Website-Beschleuniger

Website-Betreiber sind mit einem gravierenden Dilemma konfrontiert: Einerseits hält der Trend zu grafisch aufwendig gestalteten Websites mit Multimedia-und Java-Elementen unvermindert an - mit der Folge entsprechend langer Download-Zeiten. Andererseits werden von den Kunden möglichst kurze Antwortzeiten gewünscht - und die lassen sich eigentlich nur mit schlanken Webangeboten realisieren. Selbst Firmen, die auf bandbreitenfressenden Overhead verzichten, sind nicht gefeit gegen Internet-Seiten im Schneckentempo. Zu Spitzenbesuchszeiten gehen selbst die kargsten Websites in die Knie - und lassen Kunden warten.

Die Bedeutung kurzer Wartezeiten darf besonders dann nicht unterschätzt werden, wenn der Internet-Auftritt direkt mit dem Geschäftserfolg verbunden ist. Eine Marktstudie von Zona Research belegte, dass die Download-Zeit von Websites den Erfolg des Online-Business unmittelbar beeinflusst. Mit zunehmender Zeitspanne nimmt der Anteil der geduldigen Besucher exponentiell ab - umgekehrt bedeutet eine Verkürzung von beispielsweise 40 auf 10 Sekunden eine Verachtfachung der Akzeptanz. Die Zona-Studie propagierte, dass das E-Business der "Acht-Sekunden-Regel" folgen sollte: Im Durchschnitt sollte der Download einer Webpage in acht Sekunden erledigt sein.

Optik vs. Geschwindigkeit

Angesichts heutiger Websites sind die in der Zona-Studie geforderten Download-Zeiten nur mit entsprechenden Optimierungstechniken erreichbar. Wer sein Internet-Business auf den Endkundenbereich ausgerichtet hat, sollte auch nicht vergessen, dass hier immer noch viele User ohne High-Speed-Verbindung surfen.

Ein 56K-Modem liefert theoretisch eine Transferrate von höchstens 7 KByte/s. Geht man davon aus, dass eine durchschnittliche HTML-Datei etwa 50 KByte groß ist und zehn Elemente zu je 1 KByte sowie drei größere Bilder zu je 8 KByte enthält, so kommt man schon auf eine Download-Zeit von 12 Sekunden. Glaubt man der Grafik, würde das bedeuten, dass über 50 Prozent der Besucher vorzeitig wieder abspringen.

Anbieter von Webbeschleunigern versprechen eine Lösung des Problems. Um die Wartezeit auf Websites und andere Internet-Dienste zu verkürzen, werden dabei vor allem drei Ansätze verwendet: Kompression des Webinhalts, Load Balancing und Caching.

• Kompressionstechniken verringern die Größe von Websites entscheidend. Viele Webseiten können um den Faktor 3-5 und höher komprimiert werden, je komplexer der Aufbau der Seite, umso höher ist der Komprimierfaktor.

• Auf Anbieterseite können Lastverteiler an den Eingangsknoten Anfragen an die besten, verfügbaren Server weiterleiten. Optimier-Software ist heute auch in der Lage, automatisch die Übertragungsrate des Users zu registrieren und dynamisch geschwindigkeitsoptimierte Versionen von Webobjekten zu erzeugen.

• Schließlich gibt es noch die altbekannte Caching-Technologie, bei der häufig abgerufene Websites oder Objekte im schnellen Zwischenspeicher gehalten werden. Besonders bei langsamen Java-Objekten ist dies lohnenswert.

Datenkompression

Das deutsche Startup-Unternehmen Vigos, für sein Produkt vom Wirtschaftsminister mit dem Multimedia-Preis 2000 ausgezeichnet, ist mit seinem auf Kompression beruhenden Website Accelerator auch international im Geschäft. Der Vigos Website Accelerator kann laut Hersteller das Transfervolumen von statischen und dynamisch generierten Webseiten bis auf zehn Prozent der ursprünglichen Größe reduzieren und entsprechend die Ladezeit beim User bis um das Zehnfache beschleunigen. Dieser hohe Wert lässt sich allerdings nur bei sehr textlastigen Seiten erzielen, da JPG- oder GIF-Bilder nur wenig komprimierbar sind.

Der Accelerator, der unter anderem den Webauftritt des "Spiegel" flotter macht, basiert auf dem HTTP-Protokoll und agiert als eigenständige Applikation - unabhängig von der eingesetzten Webserver-Software. Er arbeitet als "reverse proxy" und komprimiert die ausgehenden Daten in Echtzeit. Die komprimierten Daten können von allen modernen Webbrowsern auf dem Client-PC automatisch entpackt und angezeigt werden.

Komprimierbare Inhalte

Zur Kompression werden standardisierte und selbstentwickelte Algorithmen eingesetzt. Anhand einer proprietären SmartShrink-Datenbank wird geprüft, ob und wie die Antwort vor der Auslieferung über das WWW optimiert und komprimiert werden kann. Hier stehen neben den verschiedenen Kompressionsstufen der gzip- Kompression und den MIME-Type-Tabellen auch vorbereitete Filter, wie beispielsweise das Entfernen von überflüssigen Inhalten in HTML-Dokumenten, zur Verfügung. Textdaten wie HTML, CSS oder Javascripts eignen sich besonders gut zur On-the-fly-Komprimierung und erreichen Kompressionsraten von durchschnittlich 75 bis 90 Prozent. Daneben komprimiert der Vigos Website Accelerator auch andere Formate, wie PDF oder Macromedia Flash.

Datenkompression bietet jedoch nicht nur eine höhere effektive Übertragungsgeschwindigkeit. Da auch weniger Daten über das Netz transportiert werden müssen, reduzieren sich für den Website-Betreiber die Hosting-Kosten enorm - ein nicht zu unterschätzender Faktor. Dafür wird bei Vigos jedoch ein zusätzlicher Rechner benötigt, der die Komprimierung übernimmt.

Apache 2.0 bietet mit dem Deflate-Ausgabefilter (mod_deflate) ein ähnliches Feature, allerdings nicht so ausgefeilt. Hier muss der Webserver noch zusätzlich das Packen der Daten übernehmen. Eine entsprechend leistungsfähigere Maschine ist also Pflicht.

Mehr Datendurchsatz mit Caching

Ganz auf Caching setzt Novell im Rahmen seines BorderManagers, einer kompletten Unternehmens-Suite für Sicherheitslösungen. Neben dem Caching-Dienst beinhaltet die Software Firewall-, Virtual-Private-Network- (VPN) und Authentifizierungs-Services.

BorderManager-Caching soll für einen gesteigerten Datendurchsatz in internen und externen Netzwerken sorgen. Die Software beschleunigt den Benutzerzugriff auf die Informationen von Internet- und Intranet-Servern und speichert Websites, die regelmäßigen Zugriff erfahren, lokal ab. Darüber hinaus kann die Leistung weiter verbessert werden, indem Internet-Informationen zeitgesteuert heruntergeladen werden, bevor sie von Benutzern angefordert werden. Nach Unternehmensangaben soll das Caching-Modul den Datenverkehr ins Internet um bis zu 80 Prozent reduzieren.

BorderManager Enterprise Edition ist in die Netware Directory Services (NDS) integriert und wird mit NWadmin verwaltet, derselben grafischen Benutzeroberfläche, die zur Verwaltung von NDS-Ressourcen verwendet wird. Mit diesem Dienstprogramm lassen sich alle Dienste des BorderManagers zentral konfigurieren und verwalten. Über Regeln und Anmeldeverfahren können Administratoren den Internet-Zugriff auf Unternehmensebene für eine Abteilung oder für den einzelnen Benutzer einrichten und steuern. Mit diesen Regeln kann der Zugriff je nach Anwendung, Zeit, Quelle und Ziel sowie nach Inhalt gewährt oder verweigert werden.

Weitere Caching-Lösungen

Ebenfalls mit Caching arbeitet Versants Produkt-Suite enJin. Versant hat Unternehmen im Visier, die hoch skalierbare E-Business-Anwendungen auf der Grundlage von Applikationsservern entwickeln. Versants enJin fungiert als persistenter Objekt-Cache im Middletier und soll J2EE-Anwendungen um ein Vielfaches beschleunigen. J2EE-Komponenten wie Java Server Pages (JSPs), Servlets und Enterprise JavaBeans (EJBs) können ohne objekt-relationales Mapping direkt mit den vorgehaltenen persistenten Objekten arbeiten. Oft abgerufene Informationen werden damit direkt aus dem schnellen Zwischenspeicher ausgelesen, langsame Flaschenhälse wie die Java Database Connectivity oder die Schnittstellen zu Legacy-Systemen werden umgangen. Nach Unternehmensangaben steigert enJin die Performanz bis auf das 50fache.

Der Cache Server Director (CSD) von Radware wurde speziell für Organisationen entwickelt, die Cache-Server-Farmen einsetzen. Der CSD soll dabei eine optimale Ausnutzung der Internet-Zugangs- und Cache-Ressourcen garantieren.

Das Grundprinzip ist schnell erklärt: Der Director leitet Clients zu dem Cache-Server, auf dem die angeforderte Seite bereits gespeichert wurde, und vermeidet so Duplizierungen gleichen Inhalts auf anderen Servern. Zusätzlich kann der CSD so konfiguriert werden, dass spezifische, oft angeforderte Sites vorab gespeichert und auf alle Cache-Ressourcen verteilt werden. Dabei fängt der CSD viele Traffic-Arten von HTTP bis hin zu Streaming-Media-Anfragen ab. Darüber hinaus fängt der CSD passive und aktive FTP -Sessions ab, leitet sie transparent weiter und bietet damit die Möglichkeit, den Cache-Server als FTP-Zwischenspeicher zu nutzen. Dies garantiert optimale Performance auf allen Cache-Servern.

Kompression, Caching und Konversion

Gleich mehrere Optimierungstechniken kombiniert AppCelera ICX-95 von Packeteer, eine Appliance, die vor den Webserver geschaltet wird. Laut Hersteller kann der Content-Accelerator Websites um bis zu 80 Prozent beschleunigen und problemlos in existierende Netze integriert werden. Änderungen an Servern, Routern, Protokollen oder der Netztopologie seien nicht erforderlich.

AppCelera ICX-95 basiert auf Packeteers C3-Technologie, die Caching-, Kompressions- und Konversionstechniken verbindet, um die Performance von Web-basierten Applikationen vom Server zum Desktop zu beschleunigen. Der ICX analysiert dazu die Zugangsgeschwindigkeit und Browser-Ausrüstung des Benutzers und optimiert auf Grund dieser Infos die Performance. Texte und Bilder werden in ein für die jeweilige Umgebung optimales Format konvertiert. Content wird in dem Format erzeugt, das der verwendete Browser am effizientesten darstellen kann.

Zusätzlich passt AppCelera ICX-95 den Webcontent automatisch an unterschiedliche Verbindungsgeschwindigkeiten an. High-Speed-User erhalten den Content in der höchsten Qualität, bei weniger gut ausgestatteten Surfern oder Datenstau passt AppCelera den Content entsprechend an. Der gelieferte Inhalt variiert somit mit der Geschwindigkeit, ein umständliches Anpassen des Webinhalts an Nutzererfordernisse entfällt. Statischen Content speichert AppCelera für die künftige Verwendung komprimiert im Zwischenspeicher ab.

Optimierung durch Lastverteilung

Häufig ist aber nicht die Bandbreite schuld am Datenstau, sondern ein überlasteter Server, der die Anfragen nicht schnell genug beantworten kann. Dies passiert besonders auf Servern mit vielen dynamisch generierten Inhalten. Als Lösung kommt entweder stärkere Hardware in Frage oder der Einsatz mehrerer Server. Dabei müssen allerdings die eingehenden Anfragen optimal auf die eingesetzten Server verteilt werden. Dies ist die Aufgabe von so genannten Lastverteilern oder Load-Balancing-Systemen.

Lokale Lastverteilungslösungen erlauben es, die ankommenden Anfragen völlig dynamisch zu verteilen. Bei globalen, über mehrere Standorte verteilten Lösungen werden Daten eines ganzen Unternehmens durch eine oder mehrere URLs im WWW repräsentiert. Zusätzlich muss eine globale Lösung beispielsweise sowohl die Inhalte als auch die Belastung mehrerer international verteilter Server-Cluster beurteilen und Anfragen entsprechend weiterleiten können - im besten Fall an den dem Benutzer jeweils nächstgelegenen Server.

Die Load-Balancer nehmen den gesamten Datenverkehr auf, der an mehrere zusammengehörige Server gerichtet ist, und verteilen ihn. Einige Server sind zum Beispiel für E-Mail zuständig, andere für Datei-Downloads und die dritte Gruppe für HTML-Dateien. Fortgeschrittene Lösungen unterscheiden zwischen Webtransaktionen und Surfverkehr gewöhnlicher Mitarbeiter, sie differenzieren zwischen den Transaktions-Anfragen und leiten Aufträge der wichtigsten Kunden des Unternehmens schneller weiter, indem sie ihnen eine höhere Übertragungsqualität zuweisen. Dazu durchleuchten sie eintreffende IP-Daten und entscheiden anhand der Analyse, an welchen Server sie die Informationen weiterschicken. Selbst einfache Load-Balancer sind in der Lage, einen millionenschweren Auftrag von einem geschäftsfremden FTP-Transfer zu unterscheiden. All diese Funktionen realisieren sie intern, so dass der Administrator weder seine Infrastruktur stark modifizieren, noch seine kritischen Applikationen umprogrammieren muss.

Lastverteiler-Lösungen

Zu den bekanntesten Hardware-Lösungen für Lastverteiler zählen der LocalDirector von Cisco und der ACEdirector von Alteon Websystems. Beim Cisco LocalDirector handelt es sich um einen dezidierten Lastverteiler, der im Netz als transparente Bridge arbeitet. Die integrierte Lösung mit eingebettetem Echtzeitbetriebssystem ermöglicht intelligenten Lastausgleich von TCP- und UDP-Traffic über mehrere Server. Der LocalDirector erscheint dabei als virtueller Server und bietet optimierte Verteilung des Kundenbedarfs über Gruppen von heterogenen Servern. Server und Anwendung prüfen fallabhängig für jeden Port einzeln und ermöglichen es dem Server, zur Optimierung der Ressourcen-Verfügbarkeit ständig mit den Arbeitsanwendungen in Betrieb zu bleiben.

Der ACEdirector ist eine Switch-interne Lösung von Alteon Websystems. Er kann ebenfalls Server und Server-Farmen geschwindigkeitsoptimiert betreiben und Anforderungen zum am besten verfügbaren Server weiterleiten. Web-Switches legen fest, welcher Server je nach Funktion, Nähe zum Client und Server-Reaktionszeit der beste ist. Auf Grund der globalen Zustandsinformationen zur Funktion und Leistung von individuellen Sites entwickelt jeder Web-Switch eine Liste der am besten funktionierenden Sites. Diese Switches leiten dann den Datenverkehr gemäß den Leistungswerten an die jeweiligen Sites weiter. Die Sites mit der höchsten Leistung erhalten somit mehr Verbindungen als andere, da sie eine höhere Anzahl an Verbindung besser verarbeiten können.

Weitere Lastverteiler

Der Big-IP Load-Balancer ist ein dezidierter Lastverteiler der Firma F5 Networks. Das separate Netzwerkgerät wird zwischen dem Router und dem Server-Array installiert. Big-IP überprüft kontinuierlich die Verfügbarkeit und Performance jedes einzelnen lokalen Servers und leitet eingehende Internet- und Intranet-Anfragen an den am besten verfügbaren Server weiter.

Die Besonderheit gegenüber den anderen verfügbaren Produkten besteht in der Eigenschaft, in regelmäßigen Abständen simulierte Benutzerabfragen an die Webseite durchzuführen. Damit werden die Sites sowie dahinter befindliche Systeme wie Datenbanken getestet und bei Problemen auf andere Webserver umgeleitet.

Das ebenfalls von F5 Networks stammende System 3DNS ist eine Lösung für Load-Balancing geografisch verstreuter Websites und Rechenzentren. Es steuert und verteilt Internet-, Intranet- und Extranet-Benutzeranfragen auf mehrere globale Sites, unabhängig von Plattformtyp oder -kombination und ohne zusätzliche Serversoftware.

Weitere Lastverteiler II

Radware bietet ebenfalls Lösungen für lokales und globales Load-Balancing. Die "Web Server Director" (WSD)-Familie ist mit Load-Balancing-Algorithmen ausgestattet, die die Last dynamisch auf mehrere lokale oder entfernte Server verteilen. Ergänzend kann jedem Server je nach Performance eine maximale Auslastung zugewiesen werden, aus der ein verbessertes Leistungsniveau der Serverfarm resultiert.

Die Überwachung der Ressourcen-Aktivitäten lokaler Serverfarmen und das Testen der Verfügbarkeit erfolgt durch regelmäßige Anfragen an die Server. Das sind entweder einfache Pings, Abfragen von TCP- oder UDP-Ports oder Inhalts- und/oder Authentifizierungs-Tests von HTTP-Seiten.

Das Bandbreiten-Management weist dabei geschäftskritischem Datenverkehr eine höhere Priorität zu. Regeln lassen sich basierend auf einer beliebigen Kombination von Benutzern, Servern, Applikationen und Inhalten definieren. Datenverkehr kann entsprechend jeder Kombination von Ursprungs- und Ziel-IP-Adressen, Adressgruppen und Applikationsports klassifiziert werden.

Zusätzlich zum Top Priority Level für Echtzeit-Applikationen wie VoIP oder Streaming gibt es acht weitere Priorisierungsstufen. Die Umsetzung unternehmenseigener Datenverkehrsregeln erfolgt durch die Zuteilung statischer oder limitierter Bandbreite sowie durch die Kombination von Priorisierung und Bandbreiten-Limitierung.

In der globalen Lösung des WSD werden zusätzlich mittels der patentierten Load- Report- und Proximity-Report-Protokolle (LRP und PRP) Echtzeitinformationen über die Auslastung aller Rechenzentren gesammelt. Die Funktion WSD-Distributed Site prüft die Auslastung, relative Belastbarkeit und verfügbare Bandbreite der einzelnen Standorte. Anfragen werden daraufhin nur auf die optimal verfügbaren Server geleitet.

Fazit

Ständige Verfügbarkeit und ein schneller Webseitenaufbau gehören heute zu den großen Herausforderungen moderner IT-Infrastrukturen. Langsame Websites, unvollständig übertragene Informationen oder gar der Ausfall eines Webangebots demotivieren Kunden und Mitarbeiter schnell. Ein solides Internet-Traffic-Management bietet die beste Voraussetzung, um Website-Besucher nicht zu vergraulen.

Load-Balancing-Systeme gehören zu den High-End-Lösungen. Sie bieten alle Möglichkeiten, um Serverausfälle zu vermeiden, die Zugriffslasten optimal zu verteilen und Webcontent auch in Spitzenzeiten immer schnell verfügbar zu halten. Schon an den Preisen (siehe Tabelle auf der nächsten Seite) ist allerdings ersichtlich, dass Load-Balancer eher für Unternehmen mit größeren Webauftritten und lokalen sowie globalen Serverfarmen interessant sind. Preise ab 16.000 Euro nur für die entsprechende Hardware übersteigen das Budget kleinerer Internet-Auftritte bei weitem.

Wer bescheidenere Brötchen backen will, braucht auf Website-Optimierung nicht zu verzichten. Hier bieten sich Caching- und Komprimierungslösungen an, die zwar nicht gegen Serverausfall schützen, aber zumindest den Webauftritt für ein paar hundert Euro gehörig beschleunigen können. (mha)

Übersicht über Anbieter und Preise

In dieser Tabelle finden Sie noch einmal die in diesem Artikel vorgestellten Systeme zur Webbeschleunigung.