Load Balancer

로드 밸런서는 네트워크에서 들어오는 트래픽을 여러 서버에 분배하는 장치 또는 시스템이다. 이를 통해 애플리케이션의 성능을 향상시키고, 고가용성 및 확장성을 제공한다. 로드 밸런서는 기본적으로 클라이언트와 서버 간의 중개 역할을 하며, 트래픽을 적절하게 분배하여 서버에 과부하가 걸리지 않도록 한다.

1. 로드 밸런서의 주요 기능

1.1. 트래픽 분배

로드 밸런서의 주요 기능은 들어오는 트래픽을 여러 서버에 효율적으로 분배하는 것이다. 이 과정에서 로드 밸런서는 다양한 알고리즘을 사용하여 트래픽을 분배한다.

1.2. 고가용성

로드 밸런서는 서버의 장애를 감지하고, 장애가 발생한 서버로의 트래픽 전달을 중지한다. 이를 통해 고가용성을 유지하며, 시스템의 신뢰성을 높인다.

1.3. 확장성

시스템의 부하가 증가하면, 로드 밸런서는 새로운 서버를 추가하여 트래픽을 분산시킬 수 있다. 이를 통해 수평 확장이 가능하다.

1.4. 세션 지속성(Session Persistence)

세션 지속성은 로드 밸런서가 동일 클라이언트로부터의 여러 요청을 동일한 서버로 전달하도록 하는 기능이다. 이 기능은 사용자 세션이 서버에 저장된 상태에서, 클라이언트의 요청이 특정 서버로만 전달되도록 보장한다.

2. 로드 밸런서의 종류

2.1. 레벨 4 로드 밸런서 (L4)

레벨 4 로드 밸런서는 TCP 또는 UDP와 같은 전송 계층의 프로토콜을 기반으로 트래픽을 분배한다. L4 로드 밸런서는 네트워크 계층에서 작동하며, 클라이언트의 IP 주소와 포트, 서버의 IP 주소와 포트 정보를 기반으로 트래픽을 분배한다. 주로 빠른 성능이 요구되는 환경에서 사용된다.

2.2. 레벨 7 로드 밸런서 (L7)

레벨 7 로드 밸런서는 HTTP, HTTPS와 같은 애플리케이션 계층의 프로토콜을 기반으로 트래픽을 분배한다. L7 로드 밸런서는 요청의 URL, 헤더, 쿠키 등을 분석하여 보다 세밀한 트래픽 분배가 가능하다. 예를 들어, 특정 URL 경로에 따라 요청을 다른 서버로 라우팅할 수 있다.

3. 로드 밸런서의 동작 원리

로드 밸런서는 들어오는 요청을 받으면, 이를 하나 이상의 서버로 분배하기 위해 특정 알고리즘을 사용한다. 이 알고리즘은 다음과 같다.

3.1. 라운드로빈(Round Robin)

라운드로빈 알고리즘은 가장 기본적인 로드 밸런싱 방식이다. 들어오는 요청을 서버 목록에 순차적으로 분배하는 방식으로, 각 서버에 동일한 수의 요청이 전달된다. 단점은 서버의 처리 능력을 고려하지 않기 때문에, 서버의 성능 차이가 있을 경우 불균형이 발생할 수 있다.

3.2. 최소 연결(Minimum Connections)

최소 연결 알고리즘은 현재 연결된 세션 수가 가장 적은 서버로 트래픽을 전달한다. 이 방식은 서버의 부하 상태를 고려하여 트래픽을 분배하므로, 서버 간의 부하 균형을 맞추는 데 유리하다.

3.3. IP 해시(IP Hash)

IP 해시 알고리즘은 클라이언트의 IP 주소를 기반으로 요청을 서버에 분배한다. 이 방식은 동일한 클라이언트가 항상 동일한 서버로 요청을 보내도록 보장하는 특성이 있다. 따라서 세션 지속성이 필요한 경우 유용하다.

3.4. 가중 라운드로빈(Weighted Round Robin)

가중 라운드로빈 알고리즘은 서버의 처리 능력에 따라 가중치를 부여하고, 가중치가 높은 서버에 더 많은 요청을 보내는 방식이다. 예를 들어, 더 높은 성능을 가진 서버는 더 많은 요청을 처리할 수 있도록 설정할 수 있다.

4. 로드 밸런서의 아키텍처

로드 밸런서의 아키텍처는 보통 다음과 같은 구성 요소로 이루어진다.

프론트엔드(Frontend): 클라이언트가 접속하는 인터페이스로, 보통 로드 밸런서의 IP나 DNS를 통해 클라이언트가 접근한다.
백엔드(Backend): 실제 트래픽을 처리하는 서버들로 구성된다. 로드 밸런서는 이들 서버로 요청을 분배한다.
대상 그룹(Target Group): 백엔드 서버들의 그룹으로, 로드 밸런서는 대상 그룹을 기준으로 트래픽을 분배한다. 각 서버는 상태 체크를 통해 활성 상태인지 확인된다.

5. 로드 밸런서와 고가용성

로드 밸런서는 여러 서버 간에 트래픽을 분배하는 것뿐만 아니라, 서버의 상태를 모니터링하여 장애가 발생한 서버로의 트래픽 전달을 차단한다. 이를 통해 애플리케이션의 고가용성을 보장할 수 있다. 로드 밸런서는 장애가 발생한 서버를 자동으로 감지하고, 트래픽을 다른 서버로 전환하여 애플리케이션의 중단을 최소화한다.

5.1. 상태 검사(Health Check)

로드 밸런서는 서버의 상태를 주기적으로 확인한다. 각 서버는 응답을 반환하며, 이를 통해 로드 밸런서는 서버의 상태가 정상인지 아닌지를 판단한다. 비정상적인 상태인 서버에는 요청을 전달하지 않으며, 정상적인 서버로만 트래픽을 분배한다.

6. 로드 밸런서의 장점

부하 분산: 트래픽을 여러 서버로 분배하여 특정 서버에 과부하가 걸리지 않도록 한다.
고가용성: 장애가 발생한 서버에 트래픽을 전달하지 않고, 다른 서버로 자동 전환하여 서비스의 가용성을 높인다.
확장성: 서버를 추가함으로써 트래픽을 분산시켜 시스템 확장이 가능하다.
유연성: 애플리케이션 계층에서의 정교한 트래픽 제어가 가능하다(L7 로드 밸런서).

결론

로드 밸런서는 애플리케이션의 성능을 최적화하고, 고가용성 및 확장성을 제공하는 핵심적인 인프라 구성 요소이다. 트래픽을 여러 서버로 효율적으로 분배함으로써, 서버의 부하를 관리하고 장애 발생 시 시스템의 안정성을 유지한다. 다양한 로드 밸런싱 알고리즘을 활용하여, 각 시스템의 요구사항에 맞는 최적화된 트래픽 분배가 가능하다.

ALB

AWS의 ALB(Application Load Balancer)는 AWS에서 제공하는 로드 밸런서 서비스로, 애플리케이션 계층에서 트래픽을 분산 처리한다. ALB는 HTTP 및 HTTPS 요청을 처리하는 데 특화되어 있으며, 다양한 고급 기능을 제공한다.

1. ALB의 기본 동작 원리

ALB는 클라이언트로부터 들어오는 요청을 여러 서버로 분배하는 역할을 한다. 이 과정에서 ALB는 요청의 헤더, URL 경로, 쿼리 문자열, 쿠키 등과 같은 애플리케이션 계층의 데이터를 바탕으로 트래픽을 라우팅한다. ALB는 레벨 7 로드 밸런서로, IP나 포트 번호와 같은 네트워크 계층의 정보가 아니라 애플리케이션의 HTTP 요청 내용을 기반으로 트래픽을 분배한다.

2. ALB의 주요 기능

2.1. 리퀘스트 라우팅

ALB는 URL 경로 기반, 호스트 기반, HTTP 헤더 기반 등 다양한 기준으로 요청을 라우팅할 수 있다. 예를 들어, /api로 시작하는 요청은 특정 서버로 보내고, /static으로 시작하는 요청은 다른 서버로 보내는 방식이다.

2.2. SSL 종료

ALB는 SSL 종료를 지원한다. 즉, 클라이언트와 ALB 간의 SSL 연결을 종료하고, 백엔드 서버는 HTTP로 요청을 받는다. 이를 통해 백엔드 서버의 부하를 줄일 수 있다.

2.3. WebSocket 지원

ALB는 WebSocket 연결을 지원한다. WebSocket은 양방향 통신이 가능하여 실시간 애플리케이션에서 주로 사용된다. ALB는 WebSocket 연결을 유지하면서도 다른 HTTP 요청을 처리할 수 있다.

2.4. 자동 스케일링

ALB는 AWS의 Auto Scaling과 통합되어 있다. 이를 통해 서버의 트래픽이 증가하거나 감소할 때 자동으로 서버를 추가하거나 제거할 수 있다. 이 기능은 고가용성과 비용 최적화를 위한 중요한 요소다.

2.5. 고급 보안 기능

ALB는 AWS WAF(웹 애플리케이션 방화벽)와 통합되어 악성 트래픽을 차단할 수 있다. 또한, ALB는 기본적으로 AWS IAM(Identity and Access Management)을 통해 인증 및 권한 부여를 처리할 수 있다.

3. ALB의 아키텍처

ALB는 여러 개의 가용 영역(Availability Zone)에서 동작하며, 각 AZ에 하나 이상의 로드 밸런서 인스턴스를 배포한다. 이렇게 분산된 아키텍처 덕분에 ALB는 높은 내구성과 가용성을 제공한다. 또한, ALB는 각 AZ에 연결된 대상 그룹(Target Group)을 통해 서버와의 연결을 관리한다. 요청은 각 대상 그룹의 서버에 분배되며, 서버의 상태(healthy/unhealthy)를 ALB가 지속적으로 모니터링하여 트래픽을 적절히 분배한다.

4. ALB와 다른 AWS 로드 밸런서의 차이점

Classic Load Balancer (CLB): ALB는 HTTP/HTTPS 요청을 처리하는 데 최적화되어 있는 반면, CLB는 L4(Layer 4)에서 트래픽을 처리하며, TCP나 UDP 프로토콜을 기반으로 한다. ALB는 애플리케이션 계층에서 세밀한 트래픽 제어가 가능하다.
Network Load Balancer (NLB): NLB는 주로 TCP 트래픽을 처리하며, 낮은 레이턴시와 높은 처리 성능이 요구되는 경우에 사용된다. ALB는 더 복잡한 라우팅 로직을 지원한다.

5. ALB의 장점

애플리케이션 계층 라우팅: ALB는 HTTP 요청의 세부 사항을 분석하고, 이를 기반으로 라우팅할 수 있어 애플리케이션 요구사항에 맞는 정교한 트래픽 분배가 가능하다.
높은 확장성: AWS의 Auto Scaling과 통합되어 있어, 트래픽이 급증할 경우 자동으로 서버를 추가하여 시스템의 확장성을 제공한다.
보안: SSL 종료 및 AWS WAF와의 통합을 통해 보안성도 강화된다.

6. ALB의 구성 요소

리스너(Listener): ALB는 리스너를 통해 트래픽을 처리한다. 리스너는 특정 포트에서 들어오는 요청을 처리하는 프로세스이며, 보통 HTTP(80) 또는 HTTPS(443) 포트를 사용한다.
대상 그룹(Target Group): 트래픽을 전달할 서버의 집합을 말한다. 각 대상 그룹은 특정 포트에서 서비스를 제공하는 서버를 포함한다. ALB는 대상 그룹의 상태를 모니터링하고, 상태가 정상인 서버로만 요청을 전달한다.

7. ALB의 트래픽 처리 과정

클라이언트가 ALB에 요청을 보낸다.
ALB는 리스너에서 해당 요청을 받는다.
ALB는 라우팅 규칙에 따라 요청을 적절한 대상 그룹으로 전달한다.
대상 그룹 내의 서버 중 건강 상태가 양호한 서버로 트래픽을 전달한다.
서버는 클라이언트에게 응답을 보낸다.

결론

AWS의 ALB는 애플리케이션 계층에서 세밀한 트래픽 제어가 가능하고, 확장성, 보안성, 고가용성을 제공하는 강력한 로드 밸런서 서비스다. 복잡한 애플리케이션 아키텍처에서의 요구 사항을 충족하기 위해 유용하게 활용될 수 있다.

Nginx

Nginx는 원래 웹 서버로 개발되었지만, 로드 밸런서 기능도 제공한다. 사실 Nginx는 단순한 웹 서버 이상의 역할을 할 수 있도록 설계되었으며, 리버스 프록시 서버, 로드 밸런서, 그리고 캐시 서버 등 다양한 기능을 제공한다.

Nginx의 로드 밸런서 역할

Nginx는 리버스 프록시 서버로 동작할 때, 들어오는 요청을 백엔드 서버들로 분배하는 로드 밸런서 역할을 한다. 이때, 여러 가지 로드 밸런싱 알고리즘을 사용하여 트래픽을 효율적으로 분배할 수 있다.

1. Nginx에서 제공하는 로드 밸런싱 방법

Nginx는 기본적으로 아래와 같은 알고리즘을 사용하여 로드 밸런싱을 수행한다.

라운드 로빈 (Round Robin): 기본적인 로드 밸런싱 방식으로, 들어오는 요청을 순차적으로 서버에 분배한다.
IP 해시 (IP Hash): 클라이언트의 IP 주소를 해싱하여 동일한 클라이언트의 요청이 동일한 서버로 가도록 한다. 세션 지속성(Session Persistence)이 필요한 경우 유용하다.
최소 연결 (Least Connections): 가장 적은 연결을 가진 서버로 요청을 보내는 방식으로, 서버의 부하를 고려한 분배가 가능하다.

2. Nginx의 로드 밸런서 설정 예시

Nginx에서 로드 밸런서를 설정하는 방법은 매우 간단하다. 아래는 Nginx에서 HTTP 요청을 여러 서버로 분배하는 기본적인 설정 예시이다.

http {
    upstream backend {
        server backend1.example.com;
        server backend2.example.com;
        server backend3.example.com;
    }

    server {
        location / {
            proxy_pass http://backend;
        }
    }
}

이 설정에서 upstream은 백엔드 서버들의 그룹을 정의하며, proxy_pass 지시어는 요청을 해당 서버 그룹으로 전달한다.

3. Nginx의 로드 밸런싱 장점

단일 솔루션: Nginx는 웹 서버와 로드 밸런서 기능을 동시에 제공하므로, 복잡한 아키텍처 없이 웹 서비스의 성능을 최적화할 수 있다.
성능: Nginx는 경량화된 웹 서버로, 매우 높은 처리 성능을 자랑하며, 많은 동시 연결을 효율적으로 처리할 수 있다.
유연성: 로드 밸런싱 알고리즘을 쉽게 설정할 수 있고, 다양한 방식으로 트래픽을 제어할 수 있다.

결론

Nginx는 웹 서버일 뿐만 아니라, 강력한 로드 밸런서 기능도 제공하는 다목적 서버이다. 이를 통해 복잡한 서버 구조 없이도 효율적인 트래픽 분배와 고가용성을 구현할 수 있다. Nginx는 성능이 뛰어나고 설정이 간단하여 많은 시스템에서 로드 밸런서로 사용되고 있다.

분산환경이 아닌 단일 서버에서 로드벨런서

분산 환경이 아닌 경우, 로드 밸런서를 사용해야 할 이유가 상대적으로 적다. 하지만 여전히 몇 가지 경우에서는 로드 밸런서를 사용해도 유용할 수 있다. ALB(AWS Application Load Balancer)를 사용한 이유가 더 복잡한 설정을 필요로 하거나, 성능 최적화를 위한 요구사항이 있을 경우가 아닌지 다시 고려해볼 필요가 있다.

1. 로드 밸런서를 사용하는 경우

1.1. 고가용성(High Availability)

애플리케이션의 가용성을 보장하기 위해 여러 서버에 트래픽을 분배하는 로드 밸런서는 필수적이다. 예를 들어, 단일 서버에 의존하게 되면 서버 장애가 발생했을 때 서비스가 중단될 수 있다. 하지만 로드 밸런서를 사용하면 장애가 발생한 서버로의 트래픽을 차단하고, 정상 서버로 요청을 분배할 수 있다.

1.2. 확장성(Scalability)

분산 환경에서 서버를 추가하거나 제거할 때 로드 밸런서는 이를 유연하게 처리한다. 하지만 만약 시스템이 매우 간단하거나, 서버가 하나뿐인 경우에는 로드 밸런서를 사용할 필요가 없다.

1.3. 세션 지속성(Session Persistence)

세션 지속성이 필요한 경우, 로드 밸런서를 통해 세션을 특정 서버로 지속적으로 전달할 수 있다. 이는 사용자가 동일한 서버에 요청을 보내도록 보장하는 기능이다.

1.4. SSL 종료(SSL Termination)

ALB 같은 로드 밸런서를 사용하면 SSL 종료를 로드 밸런서에서 처리하도록 설정할 수 있다. 이렇게 하면 백엔드 서버는 SSL 암호화 및 복호화 작업을 하지 않아도 되어 서버의 부하를 줄일 수 있다.

2. 단일 서버 환경에서 로드 밸런서를 사용할 이유

단일 서버 환경이라면 기본적으로 로드 밸런서를 사용할 이유는 적다. 왜냐하면 로드 밸런서의 가장 중요한 기능인 트래픽 분배가 필요 없기 때문이다. 그러나 다음과 같은 경우에서는 로드 밸런서를 사용할 수 있다:

미래의 확장성 고려: 현재는 단일 서버 환경이라 하더라도, 향후 확장이 가능하도록 설계하는 것이 유리하다. ALB를 사용하면 향후 서버를 추가할 때 트래픽을 자동으로 분배할 수 있어 유지보수에 유리하다.
리버스 프록시 기능 활용: ALB는 로드 밸런싱 외에도 리버스 프록시로서 기능을 하므로, 특정 HTTP 헤더나 URL 패턴에 따라 요청을 라우팅할 수 있는 유연함을 제공한다.
HTTPS 종료: 보안 요구사항 때문에 HTTPS를 처리하려면 ALB가 유용하다. 서버에 HTTPS 인증서를 따로 설치하지 않아도 ALB에서 이를 처리하게 할 수 있다.

3. ALB가 필요 없는 경우

단일 서버 환경에서 ALB를 사용하는 것은 성능상 오버헤드가 있을 수 있다. ALB는 클라우드 환경에서 자동으로 확장되고 관리되는 로드 밸런서로, 분산 환경에서는 매우 유용하지만 단일 서버에서는 실제로 로드 밸런싱이 필요하지 않다. 이 경우에는 추가적인 리소스 소비가 발생하며, 관리나 비용 측면에서 불필요한 설정이 될 수 있다.

결론

단일 서버 환경에서는 로드 밸런서(ALB)를 사용하는 것이 필수적이지 않다. 실제로 트래픽 분배가 필요 없는 환경이라면 ALB는 오히려 불필요한 리소스를 소모할 수 있다. 그러나 향후 확장성이나 보안 요구사항을 고려하여 로드 밸런서를 설정하는 것도 전략적으로 유용할 수 있다. 만약 단기적으로는 로드 밸런서 없이 서버가 충분히 처리할 수 있는 경우라면, 당장은 로드 밸런서를 제거하는 것도 고려할 수 있다.