Load Balancer – Das sind die Funktionen und Einsatzmöglichkeiten

Das Load Balancing ist eine Technik, die einen optimalen Einsatz von Hardware-Ressourcen ermöglicht. Zu Deutsch wird hier von der Lastverteilung gesprochen. Das Grundprinzip ist, durch eine intelligente Verteilung der Aufgaben und Ressourcen zu jedem Zeitpunkt ausreichend Leistung für die Anwendungen zu reservieren. Es geht in erster Linie um die Leistungskapazitäten von Servern, die Dienste im Internet, der Cloud oder auch dem lokalen Netzwerk bereitstellen.

Der Load Balancer selbst ist eine Software. Diese verwaltet alle verbundenen Ressourcen und verteilt die Prozesse entsprechend dem aktuellen Bedarf. Der Load Balancer wird zentral gesteuert. Dieser ist verbunden mit einer Reihe von Servern. Auf diesem Weg entsteht ein Cluster. In diesem Server-Cluster sind die Systemressourcen aller Rechner zusammengefasst.

Der Load Balancer kontrolliert dann in Echtzeit die Auslastung der Anwendungen sowie des Servers. Dann erfolgt direkt eine Anpassung der Ressourcen, falls erforderlich. Der Load Balancer verwaltet so den Arbeitsspeicher, die CPU-Leistung oder auch die Netzwerkauslastung. Auf diese Weise gewährleistet die Software, dass immer ausreichend Leistung für die laufenden Anwendungen zu Verfügung steht.

Auf das Load Balancing wird überall dort zurückgegriffen, wo Anwendungen unterschiedliche Lasten zu verschiedenen Zeitpunkten erzeugen. Das betrifft auch Situationen, in denen sich die benötigten Ressourcen nur schwer antizipieren lassen.

In der Praxis wird die Lastverteilung häufig mit virtuellen Systemen umgesetzt. Mit einer virtuellen Lösung lassen sich mehrere Server zu einem Cluster zusammenstellen. Dann stehen die Ressourcen für die Verwaltung so zur Verfügung, als ob diese zu einem physikalischen System gehören. Ein solcher virtueller Cluster hat den Vorteil, dass sich einzelne Rechner im laufenden Betrieb hinzufügen oder auch entfernen lassen.

Innerhalb des Clusters verwaltet der Load Balancer dann die Hardware. So prüft der Load Balancer beim Eingang einer Anfrage, welches System verfügbar ist und freie Kapazitäten hat. Dorthin wird die Anfrage dann weitergeleitet.

Das Load Balancing lässt sich in verschiedenen Formen umsetzen. Zunächst wird zwischen Hardware und Software Load Balancern unterschieden. Ein Hardware Load Balancer ist ein Gerät, das direkt ins Netzwerk integriert wird und die notwendige Software für die Steuerung mitbringt. Es kommt vor allem lokal in einem Rechenzentrum zum Einsatz und ist dort ein Teil der Infrastruktur.

Ein Software Load Balancer baut nur auf einem Programm auf und wird auf einem eigenen System installiert. Diese Lösung verwaltet von dort aus meist virtuelle Umgebungen. Diese Load Balancer sind gut für die Verwaltung von Infrastrukturen in der Cloud geeignet. Sie bieten zusätzlich spezielle Eigenschaften wie die Skalierung des Datenverkehrs, um eine Überlastung von Netzwerken zu verhindern.

Weiterhin wird nach der Art des Algorithmus unterschieden, der zum Einsatz kommt. Dieser entscheidet, in welcher Form und nach welchen Regeln das Load Balancing in der Praxis umgesetzt wird. Statische Algorithmen bilden die einfachste Variante. Hier erfolgt eine einfache Aufteilung der eingehenden Prozesse und Anfragen auf alle vorhandenen Systeme. Dabei wird die Auslastung der einzelnen Systeme nicht geprüft. Ein statischer Algorithmus ist einfach zu implementieren, bietet aber weniger Flexibilität. Gleichzeitig bietet er viele Vorteile des Load Balancings.

Besonders interessant sind die dynamischen Algorithmen. Hierbei prüft der Load Balancer die Auslastung eines Systems, bevor die Verteilung verfolgt. Somit wird die Aufgabe immer an das System abgegeben, das aktuell die meisten freien Kapazitäten besitzt. Diese smarte Verteilung nutzt die vorhandenen Systemressourcen besser aus und optimiert die Auslastung. Ein dynamischer Algorithmus kommt vor allem dann zum Einsatz, wenn die Last einzelner Prozesse deutlich schwankt und schwer vorherzusehen ist.

Ebenfalls zu den dynamischen Algorithmen gehört das Konzept Least Connections. Hierbei werden Anfragen an das System weitergeleitet, das aktuell die geringste Anzahl an aktiven Verbindungen aufweist. So lässt sich verhindern, dass Verbindungen zu einem Dienst aufgrund einer Überlastung nicht mehr möglich sind.

Dann gibt es noch Optionen wie das Round Robin Verfahren. Hierbei kommt ein Scheduler zum Einsatz, der Prozesse in einer Warteschlange abarbeitet und auf eine Reihe von Systemen verteilt. Beim Round Robin Verfahren werden alle Prozesse gleichbehandelt und erhalten für einen kurzen Moment exklusiven Zugang auf die Systemressourcen. Außerdem wird hier nach dem FIFO-Prinzip (First in, First out) gearbeitet. Round Robin kommt vor allem dann zum Einsatz, wenn eine hohe Anzahl an eher kleinen und wiederkehrenden Aufgaben anstehen. Das können zum Beispiel DNS-Anfragen bei der Auflösung von IP-Adressen sein.

In welchen Situationen ist der Einsatz von Load Balancing möglich und sinnvoll?

Einen Load Balancer einzusetzen, ergibt in vielen Situationen Sinn. In erster Linie erfolgt der Einsatz überall dort, wo die Auslastung schwankt und schwer vorhersehbar ist. Das kann zum Beispiel ein Webserver oder auch eine Anwendung in der Cloud sein.

Dann kommen Load Balancer häufig dort zum Einsatz, wo permanent viele Prozesse eingehen, die einzeln nur eine geringe Last haben. Dadurch erfolgt eine gleichmäßige Verteilung auf mehrere Systeme. So lässt sich ein parallel skalierendes System aufbauen, wo der Ausfall einer Komponente die Gesamtleistung nicht beeinträchtigt.

Ein weiterer Bereich, wo der Einsatz von Load Balancing Sinn ergibt, sind kritische Anwendungen. Ist eine maximale Verfügbarkeit mit hoher Leistungsfähigkeit erforderlich, dann bietet sich das Balancing mit dynamischen Algorithmen in virtuellen Umgebungen an. So lässt sich die Ausfallwahrscheinlichkeit drastisch reduzieren.

Der Einsatz des Load Balancings bietet einige interessante Vorteile. Zum einen ist dies die verbesserte Verfügbarkeit von Diensten. Ein einzelner Server beispielsweise, der aus irgendeinem Grund ausfällt, beeinträchtigt dann nicht die Erreichbarkeit. Durch die Lastverteilung erkennt der Load Balancer den Ausfall und kann auf ein anderes System ausweichen. So bleibt der Dienst erreichbar, der Zugriff auf Daten ist gewährleistet und die Nutzer merken nichts von dem technischen Problem. Ein Load Balancer steigert also die Zuverlässigkeit, was gerade bei kritischen Diensten wichtig ist.

Mieten Unternehmen zum Beispiel Managed Services bei TelemaxX, dann gehört dort eine Lastverteilung zum Service dazu. Somit bieten solche Lösungen in der Cloud automatisch eine höhere Sicherheit, was die Ausfallsicherheit betrifft.

Ein weiterer wichtiger Vorteil des Load Balancings ist die Skalierbarkeit. Sind die Kapazitäten eines Systems ausgelastet, dann leiden die darauf laufenden Dienste. Das macht sich zum Beispiel durch einen langsameren Seitenaufbau bei Webseiten bemerkbar. Hier ist der Load Balancer in der Lage, in Echtzeit und automatisch einzugreifen.

Mit der Lastverteilung haben Unternehmen eine sinnvolle und einfache Lösung, um die Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit von Diensten zu steigern. Die Last lässt sich nach unterschiedlichen Algorithmen verteilen, sodass es für jedes Szenario die passende Lösung gibt.