Was ist Load Balancing? Definition von Lastverteilung

Load Balancing (Lastverteilung) ist die systematische oder effiziente Verteilung von Netzwerk- oder Anwendungsdatenverkehr auf mehrere Server in einer Serverfarm. Load Balancer werden zwischen Client-Geräten und Backend-Webservern eingesetzt. Hier leiten sie eingehende Anfragen an einen geeigneten verfügbaren Server weiter.

Weitere Themen zum Load Balancing

Was sind Load Balancer und wie funktionieren sie?

Load Balancer:

  • Load Balancer (Lastverteiler) können in Form eines physischen Geräts, einer virtuellen Instanz, die auf einer speziellen Hardware ausgeführt wird, oder eines Software-Prozesses auftreten.
  • Sie können in Application Delivery Controller (ADCs) integriert werden, um die Rechenleistung und Sicherheit dreistufiger Web- und Mikroservice-Anwendungen umfassend zu verbessern – unabhängig davon, wo sie gehostet werden.
  • Ist in der Lage, diverse Load Balancing-Algorithmen zu nutzen, darunter das Round Robin- und Server-Antwortzeit-Verfahren (engl. response time) sowie die Methode der geringsten Beanspruchung, um Datenverkehr entsprechend der aktuellen Anforderungen zu verteilen.
     
Load Balancer erkennen den Zustand von Backend-Ressourcen und senden keinen Datenverkehr an Server, die die Anfrage nicht bewältigen können.

Egal, ob Hardware, Software oder ein bestimmter Algorithmus verwendet wird, ein Load Balancer verteilt Datenverkehr auf verschiedene Web-Server im Ressourcen-Pool, um sicherzustellen, dass kein Server überlastet und dadurch unzuverlässig wird. Load Balancer minimieren die Server-Reaktionszeit und maximieren den Durchsatz.

Die Rolle eines Load Balancers wird häufig mit der eines Verkehrspolizisten verglichen. Der Load Balancer hat die Aufgabe, jederzeit Anfragen an die richtigen Orte weiterzuleiten und so kostenintensive Engpässe und unvorhersehbare Ereignisse zu vermeiden. Load Balancer sollten die Leistung und Sicherheit garantieren, die erforderlich ist, um komplexe IT-Umgebungen sowie die dazugehörigen komplexen Workflows zu unterstützen.

Load Balancing ist die skalierbarste Methode, um diverse Anfragen von modernen Workflows mit mehreren Anwendungen und Geräten zu meistern. Gemeinsam mit Plattformen, die einen nahtlosen Zugriff auf verschiedene Anwendungen, Dateien und Desktops in modernen digitalen Workspaces ermöglichen, unterstützt Load Balancing einen konsistenten und zuverlässigen Benutzerkomfort für Mitarbeiter.

Vergleich zwischen Hardware- und Software-basierten Load Balancern

Hardware-basierte Load Balancer funktionieren wie folgt:

  • Hierbei handelt es sich meist um Geräte mit hoher Performance, die mehrere Gigabit Datenverkehr von verschiedenen Anwendungen sicher verarbeiten können.
  • Diese Geräte besitzen möglicherweise auch integrierte Visualisierungsfunktionen, die verschiedene virtuelle Load Balancer-Instanzen auf der gleichen Hardware konsolidieren.
  • Dies ermöglicht u. A. flexiblere mandantenfähige Architekturen sowie vollständige Isolation von Mandanten.

Software-basierte Load Balancer:

  • Können Load Balancing-Hardware vollständig ersetzen und bieten gleichzeitig analoge Funktionen und mehr Flexibilität.
  • Sie können in gängigen Hypervisoren, in Containern oder als Linux-Prozess in einer schlanken Umgebung auf Bare-Metal-Servern ausgeführt werden, und sind leicht konfigurierbar, je nach Anwendungsfall und technischen Anforderungen.
  • Kann Platz sparen und die Ausgaben für Hardware senken.

L4-, L7- und GSLB-Load-Balancer im Überblick

Mitarbeiter machen von Tag zu Tag unterschiedlichste Erfahrungen in einem digitalen Workspace. Die Produktivität der Mitarbeiter fluktuiert je nach Sicherheitsmaßnahmen in ihren Konten oder der Performance der verwendeten Anwendungen. Mehr als 70 % der Vertriebsmitarbeiter kämpfen regelmäßig damit, Daten von mehreren verteilten Anwendungen zu verbinden. Diese Aufgabe erschwert sich zusätzlich durch eine langsame Reaktionszeiten aufgrund von unzureichendem Load Balancing.

In anderen Worten, digitale Workspaces sind stark von den Anwendungen abhängig. SaaS-Anwendungen werden immer mehr gefordert. Die zuverlässige Bereitstellung bei Benutzern wird schnell zur Herausforderung, wenn kein geeignetes Load Balancing vorhanden ist. Mitarbeiter, die bereits mehrere Systeme, Oberflächen und Sicherheitsanforderungen meistern müssen, werden zusätzlich durch eine schlechte Performance und Ausfälle belastet.

Um mehr Konsistenz zu schaffen, die Ausfallsicherheit zu reduzieren und die sich ständig ändernden Anforderungen von Benutzern zu erfüllen, müssen Serverressourcen frei verfügbar sein und auf den Ebenen 4 und/oder 7 des Open Systems Interconnection Modells (OSI) muss ein Lastenausgleich stattfinden.

  • Load Balancer der Ebene 4 (E4) agieren auf der Transportebene. Das bedeutet, dass Routing-Entscheidungen auf TCP- oder UDP-Ports erfolgen können, die von Paketen gemeinsam mit der Quelle und der Ziel-IP-Adresse verwendet werden. L4-Load Balancer führen Network Address Translation durch aber untersuchen nicht den tatsächlichen Inhalt von Paketen.
  • Load Balancer der Ebene 7 (E7) agieren auf Anwendungsebene – der höchsten Ebene im OSI-Modell. Sie können einen größeren Datenumfang bewerten als E4-Load Balancer, darunter auch HTTP-Header und SSL-Sitzungs-IDs, wenn sie entscheiden, wie Anfragen in der Serverfarm verteilt werden.

Das Load Balancing auf E7 ist rechenintensiver als auf E4. Auf E7 kann es jedoch auch effizienter sein, da mehr Kontext für das Verständnis und die Verarbeitung von Client-Anfragen an Server vorhanden ist.

Zusätzlich zu grundlegendem Load Balancing auf E4 und E7 kann GSLB (Global Server Load Balancing) die Funktion beider Ebenen auf mehrere Rechenzentren erweitern, damit große Datenverkehrsvolumen effizient verteilt und Leistungseinbußen für Benutzer möglichst verhindert werden.

Anwendungen werden immer häufiger in Cloud-Rechenzentren an verschiedenen Standorten gehostet. GSLB ermöglicht es IT-Organisationen, Anwendungen mit höherer Zuverlässigkeit und einer geringeren Latenz auf beliebigen Geräten oder an beliebigen Standorten zur Verfügung zu stellen. Benutzer erhalten dadurch konsistenteren Benutzerkomfort, wenn sie an einem digitalen Arbeitsplatz mehrere Anwendungen und Dienste gleichzeitig jonglieren müssen.

Was sind die gängigsten Load Balancing-Algorithmen?

Ein Load Balancer oder der ADC, auf dem er bereitgestellt wird, folgen einem Algorithmus, um zu bestimmen, wie Anfragen in einer Serverfarm verteilt werden. Hierfür stehen diverse Optionen bereit – von einfach bis komplex.

Round Robin

Round Robin ist eine einfache Technik, um sicherzustellen, dass ein virtueller Server jede Client-Anfrage basierend auf einer Rotationsliste an einen anderen Server weiterleitet. Round Robin ist für Load Balancer einfach zu implementieren. Die Last, die bereits auf einem Server vorhanden ist, wird jedoch nicht berücksichtigt. Es besteht die Gefahr, dass ein Server viele rechenintensive Anfragen erhält und es zu einer Überlastung kommt.

Methode der geringsten Beanspruchung

Bei Round Robin wird die aktuelle Last auf einem Server nicht berücksichtigt (lediglich die Reihenfolge der Rotation). Bei der Methode der geringsten Belastung wird die aktuelle Last sehr wohl berücksichtigt, was zu einer besseren Performance führt. Virtuelle Server, die die Methode der geringsten Belastung verwenden, versuchen, Anfragen an den Server zu senden, der aktuell die geringste Auslastung hat.

Methode der kürzesten Antwortzeit

Die Methode der kürzesten Antwortzeit ist fortschrittlicher als die Methode der geringsten Belastung. Sie verlässt sich auf die Reaktionszeit eines Servers durch eine Zustandsprüfung. Die Reaktionsgeschwindigkeit dient als Indikator für die Auslastung des Servers und den zu erwartenden Benutzerkomfort. Einige Load Balancer berücksichtigen auch die Anzahl der aktiven Verbindungen auf den einzelnen Servern.

Methode der geringsten Bandbreite

Diese Methode stellt einen relativ einfachen Algorithmus dar. Hier wird der Server ausgewählt, der aktuell den geringsten Datenverkehr verzeichnet (gemessen in Mbit/s).
Least Packets-Methode

Bei dieser Methode wird der Service ausgewählt, der in einem bestimmten Zeitraum die wenigsten Pakete erhalten hat.

Hashing-Methode

Methoden in dieser Kategorie entscheiden basierend auf einem Hash verschiedenster Daten eingehender Pakete. Dazu gehören Verbindungs- oder Header-Informationen wie Quelle/Ziel-IP-Adresse, Portnummer, URL oder Domänenname von eingehenden Paketen.

Methode der benutzerdefinierten Last

Mithilfe dieser Methode kann der Load Balancer die Last auf individuellen Servern über SNMP abfragen. Der Administrator definiert die gewünschte Serverlast, um die CPU-Auslastung, Speicherauslastung und die Reaktionszeit abzufragen. Anschließend werden diese Informationen passend für die Anfrage zusammengefasst.

Warum ist das Load Balancing notwendig?

Ein ADC mit Load Balancing unterstützt IT-Abteilungen bei der Skalierung und Verfügbarkeit von Services. Diese fortschrittliche Variante für die Verwaltung von Datenverkehr unterstützt Unternehmen dabei, Anfragen für jeden Benutzer der richtigen Ressource zuzuweisen. Ein ADC bietet darüber hinaus viele weitere Funktionen (z. B. Verschlüsselung, Authentifizierung und Web Application Firewall), die eine zentrale Kontrollfunktion für die Sicherung, Verwaltung und Überwachung vieler Anwendungen und Services in diversen Umgebungen bieten und optimalen Benutzerkomfort gewährleisten.

Weitere Informationen zu Load Balancern:

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