ネットワークロードバランサーとは？仕組み・種類・AWSでの活用法を徹底解説

ネットワークロードバランサーとは？仕組みの基本

ネットワークロードバランシング（NLB）とは、TCP/IPプロトコルを利用してネットワークトラフィックを複数のサーバーへ効率的に振り分ける技術です。アプリケーションが稼働する2台以上の独立したコンピューターを1つの仮想クラスタとして統合することで、単一障害点を排除し、Webサーバーや基幹業務システムに高い信頼性とパフォーマンスをもたらします。

ロードバランサーの役割と目的

ハードウェアであれソフトウェアであれ、ロードバランサーの根本的な目的は、プール内の各Webサーバーへトラフィックを均等に分散し、特定のサーバーに過剰な負荷がかかるのを防ぐことでサービス品質（QoS）を維持することにあります。

また、ロードバランサーを導入することでサーバーの応答時間を最小限に抑えられます。クライアントデバイスとバックエンドサーバーの間に配置されたロードバランサーは、着信リクエストを受け取り、処理可能な稼働中のサーバーへ振り分けることで、高可用性と信頼性を確保します。

なぜロードバランサーが必要なのか

負荷分散を行わない場合、アクセス集中によって特定のサーバーが過負荷状態になり、最悪の場合ダウンしてしまいます。ロードバランサーによる負荷分散は、このようなサーバーダウンを未然に防ぎ、サービスの可用性向上とダウンタイムの削減を実現します。需要の変化に柔軟に対応できるため、サーバーの追加・削除もいつでも容易に行えます。

ロードバランサーの種類と具体例

ソフトウェアロードバランサーの代表例

代表的なソフトウェア型にはHAProxyなどがあります。NGINXはHTTPロードバランサーとして動作し、SSLターミネーション機能も備えています。Linux環境では、LVS（Linux Virtual Server）によりレイヤー4レベルの負荷分散が可能です。

レイヤー別・形態別の分類

ロードバランサーは主に以下のように分類されます。

• L4ロードバランサー（ネットワーク層）：TCP/IPレベルで通信を高速に振り分けます。
• L7ロードバランサー／アプリケーションロードバランサー：HTTPヘッダーなどの内容を解析してルーティングします。
• GSLB（グローバルサーバーロードバランサー）／マルチサイト型：地理的に離れた複数拠点間で負荷分散を行います。
• ハードウェアロードバランサー：専用機器として高性能な分散処理を提供します。

分散アルゴリズムの例：ラウンドロビン方式

有名な分散アルゴリズムに「ラウンドロビン」があります。たとえば3台のアプリケーションサーバーがある場合、1番目のクライアントリクエストは1台目へ、2番目は2台目へ、3番目は3台目へ送られ、4番目のリクエストは再び1台目へ戻ります。この順番を繰り返すことで負荷を均等化します。さらに重み付け（Weighted Round Robin）を用いれば、サーバー性能の差に応じた柔軟な配分も可能です。

AWSにおけるロードバランサーの種類

AWS（Amazon Web Services）のElastic Load Balancingでは、主に次のタイプが提供されています。

• Application Load Balancer（ALB）：HTTP/HTTPSトラフィック（レイヤー7）を対象とし、コンテンツベースのルーティングに最適です。
• Network Load Balancer（NLB）：低レイテンシーと高スループットを実現し、TCP/IPレベルで高速にトラフィックを転送します。
• Classic Load Balancer（CLB）：旧世代のロードバランサーで、Amazon ECSなどのサービスでも利用されてきました。

NLBとALBの違いは？

ネットワークロードバランサーはリクエストをそのまま転送するのに対し、アプリケーションロードバランサーはHTTPリクエストヘッダーの中身を検査して、最適な宛先へルーティングします。コンテンツベースのきめ細かな振り分けが必要な場合はALB、圧倒的な速度と安定性が求められる場合はNLBといった使い分けが基本です。

NLBの特長

AWSのNetwork Load Balancer（NLB）は、複数のクラウドリソース間でトラフィックを分散させることで、アプリケーションに低レイテンシーと高スループットを提供します。あるターゲットが遅延したり利用できなくなったりしても、自動的に別の正常なターゲットへトラフィックを迂回させられる点が大きな強みです。

ロードバランサーはセキュリティにも有効

DDoS攻撃への対策

クラウドコンピューティングの普及に伴い、ロードバランサーはシステムの安全確保において重要な役割を担っています。分散型サービス拒否攻撃（DDoS攻撃）への防御手段として、ロードバランサーはオフローディング機能を提供します。攻撃トラフィックを社内サーバーから公共クラウドプロバイダー側へ迂回させることで、本来のサービスへの影響を最小限に抑えます。

アプリ変更不要の追加セキュリティレイヤー

ロードバランサーを導入すれば、アプリケーション本体に変更を加えることなく、Webサイトに新たなセキュリティレイヤーを追加できます。トラフィックの最適化とWebサーバーへの負荷軽減によって、パフォーマンスの向上も期待できます。

ネットワークロードバランサーを保護する方法

IPアドレスをターゲットタイプとする場合、セキュリティグループの設定が必要です。Network Load Balancerをターゲットとする場合は、ターゲットからのトラフィックを許可するため、ロードバランサーのIPアドレス向けのルールをセキュリティグループに追加してください。

NLBにセキュリティグループは設定できる？

Network Load Balancer自体にはセキュリティグループを関連付けることができません。そのため、各ターゲットのセキュリティグループで「ロードバランサーからのトラフィックを許可」するよう、IPアドレスベースで設定します。なお、ターゲット側のセキュリティグループをクライアント側のソースとして参照することはできない点に注意が必要です。

ロードバランサーの動作確認方法

ブラウザからクラスタのIPアドレス（例：https://192.168.1.45）に接続してみましょう。その後、画面を何度か更新（リロード）してください。クラスタが正しく動作していれば、更新のたびにクラスタ内の異なるマシンが配信するWebページが表示されるはずです。

ロードバランサー導入の主なメリット

• 障害の予防：ネットワークトラフィックをバランスよく分散し、リソースの過負荷による障害を防止します。
• 可用性の向上：アプリケーション、Webサイト、データベースなどの稼働率と応答性が改善され、ユーザーのリクエスト処理がスムーズになります。
• 冗長性の確保：ダウンタイムが減少し、全体的なパフォーマンスが向上します。
• 柔軟なスケーラビリティ：需要の変化に応じてサーバーを自由に追加・削除でき、サイトの拡大にも対応できます。
• 障害時の効率的な管理：オンラインのサーバーにのみリクエストを振り分けるため、高い信頼性を維持できます。

クラウド時代におけるロードバランサーの意義

クラウドバランシングは、クラウドならではのスケーラビリティと俊敏性を活かした負荷分散手法です。ユーザートラフィックの急増にも耐え、保有するすべてのサーバーやネットワークデバイスへトラフィックを均等に分配することで、安定したサービス提供を可能にします。魅力的なコンテンツで読者を集める成長期のWebサイトほど、冗長性と柔軟性を備えた負荷分散基盤が不可欠だと言えるでしょう。