Bei der Übertragung von Inhalten über das Internet gibt es verschiedene Prozesse, die den meisten Nutzern nicht bewusst sind. Die Inhalte, auf die du zugreifst, kommen von einem Server, der viel verarbeiten muss, um dir die richtigen Inhalte zu liefern. Genau hier kommt der Lastausgleich ins Spiel!
Wenn eine Website mehr Traffic als üblich erhält, wird sie tendenziell langsamer, was das Nutzererlebnis stören kann. Um die Website am Laufen zu halten, setzen Webentwickler/innen Techniken zur Lastverteilung ein. In diesem Artikel gehen wir auf die verschiedenen Arten und Vorteile des Lastausgleichs ein und erklären, wie er funktioniert, damit deine Website bei den Nutzern beliebt bleibt.
Was ist Load Balancing?
Der Prozess der effektiven Aufteilung des eingehenden Netzwerkverkehrs auf eine Sammlung von Backend-Servern, auch Serverfarm oder Serverpool genannt, wird Lastausgleich genannt. Diese Methode wird eingesetzt, um die Reaktionszeit zu verkürzen, den Durchsatz zu erhöhen und die Geschwindigkeit deiner Website zu steigern.
Mit dem immer stärkeren Einsatz von Technologie setzen moderne Websites diese Technik ein, da sie täglich mit einem hohen Verkehrsaufkommen konfrontiert sind. Um zu gewährleisten, dass alle Ressourcenserver gleichmäßig genutzt werden, wird ein Load Balancer zwischen dem Nutzer und der Servergruppe platziert.
Arten von Load Balancers
Der Einsatz der einzelnen Arten von Load Balancern hängt von den Bedürfnissen des Netzwerks ab. Es gibt die folgenden zwei Arten von Load Balancern:
Hardware-Load Balancers
Ein Hardware-Load-Balancer ist ein Hardware-Gerät, das riesige Datenmengen sicher verarbeiten und auf Hunderte von verschiedenen Servern umleiten kann. Sie befinden sich in Rechenzentren, und du kannst die Virtualisierung nutzen, um mehrere digitale oder virtuelle Load Balancer zu erstellen, die du zentral steuern kannst.
Software-Load Balancers
Anwendungen, die alle Aspekte des Lastausgleichs übernehmen, werden als softwarebasierte Load Balancer bezeichnet. Sie nutzen virtuelle Online-Maschinen oder White-Box-Server, um als Application Delivery Controller zu fungieren. Sie können als vollständig verwalteter Dienst eines Drittanbieters in Anspruch genommen oder auf einem beliebigen dedizierten Hosting-Server installiert werden. Der virtuelle Lastausgleich bietet eine hohe Flexibilität und ermöglicht es den Nutzern, die Leistung je nach Netzwerkaktivität zu erhöhen oder zu verringern.
Vorteile des Load Balancing
Die Lastverteilung ist dafür verantwortlich, den Internetverkehr zwischen den Besuchern und den Anwendungsservern zu lenken und zu kontrollieren. Dies trägt dazu bei, die Website insgesamt zu verbessern. Einige wichtige Vorteile der Lastverteilung des Netzwerkverkehrs sind folgende:
Leistung
Load Balancer verbessern die Anwendungsleistung, indem sie die Antwortzeiten der Anwendung beschleunigen und die Latenzzeiten im Netzwerk verringern. Sie verteilen die Last gleichmäßig auf die Server, um die Leistung deiner Anwendung zu verbessern.
Außerdem kannst du mit dieser Technik die Latenzzeit verringern und Kundenanfragen an einen Server umleiten, der geografisch näher liegt. Und schließlich kannst du mit Hilfe von Load Balancern die Effizienz und Zuverlässigkeit von physischen und virtuellen Rechenressourcen überprüfen.
Sicherhei
Dank der eingebauten Sicherheitsfunktionen von Load Balancern profitieren deine Internetanwendungen von einer zusätzlichen Schutzebene. Wenn ein Angreifer einen Anwendungsserver mit Millionen von gleichzeitigen Anfragen überlastet und dadurch einen Serverausfall verursacht, kann er sie als hilfreiche Waffe gegen verteilte Denial-of-Service-Angriffe einsetzen.
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Außerdem können Load Balancer den Datenverkehr im Auge behalten und schädliche Informationen entfernen. Sie können den Angriffsverkehr automatisch auf viele Backend-Server umleiten, um die Auswirkungen zu verringern. Noch erstaunlicher ist, dass der Datenverkehr zum weiteren Schutz durch eine Reihe von Netzwerk-Firewalls geleitet wird.
Skalierbarkeit
Websites oder Anwendungen sind skalierbar, indem der Netzwerkverkehr mit Hilfe eines Load Balancers auf mehrere Server verteilt wird. Deine Anwendung kann Tausende von Anfragen auf einmal verarbeiten, während der Lastausgleich verhindert, dass es auf einem einzelnen Server zu Engpässen kommt.
Er hilft auch bei der vorausschauenden Analyse, so dass du je nach Bedarf deines Anwendungsverkehrs verschiedene Server hinzufügen oder entfernen kannst. Außerdem erhältst du Redundanz für dein System, was dir bei der Skalierung hilft.
Verbesserte Betriebszeit
Wenn ein Server ausfällt oder gewartet wird, erhöht sich die Ausfallzeit der Anwendung, so dass die Nutzer/innen nicht mehr auf dein Programm zugreifen können. Durch die Umleitung des Kundenverkehrs auf verfügbare Server und die automatische Erkennung von Serverproblemen verbessern Load Balancer die Fehlertoleranz deiner Systeme.
Durch den Einsatz von Load Balancing kannst du den Netzwerkverkehr auf einen anderen leistungsstarken dedizierten Server umleiten, während einer der Server gewartet oder aufgerüstet wird. Auf diese Weise kannst du deine Website ohne Ausfallzeiten weiter betreiben. Außerdem hilft dir die automatische Disaster Recovery dabei, deine Websites einfach zu sichern.
Algorithmen für den Load Balancing
Die Sammlung von Richtlinien, die ein Load Balancer verwendet, um den optimalen Server für jede Art von Kundenanfrage auszuwählen, ist ein Lastausgleichsalgorithmus. Es gibt zwei Haupttypen von Lastausgleichsalgorithmen.
Statischer Load Balancing
Diese Art von Lastausgleichsalgorithmus folgt festen Regeln und ist unabhängig vom aktuellen Serverzustand. Einige Beispiele für statischen Lastausgleich sind:
- Round-Robin-Methode: Die IP-Adressen auf den Servern zeigen den Clients an, wo sie Anfragen stellen sollen. Die IP-Adresse ist eine lange, schwer zu merkende Zahl. Anstatt spezielle Hardware oder Software für den Lastausgleich zu verwenden, wird bei der Round-Robin-Technik ein autoritativer Nameserver eingesetzt. Der Nameserver gibt die IP-Adressen der einzelnen Server in der Serverfarm entweder in einem Round-Robin-Verfahren oder turnusmäßig zurück.
- Gewichtetes Round-Robin-Methode:Bei dieser Art des Lastausgleichs kannst du jedem Server je nach Kapazität oder Priorität ein anderes Gewicht zuweisen. Der Nameserver schickt mehr Anwendungsverkehr an einen Server mit einer höheren Gewichtung als an die anderen.
- IP-Hash-Methode: Bei dieser Methode führt der Load Balancer eine mathematische Berechnung, das sogenannte Hashing, an der IP-Adresse des Kunden durch. Nach der Berechnung wird die IP-Adresse des Kunden in eine Zahl umgewandelt, die den einzelnen Servern zugeordnet werden kann.
Dynamischer Load Balancing
Diese Art des Load Balancing hängt vom aktuellen Zustand des Servers ab. Sie prüft den aktuellen Zustand der Server, bevor sie den Datenverkehr verteilt. Einige Beispiele für den dynamischen Lastausgleich sind:
- Geringste Verbindung Methode: Ein Kommunikationskanal zwischen dem Client und dem Server wird als Verbindung bezeichnet. Wenn ein Server Anfragen von einem Kunden erhält, baut er eine aktive Verbindung zwischen ihnen auf. Bei dieser Methode prüft der Load Balancer, welcher Server die wenigsten aktiven Verbindungen hat, und leitet den Datenverkehr an diesen weiter, um sicherzustellen, dass alle Verbindungen bei allen Servern die gleiche Verarbeitungsleistung erfordern.
- Gewichtete geringste Verbindung Methode: Bestimmte Server sind in der Lage, mehr aktive Verbindungen zu verwalten als andere über die Methode der gewichteten geringsten Verbindungen. Daher kannst du jedem Server eine andere Gewichtung oder Kapazität zuweisen. Der Load Balancer leitet dann eingehende Kundenanfragen an den Server mit den wenigsten Verbindungen weiter.
- Methode der geringsten Antwortzeit: Die Zeit, die der Server benötigt, um eingehende Anfragen zu bearbeiten und eine Antwort zu geben, wird als Antwortzeit bezeichnet. Der optimale Server ist derjenige, der die Methode der geringsten Antwortzeit anwendet, bei der die Antwortzeit des Servers und die Anzahl der aktiven Verbindungen kombiniert werden. Load Balancer nutzen diese Methode, um einen schnelleren Service für alle Nutzer/innen zu garantieren.
- Ressourcenbasierte Methode: Load Balancer verwenden den ressourcenbasierten Ansatz, um den Datenverkehr zu verteilen, indem sie die Serverauslastung zu einem bestimmten Zeitpunkt untersuchen. Jeder Server verfügt über eine spezielle Software, einen so genannten Agenten, der überwacht, wie viel Arbeitsspeicher und Rechenleistung von dem Rechner genutzt werden. Der Load Balancer verteilt dann den Datenverkehr auf diesen Server, nachdem er mit dem Agenten überprüft hat, ob genügend freie Ressourcen verfügbar sind.
Wie funktioniert ein Load Balancer?
Meistens betreiben Unternehmen ihre Anwendungen über mehrere Server. Eine Serverfarm ist eine solche Konfiguration von Servern. Die Benutzeranfragen werden zunächst über den Load Balancer an die Anwendung weitergeleitet. Jede Anfrage wird dann über den Load Balancer an den einen Server in der Serverfarm weitergeleitet, der sie effizient bearbeiten kann.
Ein Load Balancer funktioniert wie ein Reverse Proxy. Er präsentiert dem Kunden eine virtuelle IP-Adresse auf dem VPS, um die Anwendung zu repräsentieren. Nachdem der Kunde eine Verbindung mit der virtuellen IP-Adresse hergestellt hat, bestimmt der Load Balancer mithilfe seiner Algorithmen, welche Anwendungsinstanz auf dem Server die Verbindung erhalten soll. Der Load Balancer überwacht dann die Verbindung, bis sie abgewickelt ist.
Arten des Load Balancing
Die Lastverteilung lässt sich in vier Hauptkategorien einteilen, je nachdem, wie sie den Verkehr der Kundenanfragen umleitet.
Load Balancing für Anwendungen
Viele Serverfarmen mit zahlreichen Servern, die einer einzigen Anwendungsfunktion gewidmet sind, gehören zu den komplexen modernen Anwendungen. Um den Datenverkehr umzuleiten, untersuchen Application Load Balancer den Inhalt der Anfrage, z. B. HTTP-Header oder SSL-Session-IDs.
Netzwerk-Load balancing
Um den Datenverkehr richtig umzuleiten, suchen Netzwerk-Load-Balancer nach IP-Adressen und anderen Netzwerkinformationen. Sie sind in der Lage, den Ursprung des Anwendungsverkehrs zu identifizieren und viele Server mit statischen IP-Adressen zu versehen. Netzwerk-Lastverteiler setzen statische und dynamische Lastverteilungstechniken ein, um die Serverlast auszugleichen.
Globaler Server-Load Balancing
Der Prozess des globalen Server-Lastausgleichs umfasst mehrere geografisch verteilte Server. Wenn ein Unternehmen Server in mehreren Rechenzentren über Grenzen hinweg und bei Drittanbietern in der ganzen Welt betreibt, kontrollieren lokale Load Balancer die Anwendungslast innerhalb einer Zone oder eines Gebiets. Sie versuchen, den Datenverkehr an einen Server umzuleiten, der näher am Standort des Kunden liegt. Fällt ein Server aus, kann er den Datenverkehr nur an Server außerhalb des geografischen Gebiets des Kunden umleiten.
DNS-Load Balancing
Wenn du den DNS-Load Balancing verwendest, verteilst du die Netzwerkanfragen auf mehrere Ressourcen in deiner Domain. Eine Website, ein Mailserver, ein Druckserver oder ein anderer internetbasierter Dienst können alle mit einer Domain verbunden werden. Die Aufrechterhaltung der Anwendungsverfügbarkeit und die Verteilung des Netzwerkverkehrs auf einen weltweit verteilten Pool von Ressourcen sind zwei Vorteile des DNS-Lastausgleichs.
Fazit
Die Wahl des Algorithmus und der Art des Lastausgleichs hängt von den Anforderungen deiner Geschäftsanwendung ab. Die Optimierung der Website-Leistung und die Gewährleistung eines nahtlosen Nutzererlebnisses sind in der heutigen Zeit entscheidend.
Indem du den Netzwerkverkehr effizient auf mehrere Server verteilst, kannst du mehr Engagement erreichen und deine Markenbekanntheit steigern. Der Einsatz von Hardware- und Software-Loadbalancern in Verbindung mit verschiedenen Lastausgleichsalgorithmen erhöht die Anwendungsleistung, verbessert die Sicherheit vor Cyberbedrohungen, erleichtert die Skalierbarkeit und minimiert Ausfallzeiten.
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FAQ
Kann die load balancing die Sicherheit meiner Internetanwendungen verbessern?
Ja, Load Balancer bieten zusätzlichen Schutz, indem sie DDoS-Angriffe (Distributed Denial of Service) abwehren. Sie überwachen den Datenverkehr, erkennen böswillige Aktivitäten und leiten den Angriffsverkehr automatisch auf andere Backend-Server um, um die Auswirkungen potenzieller Sicherheitsbedrohungen zu minimieren.
Wie trägt die load balancing zur Skalierbarkeit von Websites oder Anwendungen bei?
Load Balancer leiten den Netzwerkverkehr über mehrere Server und ermöglichen es Websites und Anwendungen, mehrere Anfragen gleichzeitig zu bearbeiten, um Engpässe auf einem Server zu vermeiden. Außerdem ermöglicht sie eine vorausschauende Analyse, die das Hinzufügen oder Entfernen von Servern auf der Grundlage der Netzwerkaktivität ermöglicht.
Gewährleisten Load Balancer die Sitzungspersistenz in verteilten Serverumgebungen?
Ja, Load Balancer verwenden Cookie-basierte Affinitäts- oder IP-Hash-Techniken, um die Anfragen der Nutzer/innen an denselben Server zu leiten und so die Kontinuität der Sitzungen zu gewährleisten. Diese Methoden sind wichtig, um ein einheitliches Nutzererlebnis in verteilten Serverumgebungen zu gewährleisten.
Welche Rolle spielt die load balancing bei der Optimierung der Ressourcennutzung auf den Servern?
Der Lastausgleich sorgt für eine effiziente Ressourcennutzung, indem der Netzwerkverkehr gleichmäßig auf die Server verteilt wird. Dies verhindert eine Überlastung einzelner Server, fördert eine ausgewogene Ressourcennutzung und verbessert die Gesamtleistung des Netzwerks.
