UDP für DNS wegen seiner Geschwindigkeit und der leichten Pakete gegenüber TCP bevorzugt wird.

Die Implementierung des DNS-Lastausgleichs ist im Vergleich zu anderen Lastausgleichslösungen relativ einfach und vor allem für kleine und mittleren Unternehmen mit begrenztem Budget von Vorteil. Er erfordert keine komplexen Konfigurationen oder spezielle Load Balancer-Hardware oder -Software und ist somit auch für Unternehmen mit begrenzten IT-Ressourcen zugänglich. Der DNS-Lastausgleich kann auch so konfiguriert werden, dass Benutzer zu Servern in verschiedenen geografischen Regionen geleitet werden. Dies ist vor allem für Organisationen mit globaler Präsenz nützlich, da er den Datenverkehr an die nächstgelegene Anwendungsinstanz weiterleiten und/oder den Datenverkehr zur Einhaltung der DSGVO umleiten kann.

Der herkömmliche Lastausgleich hingegen arbeitet auf der Transportschicht 4 oder der Anwendungsschicht 7. Load Balancer auf Schicht 4 arbeiten mit Daten, die sich in Protokollen der Netzwerk- und Transportschichten (IP, TCP, UDP) befinden. Load Balancer auf Schicht 7 verteilen Anforderungen auf der Grundlage von Daten, die in Protokollen der Anwendungsschichten wie HTTP enthalten sind. Bei diesen Load Balancern handelt es sich in der Regel um dedizierte Geräte, die Hardware oder Software verwenden, um Client-Anforderungen auf eine Gruppe von Servern oder Serverinstanzen zu verteilen.

Diese Load Balancer bieten fortschrittlichere Funktionen und eine genauere Kontrolle über die Verteilung des Datenverkehrs. Die Verteilung der Client-Anforderungen wird in der Regel von einem speziellen Load Balancer-Gerät oder -Dienst gesteuert, der dynamische Entscheidungen auf der Grundlage der Leistung und anderer Faktoren treffen kann. Diese Load Balancer-Geräte oder -Dienste können auch fortschrittlichere Algorithmen ausführen und Zustandsprüfungen durchführen, um den Serverstatus zu überwachen und den Datenverkehr automatisch von fehlerhaften Servern zu entfernen oder auf fehlerfreie Server umzuleiten. Dies bietet eine höhere Verfügbarkeit und Fehlertoleranz.

DNS Round Robin ist eine grundlegende Form des Lastausgleichs, die sich auf DNS stützt, um Client-Anforderungen zu verteilen, indem eine Liste von IP-Adressen, die verschiedenen Servern zugeordnet sind, zyklisch durchlaufen wird. Jede Client-Anforderung wird automatisch an die nächste IP-Adresse in der Liste gesendet. DNS Round Robin ist relativ einfach einzurichten und zu verwalten, da es nur die Konfiguration mehrerer A-Datensätze erfordert, die verschiedenen IP-Adressen zugeordnet sind. Änderungen werden durch die Aktualisierung dieser A-Datensätze vorgenommen. Es berücksichtigt jedoch nicht notwendigerweise die Serververfügbarkeit; wenn ein Server nicht mehr verfügbar ist, kann der DNS Round Robin-Lastausgleich den Datenverkehr weiterhin an ihn leiten, bis der DNS-Datensatz manuell aktualisiert wird.

Fortgeschrittene Lastausgleichstechniken sind dagegen funktionsreicher und umfassen oft ausgefeilte Algorithmen, Zustandsprüfungen und Funktionen zur Verwaltung des Datenverkehrs, um den Datenverkehr effizient zu verteilen und eine hohe Verfügbarkeit, Skalierbarkeit und optimierte Leistung zu gewährleisten. Diese Verteilungsmechanismen umfassen gewichtete Rundlaufverfahren (Round Robin), aktive Verbindungslasten (Least Connections) oder auf der Antwortzeit basiertes Routing für eine effizientere und dynamischere Verteilung und Verwaltung des Datenverkehrs und eignen sich daher für komplexe Umgebungen mit hoher Nachfrage.

Der Lastausgleich spielt eine entscheidende Rolle bei der Verwaltung und Optimierung des Datenflusses in modernen Netzwerkumgebungen, da er dazu beiträgt, ein nahtloses und reaktionsschnelles Benutzererlebnis zu bieten und gleichzeitig die Systemverfügbarkeit und Reaktionsfähigkeit aufrechtzuerhalten, selbst bei hoher Last oder bei Serverausfällen.

Der DNS-Lastausgleich ermöglicht die Verteilung des Netzwerkdatenverkehrs auf mehrere Server oder Rechenzentren, was besonders wichtig für die Bereitstellung von Inhalten und die Bewältigung hoher Datenverkehrsaufkommen ist, wie z. B. bei E-Commerce-Websites, Social-Media-Plattformen und Online-Streaming-Diensten. Er trägt dazu bei, dass kein einzelner Server mit Datenverkehr überlastet wird, während andere nicht ausgelastet sind. Dies fördert die optimale Nutzung der Ressourcen und hilft, eine Überlastung der Server zu verhindern.

Der DNS-Lastausgleich trägt auch zur Hochverfügbarkeit bei. Durch die Verteilung des eingehenden Datenverkehrs auf mehrere Server oder Serverinstanzen wird das Risiko eines einzelnen Fehlerpunkts verringert. Wenn ein Server aufgrund eines Hardware-Fehlers, einer Wartung oder anderer Probleme nicht mehr verfügbar ist, kann der Load Balancer den Datenverkehr auf fehlerfreie Server umleiten und so die Ausfallzeit des Dienstes minimieren.

Wenn die Nachfrage nach einem Dienst oder einer Anwendung steigt, ermöglicht der Lastausgleich die einfache Skalierung von Ressourcen durch die horizontale Hinzufügung weiterer Server zum Pool. Diese Skalierbarkeit ist entscheidend für die Bewältigung des zunehmenden Datenverkehrs und stellt sicher, dass das System eine wachsende Benutzerbasis ohne Leistungseinbußen aufnehmen kann. Load Balancer können Faktoren wie Serverauslastung, Fehlertoleranz und Nähe zum Client berücksichtigen, um sicherzustellen, dass die Benutzer kurze Latenzzeiten und schnelle Antwortzeiten erleben.

Die Wahl der Lastausgleichsstrategie hängt von den spezifischen Anforderungen und Beschränkungen der Anwendung oder der Organisation ab und kann von Faktoren wie der Datenbankarchitektur, der Art der Anwendung, der Serverkapazität und den Merkmalen des Workloads abhängen.

Der gewichtete Rundlauf ist eine Lastausgleichsstrategie, bei der den verschiedenen Serverknoten in einem Pool unterschiedliche Gewichtungen oder Prioritäten zugewiesen werden, um die Verteilung der eingehenden Client-Anforderungen zu beeinflussen. Diese Strategie ist besonders nützlich, wenn es sich um Server mit unterschiedlichen Hardware-Spezifikationen oder Leistungsfähigkeiten handelt. Durch die Zuweisung von Gewichtungen können leistungsstärkere Server einen größeren Teil des Datenverkehrs bewältigen.

Dieser Ansatz berücksichtigt die geografische Nähe von Clients zu verschiedenen Serverstandorten und verwendet Gewichtungen, um die Verteilung von Client-Anforderungen zu beeinflussen. Der Load Balancer kennt sowohl die geografischen Standorte von Client-Anforderungen als auch die verfügbaren Serverstandorte oder Rechenzentren. Diese Informationen werden dann verwendet, um den nächstgelegenen oder optimalen Dienststandort für die Bearbeitung der Anforderungen zu ermitteln. Der geografische Lastausgleich ist besonders nützlich für Organisationen mit einer globalen Benutzerbasis und mehreren Rechenzentren oder Serverstandorten. Er kann eine konsistente Benutzererfahrung über verschiedene Regionen hinweg gewährleisten.

Beim dynamischen Lastausgleich wird die Verteilung des Netzwerkdatenverkehrs in Echtzeit auf der Grundlage des aktuellen Zustands der Server oder des Netzwerks angepasst. Dynamische Load Balancer überwachen den Zustand und die Leistung der Server im Pool, indem sie die Serververfügbarkeit, die Antwortzeiten, die CPU-Auslastung, die Speichernutzung und andere Metriken überprüfen. Auf der Grundlage der gesammelten Informationen leitet der Load Balancer eingehende Anforderungen dynamisch an den Server weiter, der für die Bearbeitung der Anforderung am geeignetsten ist. Der dynamische Lastausgleich wird in Szenarien eingesetzt, in denen die Datenverkehrsmuster unvorhersehbar sind, die Datenverkehrslast häufig schwankt oder ein hohes Maß an Leistungsoptimierung erforderlich ist. Sie wird häufig in Rechenzentren, Cloud Computing-Umgebungen, Content Delivery Netzworks (CDNs) und Anwendungen mit sich schnell ändernden Workloads eingesetzt.

Da DNS-Load-Balancer wichtige Tools für die Verwaltung des Datenverkehrs auf Ihrer Website oder in Ihrer Anwendung sind, ist es wichtig, sie richtig zu konfigurieren und zu verwalten. Die folgenden bewährten Praktiken können dazu beitragen, dass Ihr Load Balancer richtig konfiguriert ist und den Datenverkehrsanforderungen Ihrer Benutzer und Anwendungen gerecht werden kann.

Berücksichtigen Sie zunächst die spezifischen Anforderungen Ihrer Anwendungen oder Dienste, einschließlich Faktoren wie die erwarteten Datenverkehrsmuster, die geografische Verteilung der Benutzer, die Empfindlichkeit gegenüber Latenzzeiten und den Bedarf an Hochverfügbarkeit. Load Balancer sind am effektivsten, wenn sie entsprechend den spezifischen Datenverkehrsmustern konfiguriert werden. Nehmen Sie sich also die Zeit, den auf Ihrer Website oder in Ihrer Anwendung eingehenden Datenverkehr zu untersuchen und Ihre Konfiguration entsprechend zu optimieren.

Skalierbarkeit ist ein wichtiges Kriterium für die Zukunftssicherheit Ihrer Infrastruktur. Wenn Ihre Organisation und Ihre Benutzerbasis wachsen, werden sich wahrscheinlich auch Ihre Anforderungen an den DNS-Lastausgleich ändern. Stellen Sie sicher, dass Ihre Load-Balancer-Lösung als Reaktion auf den Datenverkehr hoch- oder herunterskaliert werden kann; diese Elastizität ist in Cloud-Umgebungen wertvoll, in denen Ressourcen dynamisch nach Bedarf bereitgestellt werden können.

Die Implementierung von Gesundheitsprüfungen und die kontinuierliche Überwachung des Status Ihrer Server sind entscheidend für die Erzielung einer Spitzenleistung Ihres Load Balancers. Überwachen Sie regelmäßig alle Serverressourcen (Speicherauslastung, CPU-Auslastung usw.), damit Sie potenzielle Probleme schnell erkennen und angehen können. Entfernen oder leiten Sie den Datenverkehr von fehlerhaften Servern um, um Hochverfügbarkeit zu gewährleisten.

Überprüfen Sie Ihre DNS-Lastausgleichskonfiguration regelmäßig und nehmen Sie Optimierungen auf der Grundlage von sich ändernden Datenverkehrsmustern, Serverleistung und Anwendungsanforderungen vor.

Wählen Sie eine DNS-Lastausgleichslösung, die Ihren Anforderungen entspricht. Achten Sie auf Funktionen wie geografischen Lastausgleich, gewichtetes Routing, Zustandsprüfungen, Sicherheitsschutz für Webanwendungen und APIs sowie einfache Verwaltung. Kundenspezifische und selbst zusammengestellte Load-Balancer-Lösungen bieten zwar mehr Kontrolle und Anpassungsmöglichkeiten, insbesondere für Organisationen mit sehr spezifischen Anforderungen, sind aber auch mit einer nicht zu unterschätzenden Verantwortung für die laufende Wartung, Sicherheit und Skalierbarkeit verbunden. DNS-Lastausgleichsdienste von Drittanbietern betreiben häufig ein verteiltes Netzwerk von Servern an mehreren geografischen Standorten. Diese globale Reichweite ermöglicht es ihnen, Benutzer effizient zum nächstgelegenen Server zu leiten, wodurch die Latenzzeit verkürzt und die Benutzererfahrung verbessert wird. Dienste von Drittanbietern bieten in der Regel auch eine Vielzahl von Lastverteilungsalgorithmen, mit denen Sie die Verteilung des Datenverkehrs auf der Grundlage Ihrer spezifischen Anforderungen und Serverkapazitäten fein abstimmen können. Servicebasierte Lastausgleichslösungen sind auch für die Bewältigung einer Vielzahl von Datenverkehrslasten ausgelegt und können je nach Bedarf hoch- oder herunterskaliert werden.

Der DNS-Lastausgleich ist eine effektive Lösung zur Verteilung des Datenverkehrs bei kleinen und mittleren Unternehmen oder Organisationen mit begrenzten IT-Ressourcen, da er keine komplexen Konfigurationen oder spezielle Load Balancer-Hardware oder -Software erfordert.

F5 bietet Cloud-basierte DNS-Load-Balancer-Dienste, die die komplexe Implementierung und Verwaltung vereinfachen und über APIs vollständig konfigurierbar sind, mit integriertem DDoS- und WAF-Schutz und Funktionen zur Notfallwiederherstellung. Der Dienst bietet globales standortbasiertes Routing, um den Anwendungsdatenverkehr effizient über die Umgebungen zu leiten und so eine hohe Leistung und ein optimales Benutzererlebnis zu gewährleisten. Das System überwacht Systemzustandsprüfungen, um ausgefallene oder beeinträchtigte Ressourceninstanzen zu erkennen und Clients umzuleiten, um die Verfügbarkeit von Anwendungen und Diensten aufrechtzuerhalten. F5 Distributed Cloud DNS Load Balancer bietet globale automatische Skalierung, um mit der Nachfrage Schritt zu halten, wenn die Anzahl der Anwendungen zunimmt, sich Datenverkehrsmuster ändern und das Anforderungsvolumen in die Höhe schnellt, aber mit nutzungsbasierten Preisen: Sie zahlen nur für die Dienste, die Sie benötigen und nutzen.