Diplomarbeit Skalierbare Hochverfügbarkeitslösungen mit Lastverteilung für E-Commerce Sites Mai 2000
3.3.2 Lösungsansätze
Server Load Balancing kann durch den Einsatz von Layer4-Switching ermöglicht werden. Die Daten werden anhand der Untersuchung der TCP-Header auf die einzelnen Server verteilt. In jedem TCP-Header werden die Ports mitgeliefert, dadurch kann das Paket einer Anwendung, und damit einem Server, zugeordnet werden.121
Wenn mehrere Server für eine Anwendung zur Verfügung stehen, können die Pakete der Reihe nach oder anhand bestimmter Verteilungsschlüssel weitergeleitet werden. Dieser Verteilungsprozess der Datenlast wird Load Balancing genannt.
Eine mögliche Anbindung einer Serverfarm an einen Layer4-Switch ist in Abb.3.10-a dargestellt. In diesem Fall bildet allerdings der Layer4-Switch einen Single Point of Failure122 (SPoF), d.h. durch einen Ausfall des Switches ist keiner der Server mehr erreichbar. Um dies zu vermeiden, kann man mehrere Layer4-Switches einsetzen, wobei diese mit den Servern über einen Layer2-Switch verbunden sind (Abb3.10-b). Die L4-Switches überwachen sich gegenseitig, wobei einer von ihnen als Backup-Gerät deaktiviert bleibt. Falls ein aktiver Switch ausfällt, übernimmt der Backup-Switch seinen Platz.
Der einzelne L2-Switch in Abb.3.10-b bildet allerdings wiederum einen SPoF, welchen man durch den Einsatz von zwei L2-Switches vermeiden kann (Abb.3.10-c).123 Bei dieser Lösung ist jedoch zu beachten, dass durch den Ausfall eines L2-Switches die Hälfte aller Server nicht mehr verfügbar ist. Ein weiteres Problem besteht darin, dass die Datenlast aller Server ein L4-Switch alleine trägt.
Abbildung 3.10 : Verschiedene Serverfarm-Anbindungen zur Vermeidung eines SPoF
Durch eine Vernetzung nach Abb.3.11 werden diese Probleme vermieden. Weder L2-Switches noch L4-Switches bilden einen SPoF. Desweiteren werden die Server durch Einsatz von speziellen Netzwerkkarten redundant an beide L2-Switches angebunden, so dass beim Ausfall eines Switches immer noch alle Server erreichbar sind. Diese Server-Netzwerkkarten bestehen entweder aus zwei zusammengehörigen NICs124 mit je einem Interface125 oder aus einer NIC mit zwei Interfaces126.
Abbildung 3.11 : Redundante Serveranbindung mit virtuellen IP-Adressen
Die Server sind über die IP-Adresse des Layer4-Switches erreichbar. Um mehrere Switches mit nur einer IP-Adresse anzusprechen, präsentieren diese sich nach außen als einzelner virtueller Server mit einer virtuellen IP-Adresse. Über diese virtuelle IP-Adresse sind alle Server zu erreichen, so dass die Weiterleitung auf die verschiedenen Server für den Anwender transparent ist.127 Die Datenlast kann dabei auf mehrere L4-Switches verteilt werden, indem jeder Switch einen anderen virtuellen Server bildet. Die Server werden dann entsprechend dem Lastaufkommen möglichst gleichmäßig den virtuellen Servern zugeordnet (siehe Abb. 3.11).
121vgl. Kap. 2.1.3.7
122nicht redundant ausgelegte Komponente
123Die in diesem Zusammenhang eingesetzten L2-Switches dienen zur Verbindung von Servern und L4-Switches, außerdem ermöglichen sie den Anschluß einer größeren Anzahl an Servern. Falls die L4-Switches über genügend Ports für jeden einzelnen Server verfügen, können sie problemlos an Stelle der L2-Switches eingesetzt werden.
124Network Interface Card
125z.B. 3Com Fast Etherlink 3C9890-Tx
126z.B. Intel Pro/100+ Dual-Port
127vgl. <49>