Acho que isso depende muito da carga que um de seus nós pode suportar em termos de sessões. O hash de IP e cookie, pelo menos em termos de HTTP, faz um bom trabalho em manter o equilíbrio com um grande número de sessões breves .
Assim, por exemplo, pode haver muitos clientes por trás de um único IP (o hashing baseado em cookie deve ajudar nisso). Se um único nó puder manipular apenas uma quantidade relativamente pequena de sessões simultâneas, um nó poderá ficar sobrecarregado. Além disso, se as sessões durarem muito, o desequilíbrio do hashing pode ser pronunciado. Se, por outro lado, o número de sessões for grande e curto, a importância relativa de um nó ter mais algumas conexões provavelmente não importará muito.
Em teoria, eu também esperaria que, com alguma forma de balanceamento baseado em fonte ou em cookie, você obteria melhores índices de acertos do cache. Uma outra coisa a considerar é que, se você disser 3 nós, se um nó desce, cada um dos outros nós teria ~ 16% mais carga em cada um deles, mesmo com um balanceamento de carga perfeito. Então você deve fatorar o provisionamento também.
Se você consegue lidar com muitas solicitações em um único nó, a terceira opção para mim parece que você está resolvendo um problema que não tem e provavelmente não terá quando uma opção muito mais simples for viável.