Load Balancer

1. 로드 밸런서(Load Balancer)란?

 

로드 밸런서는 네트워크 트래픽을 여러 서버로 분산하여 시스템의 성능과 안정성을 높여주는 장치 또는 소프트웨어입니다. 단일 서버에 집중되는 과부하를 방지하고, 서버 자원을 효율적으로 사용하도록 돕습니다. 로드 밸런서는 다양한 방식으로 트래픽을 분산할 수 있으며, 고가용성과 확장성 향상에 중요한 역할을 합니다.

 

로드 밸런서의 필요성

 

• 성능 최적화: 많은 트래픽이 발생하는 경우 단일 서버가 이를 감당하기 어려워집니다. 로드 밸런서를 통해 여러 서버로 트래픽을 분산하면 성능이 향상됩니다.

• 고가용성: 특정 서버가 다운되더라도 다른 서버가 서비스할 수 있도록 하여 서비스 중단을 방지합니다.

• 확장성: 로드 밸런서 설정을 통해 쉽게 서버를 추가할 수 있어, 트래픽 증가에 유연하게 대응할 수 있습니다.

 

2. 로드 밸런서의 유형

 

로드 밸런서는 하드웨어와 소프트웨어로 구현할 수 있습니다.

 

2.1 하드웨어 로드 밸런서

 

• 설명: 전용 장비를 사용해 트래픽을 처리하는 방식입니다. 전용 하드웨어로 속도와 성능이 우수하지만, 비싸고 확장성이 떨어집니다.

• 예시: F5 Networks, Cisco, Citrix NetScaler 등.

 

2.2 소프트웨어 로드 밸런서

 

• 설명: 소프트웨어를 이용해 로드 밸런싱을 수행하는 방식입니다. 확장성, 비용 효율성, 유연성이 높아 많이 사용됩니다.

• 예시: NGINX, HAProxy, 클라우드 기반 로드 밸런서 (AWS Elastic Load Balancing, Google Cloud Load Balancer, Azure Load Balancer).

 

3. 로드 밸런싱 알고리즘

 

로드 밸런서는 다양한 알고리즘을 통해 서버 간 트래픽을 분산합니다. 각 방식은 서버 성능, 트래픽 패턴에 따라 선택적으로 사용됩니다.

 

3.1 라운드 로빈 (Round Robin)

 

• 설명: 각 서버에 순차적으로 요청을 할당하는 방식입니다. 모든 서버에 트래픽을 균등하게 분배할 때 유용하지만, 서버 성능 차이를 고려하지 않습니다.

 

3.2 가중 라운드 로빈 (Weighted Round Robin)

 

• 설명: 서버마다 가중치를 부여하고, 가중치가 높은 서버에 더 많은 트래픽을 할당하는 방식입니다. 성능이 높은 서버가 더 많은 요청을 처리하게 할 때 유용합니다.

 

3.3 최소 연결 (Least Connections)

 

• 설명: 현재 연결 수가 가장 적은 서버에 요청을 할당합니다. 트래픽이 균등하게 분배되도록 하여, 높은 연결 수를 감당하는 서버의 부하를 줄이는 데 유리합니다.

 

3.4 IP 해싱 (IP Hash)

 

• 설명: 클라이언트의 IP 주소를 해싱하여 특정 서버에 요청을 할당하는 방식입니다. 동일한 클라이언트는 항상 같은 서버에 연결되므로 세션 유지에 유리합니다.

 

3.5 응답 시간 기반 (Response Time)

 

• 설명: 서버의 응답 속도를 기준으로 트래픽을 분배합니다. 응답이 빠른 서버에 더 많은 요청을 할당하여 전반적인 성능을 높입니다.

 

4. 로드 밸런서의 주요 기능

 

로드 밸런서가 제공하는 기능은 다음과 같습니다.

 

4.1 트래픽 관리

 

• 역할: 트래픽을 고르게 분산하여 특정 서버에 과부하가 발생하지 않도록 합니다.

 

4.2 건강 검사 (Health Check)

 

• 역할: 각 서버의 상태를 주기적으로 검사하여, 문제가 있는 서버를 자동으로 제외하고, 정상으로 돌아오면 다시 포함시킵니다.

 

4.3 세션 유지 (Session Persistence)

 

• 역할: 특정 클라이언트가 동일한 서버에 연결되도록 유지합니다. 예를 들어, 쇼핑몰 등 로그인 상태를 유지해야 하는 서비스에 유리합니다.

 

4.4 SSL 종료 (SSL Offloading)

 

• 역할: SSL 암호화/복호화 작업을 로드 밸런서에서 처리하여, 서버의 부하를 줄입니다.

 

5. 로드 밸런서 구성 예시

 

5.1 DNS 기반 로드 밸런싱

 

DNS 레코드를 통해 클라이언트 요청을 여러 서버 IP로 분산합니다. CDN(Content Delivery Network)과 함께 사용하면 웹사이트의 속도와 성능을 향상할 수 있습니다.

 

5.2 애플리케이션 계층 로드 밸런싱 (Layer 7)

 

HTTP/S를 기반으로 요청 경로, 쿠키 등을 분석하여 트래픽을 분배합니다. 특정 경로 또는 도메인에 따라 다른 서버로 요청을 보낼 수 있어 웹 애플리케이션에서 주로 사용됩니다.

 

5.3 네트워크 계층 로드 밸런싱 (Layer 4)

 

TCP/UDP 프로토콜 기반으로 네트워크 계층에서 로드 밸런싱을 수행합니다. 트래픽 양이 많은 네트워크에서 사용하기에 적합합니다.

 

6. 로드 밸런서의 장점과 단점

 

장점

 

• 고가용성: 서버 장애가 발생하더라도 다른 서버로 트래픽을 자동으로 우회하여 서비스 연속성을 유지할 수 있습니다.

• 확장성: 트래픽 증가에 맞춰 서버를 추가하거나 제거하여 확장/축소가 용이합니다.

• 성능 향상: 서버 간 부하를 균등하게 분산하여 전반적인 성능을 높입니다.

 

단점

 

• 복잡성 증가: 설정과 관리가 복잡해질 수 있습니다.

• 추가 비용: 하드웨어 로드 밸런서 사용 시 높은 비용이 발생할 수 있습니다.

• 네트워크 병목: 모든 트래픽이 로드 밸런서를 거치므로, 로드 밸런서 자체가 병목 지점이 될 수 있습니다.

 

7. 주요 로드 밸런서 소프트웨어 및 서비스

 

7.1 NGINX

 

• 특징: HTTP, TCP, UDP 트래픽을 처리할 수 있는 오픈 소스 웹 서버 겸 로드 밸런서입니다. 가볍고 빠른 성능을 제공하여 웹 서버와 로드 밸런싱 용도로 많이 사용됩니다.

 

7.2 HAProxy

 

• 특징: 고성능 로드 밸런싱과 프록시 기능을 제공하는 소프트웨어로, 무료로 사용할 수 있습니다. 대규모 트래픽을 안정적으로 처리하는 데 적합합니다.

 

7.3 AWS Elastic Load Balancing (ELB)

 

• 특징: AWS에서 제공하는 로드 밸런싱 서비스로, 트래픽을 EC2 인스턴스에 자동으로 분산합니다. 애플리케이션, 네트워크, 게이트웨이 등 다양한 계층에서 로드 밸런싱을 지원합니다.

 

7.4 Google Cloud Load Balancer

 

• 특징: Google Cloud Platform(GCP)에서 제공하는 로드 밸런서로, 전 세계의 트래픽을 최적화하여 클라우드 리소스에 분산시킬 수 있습니다.

 

7.5 Azure Load Balancer

 

• 특징: Microsoft Azure의 로드 밸런서로, 전 세계적인 데이터센터 네트워크를 통해 트래픽을 최적화합니다. TCP/UDP 로드 밸런싱을 지원합니다.