Netzwerk & WAN
Load Balancing
Load Balancing verteilt Anfragen auf mehrere Backend-Server, für mehr Verfügbarkeit und Skalierung, auf Layer 4 (TCP/UDP) oder Layer 7 (HTTP).
- Lastverteilung und Skalierung
- Layer 4 und Layer 7
- Health Checks, TLS-Termination
- HAProxy, nginx, Envoy, keepalived
- Session-Persistenz
Load Balancing verteilt eingehende Anfragen auf mehrere Backend-Server. Es erhöht die Verfügbarkeit (ein ausgefallener Server wird übersprungen), ermöglicht horizontale Skalierung (mehr Instanzen statt größerer Maschinen) und kann Backends entlasten, etwa durch zentrale TLS-Terminierung.
Dieser Artikel erklärt den Unterschied zwischen Layer-4- und Layer-7-Load-Balancing, die gängigen Algorithmen, Health Checks, Session-Persistenz, TLS-Termination sowie die Hochverfügbarkeit der Load-Balancer-Schicht selbst und nennt die relevanten Open-Source-Lösungen.
1. Layer 4 gegen Layer 7
Ein Layer-4-Load-Balancer entscheidet anhand von IP-Adressen und Ports (TCP/UDP), ohne den Inhalt zu lesen, das ist schnell und protokollagnostisch. Ein Layer-7-Load-Balancer terminiert die Verbindung, versteht HTTP und kann nach URL-Pfad, Host-Header oder Cookie verteilen. Layer 7 ermöglicht inhaltsbasiertes Routing und TLS-Termination, kostet aber mehr Rechenleistung.
2. Algorithmen und Health Checks
Verbreitete Verfahren sind Round Robin (reihum), Least Connections (zum am wenigsten ausgelasteten Server, gut für lange Sitzungen), IP-Hash (gleicher Client immer zum gleichen Server) sowie moderne Varianten wie Power-of-Two-Choices oder Consistent Hashing. Health Checks nehmen kranke Backends automatisch aus dem Pool: aktive Checks senden eigene Probes, passive werten echten Traffic aus.
3. Session-Persistenz und TLS-Termination
Zustandsbehaftete Anwendungen brauchen oft Session-Persistenz (Sticky Sessions), per Cookie (Layer 7) oder Stick-Table/Quell-IP. Bei der TLS-Termination entschlüsselt der Load Balancer den Verkehr zentral (einfaches Zertifikatsmanagement, Entlastung der Backends); soll die Verbindung auch intern verschlüsselt bleiben, nutzt man Re-Encryption (SSL Bridging) oder reicht den Stream unentschlüsselt durch (Passthrough).
4. Hochverfügbarkeit der LB-Schicht
Der Load Balancer darf nicht selbst zum Single Point of Failure werden. Mit keepalived und VRRP teilen sich zwei Knoten eine virtuelle IP; fällt der Primary aus, übernimmt der Backup. Aktiv/aktiv ist über mehrere VRRP-Instanzen möglich. keepalived bringt zudem mit dem Kernel-Modul IPVS einen schnellen Layer-4-Lastverteiler mit.
Reverse Proxy ist nicht gleich Load Balancer
Reverse Proxy und Load Balancer sind oft dieselbe Software (HAProxy, nginx), aber nicht dasselbe Konzept: Ein Reverse Proxy nimmt Anfragen stellvertretend für Backends entgegen, ein Load Balancer verteilt sie auf mehrere. In der Praxis übernimmt ein Layer-7-Proxy beides.
5. Stärken und Grenzen
| Stärken | Grenzen |
|---|---|
| Höhere Verfügbarkeit und horizontale Skalierung | Die LB-Schicht muss selbst redundant ausgelegt werden |
| Layer 7 erlaubt inhaltsbasiertes Routing und TLS-Offload | Layer 7 kostet mehr Rechenleistung als Layer 4 |
| Ausgereifte Open-Source-Optionen (HAProxy, nginx, Envoy) | Session-Persistenz und Health Checks müssen zur Anwendung passen |
Häufige Fragen zu Load Balancing
Beide sind ausgereift. HAProxy ist auf Lastverteilung spezialisiert (viele Algorithmen, feine Health Checks, Stick-Tables), nginx ist zusätzlich Webserver und Reverse Proxy. Für reine TCP/HTTP-Lastverteilung greifen viele zu HAProxy; nginx punktet, wenn Webserver- und Proxy-Funktionen zusammenkommen. Aktive Health Checks bietet nginx nur in der kommerziellen Plus-Variante.
Kubernetes bringt mit Services und Ingress/Gateway-API eigenes Load Balancing mit; nach außen steht aber meist trotzdem ein klassischer Load Balancer (etwa HAProxy oder MetalLB plus keepalived) für die virtuelle IP und die Verteilung auf die Cluster-Knoten.
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