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L4 장비의 핵심 로드 밸런싱(Load Balancing)

by digipine posted Nov 03, 2017
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L4의 핵심은 'IP, 포트, 세션' 을 기반으로한 
로드 밸런싱(Load Balancing)이다!


라고 말하고 싶네요. L4에서 가장 중요한건 역시 4계층답게 
포트(port)라는 생각이 드네요.

2계층의 MAC
3계층의 IP
그럼 4계층은 바로 포트 입니다.

그리고 이 포트와 맞물려 로드 밸런싱이라는 개념이 등장 합니다.

L4 스위치는 마치 포트와 로드밸런싱의 오묘한 조합이랄까요.

L4 스위치 = 포트 + 로드밸런싱(물론 IP,세션도 중요합니다)

L4스위치가 로드밸런싱을 수행하는 장비이기 때문에 L4스위치를 
다른말로 로드 밸랜서(Load Balancer) 라고도 합니다.

로드밸런싱은, 동일한 역할을 수행하는 서버 그룹을 VIP를 통해 관리하며, 
서버로 향하는 트래픽을 일단 VIP를 가진 L4스위치로 수신한 후 
분배정책에 따라 적절한 서버에 분배해 주는 것을 말합니다.

VIP는 Virtual IP의 약자로, 서버그룹의 대표 IP라 할 수 있습니다. 
이 VIP를 로드밸런싱을 수행하는 L4 스위치가 가지고 있습니다.
서버와 통신하고자 하는 클라이언트는 VIP를 향해 트래픽을 전송하고 
L4스위치가 이 트래픽을 받아 적절한 서버에 로드밸런싱 해주는 것이 
L4스위치의 역할입니다.

한마디로, L4 스위치는 부하분산 장비입니다.

요즘 웬만한 사이트는 서버 한 대로 사용자들의 트래픽을 감당하기 
어렵기 떄문에 동일한 역할을 수행하는 서버를 여러 대 두어서 사용자들의 
트래픽이 많아져도 유연하고 안정적으로 사이트를 운영하기 위해 
L4스위치를 통한 로드밸런싱
을 하는걸로 알고 있습니다.

L4스위치, 즉 로드밸란서가 없어도 네트워크를 하는데 지장은 없습니다. 
하지만 IT가 발전하고 트래픽이 과도해지면서 로드밸런서 없이는 안정적인
네트워크를 구성하는것이 불가피해지고 있다는 생각이 드네요.

이 그림에서 보는바와 같이,
클라이언트와 서버 사이에 로드밸란서가 위치하여 서버 2대에 대해 
로드밸런싱을 수행합니다.
즉, 로드밸런서가 트래픽을 왼쪽 서버로 보낼 수도 있고, 오른쪽 서버에 보낼 
수도 있습니다.

 

###################################################

그러면 L4를 왜 쓰느냐??

 

2가지 이유가 있습니다.

 

첫 번째 로드를 분산하기 위해서 입니다.(로드 발란싱)

예를 들어 한 서버에 웹 서비스(80)를 하는 서버가 있습니다.

그런데 서버에 부하 때문에 서버를 증설 해야 합니다.

 

하지만 서버를 분리 시키면 IP가 하나 더 필요하게 되고 IP가 늘어나면 기존 서비스와 IP가 달라지는 문제가 생깁니다.

 

이 때 사용하는 것이 L4장비의 VIP입니다.

예를 들어 기존에 사용하는 서버의 IP가 128.x.x.1이라고 합시다.

이 IP를 L4장비에 VIP로 할당합니다.      128.x.x.1 for 80          128.x.x.1 regarding 80

(VIP는 가상의 아이피를 말합니다.)

기존 서버에는 128.x.x.2 와 새로운 서버에는 128.x.x.3을 할당합니다.

(물론 기존 서버와 새로운 서버는 데이타가 동기되어 있어야 합니다.)

그리고 L4장비에 로드발란싱이 가능하게 세팅합니다.

 

 

그러면 이제 128.x.x.1로 요청하는 응답에 대해서 L4가 처리 하게됩니다.    (대표IP로 서버여러대를 가지치기 할수 있다.)

L4는 로드발란싱 규칙에 따라서 기존 서버에서 응답하게 할 수도 있고 신규 서버에서 응답하게 할 수도 있습니다.

 

간단하게 L4에서 홀수 번째 요청은 기존 서버에서 짝수 번째 요청은 신규 서버에서 응답하게 설정 할 경우 요청에 대한 응답을 정확하게 반으로 나눌수 있습니다.

 

이렇게 한 서버의 요청건수를 줄여주어 실제로 한대의 서버가 처리해야 할 요청을 두대(여러 대)의 서버가 처리하게 되는 것을 로드 발란싱이라고 합니다.

 

알테온으로 설명 드리면, 웹서버 두대를 로드밸런싱 하려면 먼저
웹서버를 각각 real server 로 각각 ip를 등록합니다.
그리고 웹서버 즉 real server ip 두개 를 group1 에 소속시킵니다.
그리고 
virtual ip (vip=대표ip)를 하나 등록해서 그 ip로 오는
패킷중에 http(80) 패킷에 대해서는 group1으로 보내면 
설정된 
matric(hash, 라운드로빈, least connection, weighted )값에 의해
로드밸런싱 되는것입니다. 대부분 hash 방식을 사용하죠...

 

이렇게 하면 128.x.x.1 for 80  은 오직 80 포트만을 받고, 다른 포트는 filtering 된다..    쓸데없는 포트로 들어오는 공격을 막을수 있다.        

 

그리고 L4의 두번째 기능으로 무결성을 위한 fail over기능입니다.

 

흔히 가장 안정적으로 서비스되는 서버는 일년에 다운타임(동작 불능시간)이 50분 미만인 서버라고 합니다.

(1년동안 50분 정도 다운되면 최고로 안정적인  서버가 되는 것입니다.)

 

서버역시 기계인 것이라 영원히 죽지 않는 서버는 존재하지 않습니다.

그러나 사람들은 좀더 서버가 안정적으로 동작하길 윈하게 되죠

아주 중요한 서버(예를 들면 정치 관련 홈페이지나 은행과 같은 금융 그리고 그 외 쇼핑몰등)의 경우 일년에 50분의 다운이라도 서비스에 큰 타격을 입을 수 있습니다.

 

예를 들어 128.x.x.1이라는 서버가 있습니다.

그러나 이 서버는 중요한 서버라 절대 서버에 장애가 있으면 안됩니다.

이럴경우 사용하는 장비가 L4입니다.

 

L4에 VIP를 이용해서 128.x.x.1이라는 IP를 할당합니다.

기존 서버의 IP를 128.x.x.2로 변경합니다.

새로운 서버에 128.x.x.3으로 할당합니다.(물론 기존 서버와 자료가 같도록 동기화 되어 있어야 합니다.)

 

L4에 fail over기능을 이용 할 경우

128.x.x.1로 오는 모든 요청에 대해서 L4는 128.x.x.2가 응답하게 합니다.

그리고 128.x.x.2에 장애가 있을 경우(서버가 다운될 경우)에는 128.x.x.3서버가 자동으로 응답하게 처리하게 됩니다.

 

이렇게 미리 동일한 서버를 준비해 놓고 L4를 이용해서 fail over로 연결하면  첫번째 서버(마스터)에 장애가 있을 경우라도 미리 준비해 놓은 서버(슬래이브)가 동작하게 되므로

실제로 서비스에는 문제가 없게되는 것입니다.

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