Layer-7-Load-Balancer vs. Layer-4: Die wichtigsten Unterschiede im Überblick

Der Lastausgleich ist eine der wichtigsten Funktionen eines Application Delivery Controllers (ADC), der den Netzwerkverkehr optimal auf die Server verteilt, um die bestmögliche Anwendungsleistung und Anwendungsverfügbarkeit zu gewährleisten. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, dies zu tun; Sie werden Verweise auf Layer 4 Load Balancing, Layer 7 Load Balancing und sogar L4 Load Balancing / L7 Load Balancing sehen. Was bedeutet das, und welche dieser Möglichkeiten ist am sinnvollsten?

Der Unterschied zwischen dem Lastausgleich auf Schicht 4 und dem Lastausgleich auf Schicht 7 beruht auf den verschiedenen Schichten des OSI-Referenzmodells (Open Systems Interconnection) für Netzwerke. Ein Layer 4 Load Balancer arbeitet auf der Transportschicht und verwendet die TCP- und UDP-Protokolle zur Verwaltung des Transaktionsverkehrs auf der Grundlage eines einfachen Lastausgleichsalgorithmus und grundlegender Informationen wie Serververbindungen und Antwortzeiten. Ein Load Balancer der Schicht 7 arbeitet auf der Anwendungsschicht - der höchsten Schicht im OSI-Modell - undtrifft seine Routing-Entscheidungen auf der Grundlage detaillierterer Informationen wie den Merkmalen des HTTP/HTTPS-Headers, dem Nachrichteninhalt, dem URL-Typ und den Cookie-Daten. Ein L4-7-Load-Balancer verwaltet den Datenverkehr auf der Grundlage einer Reihe von Netzwerkdiensten auf den ISO-Schichten 4 bis 7, die Datenspeicherung, -manipulation und Kommunikationsdienste bereitstellen.

Um den Wert jedes dieser Ansätze zu verstehen, sollten wir uns zunächst die Unterschiede zwischen ihnen ansehen.

Schicht 4 Lastausgleich vs. Schicht 7 Lastausgleich

Schicht 4 Lastausgleich

Der Lastausgleich auf Schicht 4, der auf der Transportebene arbeitet, verwaltet den Datenverkehr auf der Grundlage von Netzinformationen wie Anwendungsports und Protokollen, ohne den tatsächlichen Inhalt der Nachrichten zu kennen. Dies ist ein effektiver Ansatz für einen einfachen Lastausgleich auf Paketebene. Da die Nachrichten weder geprüft noch entschlüsselt werden, können sie schnell, effizient und sicher weitergeleitet werden. Da der Lastausgleich auf Ebene 4 jedoch nicht in der Lage ist, Entscheidungen auf der Grundlage von Inhalten zu treffen, ist es nicht möglich, den Datenverkehr auf der Grundlage von Medientypen, Lokalisierungsregeln oder anderen Kriterien zu routen, die über einfache Algorithmen wie Round-Robin-Routing hinausgehen.

Schicht 7 Lastausgleich

Der Lastausgleich der Schicht 7 erfolgt auf der Anwendungsebene, wobei Protokolle wie HTTP und SMTP verwendet werden, um Entscheidungen auf der Grundlage des tatsächlichen Inhalts der einzelnen Nachrichten zu treffen. Anstatt den Datenverkehr einfach ungelesen weiterzuleiten, beendet ein Layer-7-Lastausgleicher den Netzwerkverkehr, führt bei Bedarf eine Entschlüsselung durch, prüft die Nachrichten, trifft inhaltsbasierte Routing-Entscheidungen, initiiert eine neue TCP-Verbindung zum entsprechenden Upstream-Server und schreibt die Anfrage an den Server.

Die Notwendigkeit der Verschlüsselung führt zwar zu einer Leistungseinbuße bei der Layer-7-Verarbeitung, doch kann diese durch den Einsatz von SSL-Offload-Funktionen weitgehend reduziert werden. Durch die Aktivierung anwendungsbezogener Netzwerke ermöglicht der Lastausgleich auf Layer 7 intelligentere Entscheidungen zum Lastausgleich und zur Optimierung von Inhalten. Durch die Anzeige oder aktive Einspeisung von Cookies kann der Load Balancer eindeutige Client-Sitzungen identifizieren, um Server-Persistenz oder "Sticky Sessions" zu gewährleisten und alle Client-Anfragen an denselben Server zu senden, um die Effizienz zu steigern. Die Sichtbarkeit auf Paketebene ermöglicht die Verwendung von Content Caching, bei dem häufig aufgerufene Elemente für einen einfachen Abruf im Speicher gehalten werden. Für moderne Unternehmen ist es wichtig, dass der Layer-7-Lastausgleich die Intelligenz besitzt, um Protokolle zu handhaben, bei denen Anforderungen auf eine einzige Verbindung verteilt oder gemultiplext werden, um den Datenverkehr zu optimieren und den Overhead zu reduzieren.

Lastverteiler der Schicht 4 vs. Lastverteiler der Schicht 7 im Überblick

Wann sollte man Layer-4- und wann Layer-7-Lastenausgleich einsetzen?

Die Entscheidung zwischen Layer-4- und Layer-7-Load-Balancern hängt von Ihrer Anwendungsarchitektur und Ihren Leistungszielen ab. Da der A10 Thunder sowohl die Weiterleitung auf Layer-4-Ebene mit Leitungsgeschwindigkeit als auch die tiefgehende Layer-7-Verarbeitung bewältigt, hängt die Wahl davon ab, ob Ihre Anwendung Hochgeschwindigkeits-Routing oder tiefgehende Paketanalyse erfordert.

Wann sollte man sich für einen Layer-4-Load-Balancer entscheiden?

Der Lastausgleich auf Layer-4-Ebene ist auf hohe Geschwindigkeit und geringe Latenz ausgelegt. Da dabei ausschließlich Daten auf Netzwerkebene – wie IP-Adressen und Ports – berücksichtigt werden, wird der Datenverkehr weitergeleitet, ohne dass die eigentliche Anwendungsdatenlast geöffnet wird. Durch diesen geringen Overhead eignet sich diese Methode ideal für Anwendungen mit hohem Datenaufkommen, bei denen die Verarbeitungszeit entscheidend ist, wie beispielsweise Videostreaming, Gaming oder die Erfassung großer Mengen von IoT-Daten.

Auch Layer 4 ist protokollunabhängig. Wenn Sie den Datenverkehr, der nicht über HTTP läuft – wie beispielsweise Datenbankcluster (SQL, MongoDB), LDAP oder SMTP-Mailserver –, ausgleichen müssen, ist Layer 4 die richtige Wahl. Es ist zudem die ideale Konfiguration, wenn Ihre Sicherheitsvorschriften eine strenge End-to-End-Verschlüsselung erfordern, da der Datenverkehr den ADC völlig unverändert und verschlüsselt durchläuft, bis er den Backend-Server erreicht.

Wann sollte man sich für einen Layer-7-Load-Balancer entscheiden?

Lastenausgleich auf Layer 7 ist für moderne Webanwendungen, APIs und Microservices-Architekturen unerlässlich, die ein intelligentes, kontextbezogenes Routing erfordern. Durch die Analyse der Anwendungsdaten kann der Thunder den Datenverkehr anhand spezifischer Elemente wie HTTP-Header, Cookies oder des genauen URL-Pfads weiterleiten. So können Sie beispielsweise Anfragen für statische Bilder automatisch an einen Pool optimierter Server weiterleiten, während API-Aufrufe (/api/v1) oder Zahlungsanfragen an einen Serverpool mit höherer Rechenleistung weiterleiten.

Dieses Anwendungsbewusstsein ist auch für die erweiterte Sitzungspersistenz (Sticky Sessions) erforderlich. Der Layer-7-Lastausgleich ermöglicht es Ihnen, HTTP-Cookies zu verwenden, um sicherzustellen, dass ein Benutzer während seiner gesamten Anmelde- oder Warenkorb-Sitzung mit genau demselben Backend-Server verbunden bleibt.

Darüber hinaus fungiert der Layer-7-Lastausgleich als entscheidende Sicherheits- und Optimierungsgrenze. Da die Lastverteilung auf der Anwendungsebene erfolgt, können Sie rechenintensive SSL/TLS-Entschlüsselung von Ihren Backend-Servern auf die hardwarebeschleunigten Prozessoren von A10 auslagern. Sobald der Datenverkehr auf der ADC-Ebene entschlüsselt ist, können Sie erweiterte Sicherheitsdienste einsetzen, wie beispielsweise eine Webanwendungs-Firewall (WAF) zum Blockieren von SQL-Injektionen oder eine Ratenbegrenzung auf Anwendungsebene, um bösartige Bots zu stoppen, bevor sie überhaupt Ihre Webserver erreichen.

Warum Ihre ADC L4-Lastausgleich / L7-Lastausgleich braucht

Obwohl Load Balancer der Schicht 7 umfangreichere Funktionen bieten und intelligentere Routing-Entscheidungen ermöglichen, gibt es für jede Schicht geeignete Anwendungsfälle. Layer 7 bietet die notwendige Transparenz und Anwendungskenntnis, um intelligente Routing-Entscheidungen, Optimierungen und Leistungsverbesserungen zu ermöglichen. So kann beispielsweise die in der Kopfzeile des Browsers angegebene Sprache verwendet werden, um Besucher auf die entsprechende Inhaltsversion umzuleiten. Um die bestmögliche Erfahrung für jeden Benutzer, jedes Gerät und jeden Standort zu bieten und gleichzeitig die Anforderungen des Unternehmens an Compliance, Inhaltslokalisierung und Effizienz zu erfüllen, sollte ein ADC Funktionen für den Lastausgleich sowohl auf Layer 4 als auch auf Layer 7 bieten, um die verschiedenen Anwendungsanforderungen zu erfüllen.