Was ist ein Load Balancer? So funktioniert Lastverteilung

Methoden der Lastverteilung

Health Checks

Der Load Balancer prüft regelmäßig, ob die dahinterliegenden Server funktionieren. Antwortet ein Server nicht oder liefert er Fehler zurück, schickt der Load Balancer ihm keine Anfragen mehr und nimmt ihn wieder in Betrieb, sobald er sich erholt hat. Dadurch wird der Ausfall eines einzelnen Servers für die Besucher nicht als Fehler sichtbar. Wenn Sie in Ihrer Anwendung eine einfache Adresse /health einrichten, die auch die Datenbankverbindung prüft, werden die Health Checks aussagekräftiger.

Sessions und gemeinsame Daten

Stehen mehrere Server hinter dem Load Balancer, können aufeinanderfolgende Anfragen eines Nutzers bei unterschiedlichen Servern landen. Deshalb gilt:

• Speichern Sie Sessions an einem gemeinsamen Ort. Liegen die Sessions im Arbeitsspeicher oder auf der Festplatte eines einzelnen Servers, ist der Nutzer abgemeldet, sobald er bei einem anderen Server landet. Die sauberste Lösung ist, die Sessions in einem gemeinsamen Speicher wie Redis abzulegen; Details finden Sie in unserem Artikel Was ist Redis?.
• Teilen Sie hochgeladene Dateien. Dateien, die Nutzer hochladen, sollten in einem Speicher liegen, auf den alle Server zugreifen können, oder in einem Object Storage.
• Die Datenbank gibt es meist nur einmal. Auch wenn die Anwendungsserver vervielfacht werden, verbinden sich alle mit derselben Datenbank. Machen Sie die Datenbank für die Server nur über ein privates Netzwerk erreichbar.

Ist das nicht möglich, können Sie mit IP-Hash oder Sticky Sessions denselben Nutzer immer an denselben Server leiten; das kann allerdings dazu führen, dass die Last ungleichmäßig verteilt wird.

Load Balancing mit Nginx

Nginx lässt sich nicht nur als Reverse Proxy nutzen, sondern arbeitet auch als einfacher und leistungsstarker Load Balancer. Die dahinterliegenden Server werden in einem upstream-Block definiert:

upstream app {
    least_conn;
    server 10.8.0.11:3000 max_fails=3 fail_timeout=30s;
    server 10.8.0.12:3000 max_fails=3 fail_timeout=30s;
    server 10.8.0.13:3000 backup;
}

server {
    listen 443 ssl;
    server_name ihredomain.de;

    location / {
        proxy_pass http://app;
        proxy_set_header Host $host;
        proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
        proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
        proxy_set_header X-Forwarded-Proto $scheme;
    }
}

• least_conn: Schickt die Anfragen an den Server mit den wenigsten aktiven Verbindungen. Entfernen Sie die Zeile, gilt Round Robin als Standardmethode.
• max_fails und fail_timeout: Liefert ein Server innerhalb der angegebenen Zeit wiederholt Fehler, wird er für eine Weile aus dem Betrieb genommen.
• backup: Ein Reserveserver, der nur genutzt wird, wenn alle anderen Server ausgefallen sind.

Die Grundkonfiguration von Nginx und SSL erklären wir in unserer Anleitung Nginx installieren. Statt die Ports der dahinterliegenden Server ins Internet zu öffnen, halten Sie sie in einem privaten Netzwerk, auf das nur der Load Balancer zugreifen kann; um die Server sicher miteinander zu verbinden, können Sie WireGuard verwenden.

HAProxy und andere Optionen

• HAProxy: Ein Open-Source-Werkzeug, das sich ausschließlich auf Load Balancing und Proxying konzentriert und sich bei sehr hohem Traffic bewährt hat. Es bietet fortgeschrittene Health Checks und detaillierte Statistiken und kann auch auf TCP-Ebene Last verteilen.
• DNS Round Robin: Mehrere A-Einträge für dieselbe Domain zu veröffentlichen, ist die einfachste Verteilungsmethode. DNS weiß jedoch nichts von einem ausgefallenen Server und kann weiterhin Besucher dorthin schicken; einen echten Load Balancer ersetzt das nicht.
• Load Balancer von Cloud- und anderen Anbietern: Manche Anbieter bieten verwaltete Load-Balancer-Dienste an; Einrichtung und Redundanz liegen dann in der Verantwortung des Anbieters.

Den Load Balancer selbst absichern

Ein einzelner Load Balancer ist selbst ein Single Point of Failure: Fällt er aus, ist die Website nicht erreichbar, selbst wenn alle Server dahinter intakt sind. In kritischen Systemen werden zwei Load Balancer betrieben, und fällt einer aus, übernimmt der andere den Traffic. Informieren Sie sich vor dem Aufbau einer solchen Struktur über die Netzwerkmöglichkeiten Ihres Anbieters.

Wann brauchen Sie einen Load Balancer?

Die meisten Projekte brauchen keinen Load Balancer. Versuchen Sie zuerst Folgendes:

1. Optimieren Sie Anwendung und Datenbank. Langsame Abfragen und fehlendes Caching lassen sich viel günstiger beheben, als Server hinzuzufügen; werfen Sie einen Blick auf unseren Artikel Server langsam?.
2. Nutzen Sie Caching und ein CDN. Verlagern Sie statische Inhalte in ein CDN und wiederkehrende Abfragen in Redis.
3. Wechseln Sie auf einen stärkeren Server. Vertikale Skalierung ist deutlich einfacher als horizontale.

Ein Load Balancer wird in diesen Fällen sinnvoll:

• Die Ressourcen eines einzelnen Servers reichen selbst nach der Optimierung nicht für den Traffic aus.
• Der Dienst darf beim Ausfall oder der Wartung eines Servers nicht unterbrochen werden.
• Sie möchten neue Versionen Ihrer Anwendung ohne Unterbrechung veröffentlichen.

Nodesty Server für Load Balancing

Die Pakete AMD Ryzen 9 9950X vServer von Nodesty eignen sich mit ihrer hohen Single-Core-Leistung als Anwendungsserver, die Pakete AMD EPYC 7763 vServer mit viel RAM als Datenbank- und Cache-Server. Die Standorte Frankfurt und New York der 9950X-Pakete ermöglichen es Ihnen, Server in verschiedenen Regionen zu betreiben. Alle Pakete bieten NVMe-Speicher, DDoS-Schutz durch nShield und kostenlose tägliche Backups mit 7 Tagen Aufbewahrung. Bei virtuellen Servern unterliegen die Bandbreitennutzung und Reverse-Proxy-Anwendungen mit hohem Traffic unserer Fair-Use-Richtlinie; für Setups mit sehr hohem Traffic ziehen Sie unsere dedizierten Server in Betracht, deren Hardware vollständig Ihnen zur Verfügung steht.