ELB（Elastic Load Balancing）の種類と設定を理解する

前回までの記事では、RDSによるマネージドデータベースの運用について解説しました。本記事では、複数のサーバーにトラフィックを分散するElastic Load Balancing（ELB）について解説します。ELBの基本概念から、ALB・NLB・CLBの違いと使い分け、ターゲットグループの設定、ヘルスチェック、リスナールールまで、可用性の高いシステムを構築するための知識を身につけましょう。

Elastic Load Balancing（ELB）とは

Elastic Load Balancing（ELB）は、AWSが提供するフルマネージドな負荷分散サービスです。受信したトラフィックを複数のターゲット（EC2インスタンス、コンテナ、IPアドレスなど）に自動的に分散し、アプリケーションの可用性とスケーラビリティを向上させます。

ELBの主な特徴

ELBには以下の特徴があります。

なぜ負荷分散が必要か

負荷分散が必要な理由を以下に示します。

graph TB
    subgraph "単一サーバー構成の問題"
        Client1[クライアント] --> Single[EC2<br/>インスタンス]
        Single --> Problem1[障害時に<br/>サービス停止]
        Single --> Problem2[負荷集中で<br/>性能低下]
    end

graph TB
    subgraph "ELBによる負荷分散構成"
        Client2[クライアント] --> ELB[ELB]
        ELB --> EC2A[EC2-A]
        ELB --> EC2B[EC2-B]
        ELB --> EC2C[EC2-C]
        EC2A --> Benefit1[負荷分散で<br/>安定稼働]
        EC2B --> Benefit2[障害時も<br/>継続稼働]
        EC2C --> Benefit3[スケール<br/>アウト対応]
    end

負荷分散を導入することで、以下のメリットが得られます。

• 高可用性: 1台のサーバーに障害が発生しても、他のサーバーでサービスを継続
• スケーラビリティ: トラフィック増加に応じてサーバーを追加するだけで対応可能
• パフォーマンス向上: 複数サーバーで負荷を分散し、レスポンス時間を短縮
• メンテナンス容易性: ローリングアップデートやBlue/Greenデプロイメントが可能

ELBの種類と使い分け

AWSでは、用途に応じて3種類のロードバランサーを提供しています。それぞれの特徴を理解し、要件に合った選択をすることが重要です。

ELBの種類の比較

どのELBを選ぶべきか

graph TD
    Start[ELBの選択] --> Q1{HTTP/HTTPSの<br/>Webアプリケーションか?}
    Q1 -->|はい| Q2{パスや<br/>ホストベースの<br/>ルーティングが必要か?}
    Q2 -->|はい| ALB[ALB<br/>Application Load Balancer]
    Q2 -->|いいえ| ALB
    Q1 -->|いいえ| Q3{TCP/UDP<br/>プロトコルを<br/>使用するか?}
    Q3 -->|はい| Q4{低レイテンシーや<br/>静的IPが必要か?}
    Q4 -->|はい| NLB[NLB<br/>Network Load Balancer]
    Q4 -->|いいえ| NLB
    Q3 -->|いいえ| Q5{既存のCLBから<br/>移行が困難か?}
    Q5 -->|はい| CLB[CLB<br/>Classic Load Balancer<br/>既存システムのみ]
    Q5 -->|いいえ| ALB

一般的なWebアプリケーションでは、ALBを選択することを推奨します。CLBはレガシーなロードバランサーであり、新規構築では使用すべきではありません。

Application Load Balancer（ALB）

ALBは、HTTP/HTTPSトラフィックの負荷分散に最適化されたロードバランサーです。レイヤー7（アプリケーション層）で動作し、URLパスやホストヘッダー、HTTPヘッダーに基づいた高度なルーティングが可能です。

ALBの構成要素

ALBは以下の要素で構成されます。

graph TB
    subgraph "ALBの構成要素"
        Internet[インターネット] --> ALB[ALB]
        ALB --> Listener[リスナー<br/>ポート・プロトコルを定義]
        Listener --> Rule1[ルール1<br/>/api/* → API TG]
        Listener --> Rule2[ルール2<br/>/static/* → Static TG]
        Listener --> Rule3[デフォルトルール<br/>→ Web TG]
        Rule1 --> TG1[ターゲットグループ<br/>API]
        Rule2 --> TG2[ターゲットグループ<br/>Static]
        Rule3 --> TG3[ターゲットグループ<br/>Web]
        TG1 --> EC2A[EC2-A]
        TG1 --> EC2B[EC2-B]
        TG2 --> EC2C[EC2-C]
        TG3 --> EC2D[EC2-D]
        TG3 --> EC2E[EC2-E]
    end

リスナー

リスナーは、ELBが受け付けるトラフィックのポートとプロトコルを定義します。

HTTPSリスナーを設定する場合、SSL/TLS証明書をALBに関連付けます。AWS Certificate Manager（ACM）で無料の証明書を取得し、ALBに設定するのが一般的です。

ターゲットグループ

ターゲットグループは、トラフィックの転送先となるターゲットの論理的なグループです。

ターゲットグループの設定例を以下に示します。

ルーティングルール

ALBでは、リクエストの内容に基づいて柔軟なルーティングが可能です。

ルーティングルールの設定例を示します。

graph LR
    subgraph "パスベースルーティングの例"
        Client[クライアント] --> ALB[ALB]
        ALB -->|/api/*| API[API サーバー群]
        ALB -->|/admin/*| Admin[管理画面サーバー]
        ALB -->|それ以外| Web[Webサーバー群]
    end

ALBのアクションタイプ

リスナールールのアクションには以下の種類があります。

HTTP→HTTPSリダイレクトの設定は以下のように行います。

Network Load Balancer（NLB）

NLBは、TCP/UDP/TLSトラフィックの負荷分散に特化したロードバランサーです。レイヤー4（トランスポート層）で動作し、超低レイテンシーと高スループットを実現します。

NLBの特徴

NLBのユースケース

NLBが適しているユースケースを以下に示します。

• ゲームサーバー: UDP通信、低レイテンシー要件
• IoTプラットフォーム: 大量のデバイスからの接続、長時間セッション
• 金融システム: 超低レイテンシー、高信頼性要件
• メールサーバー: SMTP、IMAP、POP3などのTCP通信
• VPNゲートウェイ: 静的IPアドレスが必要なシナリオ

ALBとNLBの組み合わせ

高度なアーキテクチャでは、NLBとALBを組み合わせることがあります。

graph TB
    subgraph "NLB + ALB構成"
        Internet[インターネット] --> NLB[NLB<br/>静的IP提供]
        NLB --> ALB[ALB<br/>L7ルーティング]
        ALB --> TG1[ターゲットグループ1]
        ALB --> TG2[ターゲットグループ2]
    end

この構成により、静的IPアドレスの提供（NLB）とHTTPレベルの高度なルーティング（ALB）を両立できます。

ヘルスチェック

ヘルスチェックは、ELBがターゲットの正常性を監視する仕組みです。異常と判定されたターゲットには、トラフィックが振り分けられなくなります。

ヘルスチェックの設定項目

ヘルスチェックのベストプラクティス

graph TB
    subgraph "ヘルスチェックの流れ"
        ELB[ELB] -->|GET /health| Target[ターゲット]
        Target -->|200 OK| ELB
        ELB -->|正常判定| Healthy[Healthy<br/>トラフィック転送]
        
        ELB2[ELB] -->|GET /health| Target2[ターゲット]
        Target2 -->|タイムアウト/5xx| ELB2
        ELB2 -->|異常判定| Unhealthy[Unhealthy<br/>トラフィック停止]
    end

ヘルスチェックのベストプラクティスを以下に示します。

1. 専用のヘルスチェックエンドポイントを用意する

   • /healthや/healthzなど、ヘルスチェック専用のパスを作成
   • データベースやキャッシュへの接続確認を含めた深いヘルスチェックを実装

2. 適切なしきい値を設定する

   • 異常しきい値は2〜3回（一時的な障害を検知）
   • 正常しきい値は2〜3回（安定してから復帰）

3. タイムアウトと間隔のバランス

   • タイムアウトは間隔より短く設定
   • 障害検知の速度とシステム負荷のトレードオフを考慮

ヘルスチェックエンドポイントの実装例（Node.js/Express）を示します。

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13

app.get('/health', async (req, res) => {
  try {
    // データベース接続確認
    await db.query('SELECT 1');
    
    // キャッシュ接続確認
    await redis.ping();
    
    res.status(200).json({ status: 'healthy' });
  } catch (error) {
    res.status(500).json({ status: 'unhealthy', error: error.message });
  }
});

ターゲットの状態

ターゲットは以下の状態を持ちます。

ALBの構築手順

AWSマネジメントコンソールを使用したALBの構築手順を説明します。

前提条件

ALBを構築する前に、以下の準備が必要です。

• VPCと2つ以上のAZにまたがるサブネット
• ターゲットとなるEC2インスタンス
• ALB用のセキュリティグループ

手順1: ALBの基本設定

EC2コンソールから「ロードバランサー」→「ロードバランサーの作成」を選択し、ALBを選びます。

手順2: セキュリティグループの設定

ALB用のセキュリティグループを設定します。

EC2インスタンスのセキュリティグループでは、ALBからのトラフィックのみを許可します。

手順3: リスナーとルーティングの設定

リスナーとターゲットグループを設定します。

手順4: ターゲットグループの作成

手順5: ターゲットの登録

作成したターゲットグループにEC2インスタンスを登録します。登録後、ヘルスチェックが成功すると、トラフィックの受信が開始されます。

ALBとAuto Scalingの連携

ALBはAuto Scalingと連携することで、負荷に応じた自動的なスケーリングを実現できます。

graph TB
    subgraph "ALB + Auto Scaling構成"
        Internet[インターネット] --> ALB[ALB]
        ALB --> TG[ターゲットグループ]
        TG --> ASG[Auto Scaling<br/>グループ]
        ASG --> EC2A[EC2-A]
        ASG --> EC2B[EC2-B]
        ASG --> EC2C[EC2-C]
        
        CloudWatch[CloudWatch] -->|メトリクス| ASG
        ASG -->|スケールアウト| NewEC2[新規EC2]
        NewEC2 -->|自動登録| TG
    end

Auto Scalingグループの設定で、ターゲットグループを指定することで、新しく起動したインスタンスが自動的にターゲットグループに登録されます。また、インスタンスが終了する際は、自動的にターゲットグループから登録解除されます。

Auto Scalingの詳細については、次回の記事で解説します。

クロスゾーン負荷分散

クロスゾーン負荷分散は、複数のAZにまたがってトラフィックを均等に分散する機能です。

クロスゾーン負荷分散の仕組み

graph TB
    subgraph "クロスゾーン負荷分散無効"
        Internet1[インターネット<br/>100%] --> ELBAZ1[ELB<br/>AZ-a<br/>50%]
        Internet1 --> ELBAZ2[ELB<br/>AZ-c<br/>50%]
        ELBAZ1 --> EC2A1[EC2-A1<br/>25%]
        ELBAZ1 --> EC2A2[EC2-A2<br/>25%]
        ELBAZ2 --> EC2C1[EC2-C1<br/>50%]
    end

graph TB
    subgraph "クロスゾーン負荷分散有効"
        Internet2[インターネット<br/>100%] --> ELBAZ3[ELB<br/>AZ-a]
        Internet2 --> ELBAZ4[ELB<br/>AZ-c]
        ELBAZ3 --> EC2B1[EC2-A1<br/>33%]
        ELBAZ3 --> EC2B2[EC2-A2<br/>33%]
        ELBAZ3 -.-> EC2D1[EC2-C1<br/>33%]
        ELBAZ4 -.-> EC2B1
        ELBAZ4 -.-> EC2B2
        ELBAZ4 --> EC2D1
    end

ALBでは常にクロスゾーン負荷分散が有効なため、AZ間でインスタンス数が異なる場合でも均等に負荷が分散されます。

スティッキーセッション

スティッキーセッション（セッションアフィニティ）は、同じクライアントからのリクエストを同じターゲットに継続的に転送する機能です。

スティッキーセッションの種類

スティッキーセッションの設定

スティッキーセッションを有効にすると、特定のターゲットに負荷が集中する可能性があります。可能であれば、外部のセッションストア（Redis、DynamoDBなど）を使用してステートレスな設計を検討することを推奨します。

ELBのセキュリティ設定

ELBのセキュリティを強化するための設定について説明します。

SSL/TLS設定

ALBでHTTPS通信を行う場合、SSL/TLS証明書の設定が必要です。

ACMで証明書を発行する場合、ドメインの所有権確認（DNS検証またはメール検証）が必要です。

セキュリティポリシー

ALBのセキュリティポリシーは、サポートするTLSバージョンと暗号スイートを定義します。

一般的なWebアプリケーションでは、TLS 1.2以上を要求するポリシーを選択することを推奨します。

AWS WAFとの連携

ALBはAWS WAF（Web Application Firewall）と連携し、SQLインジェクションやクロスサイトスクリプティングなどの攻撃から保護できます。

graph LR
    Internet[インターネット] --> WAF[AWS WAF]
    WAF -->|許可| ALB[ALB]
    WAF -->|ブロック| Block[ブロック]
    ALB --> Targets[ターゲット]

ELBのモニタリング

ELBの運用状態を監視するための方法を説明します。

CloudWatchメトリクス

ELBは自動的にCloudWatchにメトリクスを送信します。

アクセスログ

ALBのアクセスログを有効にすることで、詳細なリクエスト情報をS3に保存できます。

アクセスログはトラブルシューティングやセキュリティ分析に活用できます。

ELB料金の考慮点

ELBの料金は以下の要素で構成されます。

LCUは以下の4つのディメンションの最大値で計算されます。

• 新規接続数
• アクティブ接続数
• 処理バイト数
• ルール評価数

コスト最適化のポイントを以下に示します。

• 不要なリスナールールを削除する
• 使用していないロードバランサーを削除する
• 開発環境では時間帯に応じて停止を検討（ただし、ALBは停止機能がないため削除が必要）

まとめ

本記事では、ELB（Elastic Load Balancing）の基本概念から、ALB・NLB・CLBの違い、ターゲットグループの設定、ヘルスチェック、リスナールールまでを解説しました。

重要なポイントをまとめます。

• ELBの種類: 新規のWebアプリケーションにはALB、TCP/UDP通信にはNLBを選択
• ALBの構成要素: リスナー、ルール、ターゲットグループの3つで構成
• ヘルスチェック: ターゲットの正常性を監視し、異常時はトラフィックを停止
• セキュリティ: SSL/TLS設定、セキュリティポリシー、WAF連携で多層防御
• モニタリング: CloudWatchメトリクスとアクセスログで運用状態を監視

次回の記事では、Auto Scalingを使用した自動スケーリングの設定方法について解説します。ELBとAuto Scalingを組み合わせることで、負荷に応じて自動的にスケールする高可用性なシステムを構築できます。

参考リンク

• Elastic Load Balancing とは - AWS ドキュメント
• Application Load Balancer とは - AWS ドキュメント
• Network Load Balancer とは - AWS ドキュメント
• ターゲットグループのヘルスチェック - AWS ドキュメント
• Elastic Load Balancing の料金 - AWS