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Lastenausgleichsmodule – Grundlagen: So Arbeitet Die 'Verkehrspolizei' Ihres Netzwerks

Jeff Edwards| March 24 2020

| monitoring, troubleshooting

Wenn sich Kunden über die Langsamkeit Ihrer Webanwendungen beschweren oder wenn interne Endanwender immer wieder den Helpdesk anrufen, weil das Abrufen von Datenbankdateien zu lange dauert, haben Sie möglicherweise ein Problem mit den Lastenausgleichsmodulen. Ohne den richtigen Ansatz kann das Erlebnis von Kunden und Endanwendern mühsam sein. Sie haben entweder Geschäftseinbußen oder beeinträchtigen die Produktivität der Mitarbeiter.

Da es so wichtig ist, Kunden und Endanwendern ein angenehmes Anwendungserlebnis zu bieten, ist der Markt für Lastenausgleichsmodule heiß umkämpft. Laut einem Bericht von Market Research Resports wird der Weltmarkt in den nächsten fünf Jahren voraussichtlich um mehr als 9% jährlich wachsen – auf 1,9 Milliarden Dollar im Jahr 2025. Das sind etwa 36% mehr als im Jahr 2019.

Vorreiter des Marktwachstums sind die führenden öffentlichen Cloud-Anbieter wie AWS, Microsoft und Google und der Lastenausgleich in Cloud-Umgebungen von Kunden ist ein wichtiger Bestandteil ihres Mehrwerts. Lastenausgleichsmodule spielen auch eine Schlüsselrolle in lokalen und privaten Cloud-Rechenzentren. Zu den Marktführern in diesen Umgebungen gehören F5 Networks, Citrix Systems, HPE, IBM, Imperva, NGINX und Radware.

Den Datenverkehr effizient lenken

Die von diesen Unternehmen angebotenen Lastausgleichslösungen verbessern die Verteilung der Arbeitslast auf mehrere Rechnerressourcen. Dazu gehören virtualisierte Server mit mehreren Instanzen, Server-Cluster, Netzwerkinfrastrukturgeräte und Speicher. Der Lastenausgleich maximiert die Ressourcennutzung sowie den Datendurchsatz und verringert dabei gleichzeitig die Antwortzeiten und verhindert die Überlastung einzelner Ressourcen.

Stellen Sie sich, um einen Vergleich mit dem realen Leben zu verwenden, einen Verkehrspolizisten an einer belebten Stadtkreuzung vor, die in mehrere parallele Straßen mündet, die alle in die Innenstadt führen. Wenn sich die einzelnen Autos der Kreuzung nähern, ermittelt der Verkehrspolizist, wo der Verkehr am geringsten ist und leitet die Autos in diese Straße. Wenn eine der Straßen komplett verstopft ist, kann der Polizist den Verkehr, der in diese Straße fahren möchte, sogar für einige Zeit stoppen. 

 

Lastenausgleichsmodule funktionieren auf ähnliche Weise. Wenn Kunden oder Endanwender auf eine Anwendung oder eine Datenbank zugreifen möchten, prüft das Lastenausgleichsmodul, welcher Server in einem physischen Cluster oder welche Instanz in einem virtuellen Server derzeit den geringsten Datenverkehr aufweist. Der Lastenausgleichsmodul leitet anschließend die Anfrage an diese Ressource weiter. Und genau wie bei einer verstopften Straße in der Stadt kann das Lastenausgleichsmodul den Zugriff auf die jeweilige Ressource abschalten, wenn ein Server oder eine Netzwerkgerät ein Problem hat und einen Stau des Datenverkehrs verursacht.

Lastenausgleichsalgorithmen

Lastenausgleichsmodule verwenden verschiedene Algorithmen, um zu bestimmen, wie Anfragen auf Server-Cluster oder mehrere virtuelle Serverinstanzen verteilt werden. Welches dieser Module das richtige für Ihre Umgebung ist, hängt von der Arbeitslast ab:

Lastenausgleichsmethode

Primäres Protokoll

Geringste Bandbreite

Der Datenverkehr wird auf die Ressource umgeleitet, die derzeit die geringste Datenmenge verarbeitet.
 

Wenigste Pakete

Es wird die Ressource ausgewählt, die in einem bestimmten Zeitraum die wenigsten Pakete erhalten hat.
 

Round-Robin-Verfahren

Der Datenverkehr wird anhand einer gleichmäßigen Rotation nach und nach auf die einzelnen Ressourcen umgeleitet.
 

Geringste Anzahl an Verbindungen

Der Datenverkehr wird an die Ressourcen mit der geringsten Anzahl an aktiven Verbindungen gesendet.
 

Geringste Reaktionszeit

Die Antwortzeiten der Ressourcen werden getestet und anschließend wird der Datenverkehr auf die Ressource mit der schnellsten Antwortzeit umgeleitet – ein Indikator dafür, welche Ressource am wenigsten genutzt wird.
 

Hashing

Es werden Entscheidungen über das Ressourcen-Routing auf der Grundlage von Hash-Daten eingehender Pakete getroffen, wie z. B. Kopfzeile, IP-Adresse, Portnummer und Domänenname.
 

Anwenderdefinierte Last

Die Ressourcenauslastung wird anhand von Attributen getestet, die vom Systemadministrator definiert wurden, wie z. B. CPU-Nutzung, Arbeitsspeicher und Reaktionszeit, und anschließend werden die Ergebnisse zur Bestimmung der Gesamtressourcenauslastung kombiniert.

 

Die ersten vier einfacher zu installierenden und zu wartenden Lastenausgleichsmethoden in der obigen Liste bieten in der Regel nicht das gleiche Servicelevel wie die komplexeren Tools, die mehr Verwaltungsaufwand von der IT erfordern. Wenn Sie jedoch eine dieser komplexeren Methoden bereitstellen (geringste Reaktionszeit, Hashing oder benutzerdefinierte Last), haben Ihre Kunden und Endanwender wahrscheinlich viel schnellere Antwortzeiten der Anwendung.

Hardware- im Vergleich zu Software-Lastenausgleich

Sie haben die Möglichkeit, Lastenausgleichs-Appliances zu erwerben oder Software auf einem bestehenden Gerät in Ihrer Netzwerkinfrastruktur zu installieren. Mit beiden Typen können Gigabits des Anwendungsverkehrs sicher verarbeitet werden.  

Einige Appliances umfassen Virtualisierungsfunktionen, die es Ihnen ermöglichen, mehrere Lastenausgleichsinstanzen auf einem einzigen Gerät zu konsolidieren. Dadurch erreichen Sie eine flexible mandantenfähige Architektur und eine vollständige Isolierung der Mandanten.

Software-Lastenausgleichsmodule sind in der Lage, die gleiche Leistung wie Hardware-Appliances zu erbringen und sie können auf gängigen Hypervisors, innerhalb von Anwendungscontainern oder als Linux-Prozesse auf Bare-Metal-Servern ausgeführt werden. Sie sind außerdem in hohem Maße für spezifische Anwendungsfälle und technische Anforderungen konfigurierbar.

OSI-Schicht-Auswirkungen

Innerhalb der sieben Schichten des Open Systems Interconnection (OSI)-Modells führen die Lastenausgleichsmodule ihre Arbeit entweder auf der Transportschicht (L4) oder der Anwendungsschicht (L7) aus. L4-Lastenausgleichsmodule basieren die Routing-Entscheidungen auf den TCP- und UDP-Anschlüssen, die von den Paketen verwendet werden und nutzen auch Quell- und Ziel-IP-Adressen der Pakete. Sie führen eine Network Address Translation (NAT) durch, untersuchen jedoch nicht den tatsächlichen Inhalt jedes Pakets.

L7-Lastenausgleichsmodule haben etwas mehr Schlagkraft. Sie testen bei der Verteilung an alle Ressourcen ein breiteres Spektrum an Daten, darunter u. a. HTTP-Header und SSL-Sitzungs-IDs. Der Lastenausgleich ist also rechenintensiver als L4, aber auch effizienter, da beim L7-Lastenausgleichsmodul die Analyse und Verarbeitung des Verkehrs miteinbezogen wird.

Ausgeglichene Anwendungsleistung auf der ganzen Welt

Das Verständnis der oben dargestellten Lastausgleichsfaktoren sollte Ihnen dabei helfen, zu beurteilen, welche Lastausgleichslösung für Ihre Anwendungen am besten geeignet ist. Wenn Sie Webanwendungen in einem großen geografischen Gebiet bereitstellen, ist ein weiteres wichtiges Attribut, nach dem Sie Ausschau halten sollten, der globale Server-Lastenausgleich. Dies weitet den Anwendungsausgleich auf mehrere Rechenzentren aus, sodass sehr große Datenmengen effizient verteilt werden können.

Das bedeutet, dass Sie sicherstellen können, dass das Erlebnis Ihrer Kunden und Endanwender nicht von beträchtlichen Latenzzeiten geprägt ist. Und was noch wichtiger ist: Sie können all diese Beschwerden und Helpdesk-Anrufe vermeiden.

Möchten Sie mehr IT-Grundlagen? Sehen Sie sich unsere anderen IT-Grundlagen-Blogeinträge an und vergessen Sie nicht, einen Blick auf unseren Abschnitt über Best Practices zu werfen!

Topics: monitoring, troubleshooting

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THIS POST WAS WRITTEN BY Jeff Edwards

Jeff Edwards is a tech writer and analyst with three years of experience covering Information Security and IT. Jeff has written on all things cybersecurity, from APTs to zero-days, and previously worked as a reporter covering Boston City Hall.

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