Lastverteilung und Load Balancing

Wenn tausende Besucher gleichzeitig auf Ihre Website zugreifen, kann ein einzelner Server schnell an seine Grenzen stoßen. Load Balancing verteilt die Anfragen auf mehrere Server und sorgt so für stabile Performance auch bei Spitzenlasten. Dieser Ratgeber erklärt die Grundlagen, Methoden und praktischen Einsatzszenarien der Lastverteilung im Webhosting.

Was bedeutet Load Balancing?

Load Balancing bezeichnet die Verteilung eingehender Anfragen auf mehrere Server. Ein vorgeschalteter Verteiler, der sogenannte Load Balancer, nimmt alle Anfragen entgegen und leitet sie an die verfügbaren Backend Server weiter. Dabei berücksichtigt er die aktuelle Auslastung und verteilt die Last möglichst gleichmäßig.

Das Prinzip lässt sich mit einer Supermarktkasse vergleichen. Stehen alle Kunden an einer einzigen Kasse, entstehen lange Wartezeiten. Öffnen mehrere Kassen, verteilen sich die Kunden und der Durchsatz erhöht sich erheblich. Genau so funktioniert Load Balancing: Statt einem überlasteten Server bearbeiten mehrere Server die Anfragen parallel.

Warum ist Lastverteilung wichtig?

Die Bedeutung von Load Balancing wächst mit den Anforderungen an moderne Websites. Immer mehr Nutzer erwarten schnelle Ladezeiten rund um die Uhr. Gleichzeitig werden Webanwendungen komplexer und ressourcenintensiver. Ohne Lastverteilung stoßen selbst leistungsfähige Server bei Besucherspitzen an ihre Grenzen.

Typische Szenarien für Load Balancing

• Online Shops während Rabattaktionen mit stark erhöhtem Traffic
• Nachrichtenportale bei aktuellen Ereignissen
• Ticketverkauf für Konzerte oder Sportveranstaltungen
• Streaming Dienste während beliebter Live Events
• Geschäftskritische Anwendungen mit hohen Verfügbarkeitsanforderungen

In all diesen Situationen kann ein einzelner Server den Ansturm nicht bewältigen. Load Balancing macht den Unterschied zwischen einer funktionierenden Website und einem Totalausfall.

Methoden der Lastverteilung

Es existieren verschiedene Algorithmen, nach denen ein Load Balancer die Anfragen verteilt. Jede Methode hat ihre Stärken und eignet sich für bestimmte Szenarien besser als andere.

Round Robin im Detail

Die Round Robin Methode verteilt Anfragen reihum auf alle verfügbaren Server. Server A erhält die erste Anfrage, Server B die zweite, Server C die dritte. Nach dem letzten Server beginnt der Zyklus von vorn. Diese einfache Methode funktioniert gut, wenn alle Server gleich leistungsfähig sind und die Anfragen ähnlich aufwendig zu bearbeiten sind.

Least Connections erklärt

Der Least Connections Algorithmus wählt immer den Server mit den wenigsten aktiven Verbindungen. Ein Server, der gerade zehn Anfragen bearbeitet, erhält keine neuen Anfragen, solange ein anderer Server nur fünf Verbindungen hat. Diese Methode gleicht unterschiedlich lange Bearbeitungszeiten automatisch aus und verhindert die Überlastung einzelner Server.

Arten von Load Balancern

Load Balancer lassen sich nach verschiedenen Kriterien unterscheiden. Die wichtigste Unterscheidung betrifft die Ebene, auf der sie arbeiten.

Layer 4 Load Balancing

Load Balancer auf Layer 4 arbeiten auf der Transportebene des Netzwerks. Sie betrachten nur IP Adressen und Ports, nicht aber den Inhalt der Anfragen. Die Entscheidung über die Weiterleitung erfolgt schnell und mit geringem Ressourcenverbrauch. Diese Methode eignet sich für einfache Verteilungsszenarien und hohen Durchsatz.

Layer 7 Load Balancing

Layer 7 Load Balancer analysieren den vollständigen HTTP Verkehr. Sie können Anfragen anhand von URLs, Cookies, HTTP Headern oder sogar dem Inhalt der Anfrage weiterleiten. Das ermöglicht deutlich intelligentere Verteilungsstrategien. Beispielsweise können alle Anfragen für Bilder an spezialisierte Medienserver gehen, während API Aufrufe andere Server erreichen.

Hardware versus Software Load Balancer

Traditionell setzen große Unternehmen dedizierte Hardware Load Balancer ein. Diese Geräte bieten maximale Leistung und Zuverlässigkeit, sind aber teuer in Anschaffung und Wartung. Software Load Balancer laufen auf Standardservern und bieten mehr Flexibilität bei geringeren Kosten. In Cloud Umgebungen haben sich Software Lösungen weitgehend durchgesetzt.

Session Persistenz

Viele Webanwendungen speichern Zustandsinformationen in der Session des Nutzers. Der Warenkorb eines Online Shops oder der Login Status eines Benutzers sind typische Beispiele. Wird ein Benutzer bei jeder Anfrage an einen anderen Server geleitet, gehen diese Informationen verloren.

Lösungen für Session Persistenz

Es gibt mehrere Ansätze, um Sessions bei Load Balancing zu erhalten:

• Sticky Sessions: Der Load Balancer leitet alle Anfragen eines Benutzers an denselben Server. Die Zuordnung erfolgt meist über Cookies.
• Zentrale Session Speicherung: Alle Server greifen auf einen gemeinsamen Session Speicher zu, etwa eine Datenbank oder einen speziellen Cache Server.
• Token basierte Authentifizierung: Statt Sessions werden signierte Tokens verwendet, die alle nötigen Informationen enthalten.

Die beste Lösung hängt von der Anwendung und der Infrastruktur ab. Zentrale Session Speicherung bietet die größte Flexibilität, erfordert aber zusätzliche Infrastruktur.

Health Checks und Ausfallsicherheit

Ein wesentlicher Vorteil von Load Balancing liegt in der erhöhten Ausfallsicherheit. Der Load Balancer überwacht kontinuierlich den Zustand aller Backend Server durch sogenannte Health Checks.

Wie Health Checks funktionieren

Der Load Balancer sendet regelmäßig Testanfragen an jeden Server. Antwortet ein Server nicht oder liefert Fehlermeldungen, wird er aus der Rotation genommen. Neue Anfragen erreichen ihn nicht mehr, bis er wieder ordnungsgemäß funktioniert. Dieser Mechanismus verhindert, dass Besucher auf fehlerhafte Server geleitet werden.

Verschiedene Check Typen

• TCP Check: Prüft, ob der Server eine Verbindung annimmt
• HTTP Check: Sendet eine HTTP Anfrage und prüft den Statuscode
• Anwendungsspezifischer Check: Testet spezifische Funktionen der Anwendung

Je gründlicher der Health Check, desto zuverlässiger die Erkennung von Problemen. Ein einfacher TCP Check bemerkt nicht, wenn die Anwendung fehlerhaft arbeitet, aber noch Verbindungen annimmt.

Load Balancing in der Cloud

Cloud Hosting hat die Möglichkeiten für Load Balancing erheblich erweitert. Virtuelle Server lassen sich automatisch hinzufügen oder entfernen, je nach aktuellem Bedarf. Diese elastische Skalierung macht den Betrieb effizienter und kostengünstiger.

Auto Scaling

Auto Scaling kombiniert Load Balancing mit automatischer Kapazitätsanpassung. Steigt die Last, werden automatisch neue Server gestartet und in die Verteilung aufgenommen. Sinkt die Last wieder, werden überzählige Server beendet. So zahlen Sie nur für die Kapazität, die Sie tatsächlich benötigen.

Die Konfiguration erfordert die Definition von Schwellwerten. Ab welcher CPU Auslastung sollen neue Server starten? Wie lange muss die Last niedrig sein, bevor Server wieder entfernt werden? Diese Parameter beeinflussen die Reaktionszeit und die Kosten.

Load Balancing und Performance

Neben der Verteilung der Last beeinflusst Load Balancing die Performance auf mehrere Arten. Moderne Load Balancer bieten zusätzliche Optimierungsfunktionen.

SSL Termination

Die Verschlüsselung von HTTPS Verbindungen ist rechenintensiv. Bei SSL Termination übernimmt der Load Balancer die Ent und Verschlüsselung. Die Backend Server erhalten unverschlüsselte Anfragen und müssen keine Rechenleistung für Kryptographie aufwenden. Das entlastet die Server erheblich.

Kompression und Caching

Einige Load Balancer komprimieren Antworten automatisch, bevor sie an Clients gesendet werden. Andere integrieren Caching Funktionen, um häufig angefragte Inhalte direkt aus dem Speicher zu liefern. Beide Funktionen reduzieren die Last auf den Backend Servern und beschleunigen die Auslieferung.

Implementierung von Load Balancing

Die Einrichtung von Load Balancing erfordert sorgfältige Planung. Mehrere Aspekte müssen bedacht werden.

Voraussetzungen

• Mindestens zwei gleichartig konfigurierte Backend Server
• Gemeinsamer Zugriff auf statische Dateien und Datenbanken
• Synchronisation von hochgeladenen Dateien zwischen Servern
• Lösung für Session Persistenz
• Überwachung und Alarmierung für alle Komponenten

Typische Architektur

Eine einfache Load Balancing Architektur besteht aus einem Load Balancer vor zwei oder mehr Webservern. Diese greifen auf einen gemeinsamen Datenbankserver zu. Für höhere Verfügbarkeit wird der Load Balancer selbst redundant ausgelegt, oft durch aktive und passive Instanzen.

Kosten und Wirtschaftlichkeit

Load Balancing verursacht zusätzliche Kosten für Infrastruktur und Verwaltung. Dem stehen Vorteile wie höhere Verfügbarkeit und bessere Performance gegenüber.

Die Investition rechnet sich, wenn Ausfallzeiten hohe Kosten verursachen oder die Kapazität eines einzelnen Servers nicht ausreicht. Für kleine Websites mit moderatem Traffic ist klassisches Webhosting oft die wirtschaftlichere Wahl.

Häufige Fehler vermeiden

Bei der Einrichtung von Load Balancing passieren oft ähnliche Fehler. Diese zu kennen hilft, sie zu vermeiden.

Single Point of Failure

Ein einzelner Load Balancer macht den Vorteil der Redundanz zunichte. Fällt er aus, ist die gesamte Infrastruktur nicht mehr erreichbar. Die Lösung besteht in redundanten Load Balancern mit automatischem Failover.

Ungleiche Server Konfiguration

Wenn sich die Backend Server in Software oder Konfiguration unterscheiden, kann das zu inkonsistentem Verhalten führen. Ein Besucher erhält unterschiedliche Ergebnisse je nach Server. Automatisierte Konfigurationsverwaltung stellt sicher, dass alle Server identisch sind.

Vernachlässigte Datensynchronisation

Hochgeladene Dateien oder generierte Inhalte müssen auf allen Servern verfügbar sein. Ohne Synchronisation fehlen Dateien auf manchen Servern. Gemeinsame Speichersysteme oder Synchronisationsmechanismen lösen dieses Problem.

Wann lohnt sich Load Balancing?

Nicht jede Website benötigt Load Balancing. Die Technologie macht vor allem in bestimmten Situationen Sinn.

Load Balancing sinnvoll bei

• Hohem und schwankendem Traffic Aufkommen
• Geschäftskritischen Anwendungen mit hohen Verfügbarkeitsanforderungen
• E Commerce Projekten, bei denen Ausfälle Umsatzverluste bedeuten
• Anwendungen, die die Kapazität eines Servers übersteigen
• Szenarien, in denen geplante Wartung ohne Downtime erfolgen soll

Alternativen für kleinere Projekte

Für kleinere Websites gibt es kostengünstigere Wege, Performance und Verfügbarkeit zu verbessern. Ein leistungsfähigerer Server, effizientes Caching und die Nutzung eines Content Delivery Networks können ähnliche Effekte erzielen ohne die Komplexität von Load Balancing.

Ausblick und Entwicklung

Load Balancing entwickelt sich kontinuierlich weiter. Service Mesh Architekturen verlagern die Lastverteilung näher an die Anwendung. Intelligente Algorithmen berücksichtigen immer mehr Faktoren bei der Verteilungsentscheidung. Die Integration mit Container Orchestrierung wie Kubernetes macht Load Balancing zum selbstverständlichen Teil moderner Infrastruktur.

Für wachsende Projekte empfiehlt es sich, die Architektur von Anfang an so zu gestalten, dass Load Balancing später ergänzt werden kann. Zustandslose Anwendungen und zentrale Datenhaltung sind wichtige Voraussetzungen, die sich nachträglich schwerer umsetzen lassen.

Weiterführende Informationen finden Sie in unseren Ratgebern zum Thema Hosting Arten und Webserver Grundlagen. Für die Absicherung Ihrer Infrastruktur lesen Sie unseren Artikel zur Server Sicherheit. Erfahren Sie mehr über Hochverfügbarkeit und Failover Strategien, um Ihre Systeme noch ausfallsicherer zu gestalten.