Есть сервер на том же домене, то на сервер будут переданы те же самые куки, какие при обычном запросе.
Если сервер другой, то при коннекте к WS серверу сначала посылаем токен для авторизации (пусть это будет PHPSESID), далее работаем как с авторизованным сервером.
Да, при каждой перезагрузки будет новое соединение.
Да, присоединиться может кто угодно вручную, но без авторизации - сервер его просто должен посылать.
lightalex, DNS не имеет возможности этого учитывать.
Всегда предполагается, что ваши фронты живы, и сами балансируют нагрузку по "загруженным серверам".
По моему опыту - nginx держит 1к+ активных подключений БЕЗ увеличения нагрузки на cpu/disk/ram.
Имхо, будет держать и 10к без особых хлопот. Чего PHP, конечно, не предложит из коробки.