Load Balancer

Entstehung und Beteiligte

Lastverteilung entstand aus DNS-Round-Robin, spezialisierten Netzwerkgeräten und Clustern der 1990er-Jahre. Anbieter wie F5 machten Application Delivery Controller bekannt; freie Software wie HAProxy brachte leistungsfähiges Load Balancing auf Standardserver.

Welches Problem sollte gelöst werden?

Ein einzelner Server begrenzt Kapazität und Verfügbarkeit. Anfragen sollten auf mehrere Instanzen verteilt und bei Ausfall automatisch umgeleitet werden.

Technische Hürden und Lösungen

Health Checks müssen echte Dienstfähigkeit erkennen. Sitzungen, Caches und Schreibzugriffe erzeugen Zustand. Layer-4- und Layer-7-Verteilung sehen unterschiedliche Informationen. Retries können bei Überlast eine Fehlerkaskade verstärken.

Standardisierung und Einordnung

Physische und logische Infrastruktur muss über Herstellergrenzen hinweg funktionieren. IEEE-, ISO- und IETF-Standards definieren elektrische Werte, optische Übertragung, Rahmenformate und Steuerprotokolle. In der Praxis kommen weitere Hürden hinzu: Kabellängen, Störungen, Stromversorgung, Wärme, Redundanz und Wartbarkeit. Gute Planung betrachtet deshalb nicht nur Datenblattwerte, sondern den gesamten Lebenszyklus.

Technik im praktischen Betrieb

Planung endet nicht mit dem Kauf eines Geräts. Dokumentation, Beschriftung, Ersatzteile, Firmwarepfade, Strombudget und Messwerte bestimmen die Wartbarkeit. Redundante Leitungen helfen nur, wenn sie nicht im selben Kabelweg, Switch, Netzteil oder Provider enden. Vor einer Änderung sollten Ausgangszustand und Rückweg feststehen. Nachher müssen nicht nur Linkanzeigen, sondern Fehlerzähler, Aushandlung, reale Datenrate und Anwendungserreichbarkeit kontrolliert werden.

Warum das Thema heute noch relevant ist

Infrastruktur bleibt meist länger im Einsatz als Anwendungen. Entscheidungen zu Kabeln, Frequenzen, Portzahl, Leistung und Redundanz wirken zehn Jahre oder länger. Historische Standards sind deshalb weiterhin relevant und werden durch schnellere Varianten erweitert statt vollständig ersetzt. Eine gute Installation lässt Messung, Austausch und Erweiterung zu. Reserven bei Platz, Kühlung, Strom und Fasern sind oft günstiger als ein späterer Umbau unter laufendem Betrieb.

Daten und Meilensteine

• Round Robin, Least Connections und Hashing sind verbreitete Verfahren.
• Layer 4 verteilt anhand von Transportdaten, Layer 7 versteht Anwendungen.
• Session Persistence bindet Clients zeitweise an ein Backend.
• Ein Load Balancer benötigt selbst Redundanz.

Was ist ein Load Balancer?

Ein Load Balancer ist eine Infrastrukturkomponente, die eingehende Verbindungen auf mehrere Backend-Server verteilt. Er sitzt zwischen Clients und Servern und präsentiert eine einheitliche virtuelle IP (VIP). Ziele: Hohe Verfügbarkeit (HA) durch Ausfall-Kompensation, horizontale Skalierung und gleichmäßige Ressourcennutzung.

Health Checks prüfen regelmäßig, ob Backend-Server erreichbar sind. Fehlerhafte Server werden automatisch aus der Rotation genommen.

Layer 4 vs. Layer 7 Load Balancing

• Layer 4 (Transport): Leitet basierend auf IP und TCP/UDP-Port weiter. Kein Blick in HTTP-Daten. Schnell, wenig CPU. Beispiel: AWS Network Load Balancer.
• Layer 7 (Application): Versteht HTTP-Inhalte. Kann nach URL, Header, Cookie, HTTP-Methode routen. Ermöglicht URL-basiertes Routing (/api → API-Server, /static → CDN), Session Persistence (Sticky Sessions per Cookie), SSL-Terminierung, Web Application Firewall. Beispiel: AWS ALB, nginx, HAProxy.
• Sticky Sessions: Gleicher Client geht immer zum gleichen Server (Session-Daten). Nachteil: verschlechtert Balance.

Load Balancer Lösungen

Software: HAProxy (High Availability Proxy, extrem performant, L4+L7), nginx (Webserver + LB), Traefik (Cloud-native, K8s-Integration). Cloud: AWS Application Load Balancer (ALB), Azure Application Gateway, Google Cloud Load Balancing. Hardware: F5 BIG-IP (Enterprise, teuer), Citrix NetScaler.

Active-Passive HA: Ein LB aktiv, einer standby. Active-Active: Beide aktiv, VRRP/HSRP für VIP-Verwaltung. DNS-Round-Robin ist kein echter Load Balancer (kein Health-Check, kein Failover).