[Network] 로드 밸런서(LB) - 정의, 역할, 로드밸런싱 알고리즘, 종류

• 로드 밸런서가 필요한 이유
• 로드 밸런서 정의 및 역할
• 로드 밸런싱 정의 및 알고리즘
• 로드 밸런서 종류 (L4, L7)

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트래픽이 많은 최신 웹 사이트는 클라이언트의 수많은 동시 요청을 처리하고 텍스트, 이미지, 비디오 또는 애플리케이션 데이터 등을 빠르고 안정적인 방식으로 제공해야 한다. 이러한 대규모 트래픽이 발생하는 사이트들은 서버를 확장해서 운영하는 것이 일반적이다. 서버를 확장하는 방법은 scale-up, scale-out 2가지가 있다.

*각각의 장단점을 확인하려면 아래 글을 참고해주세요 !

Scale-up, Scale-out 이란 무엇인가

scale-out 방식으로 여러 서버를 운영 중이더라도 수많은 클라이언트의 요청이 하나의 서버로 몰릴 수 있다. 이렇게 여러 서버를 두더라도 하나의 서버에 집중적으로 부하가 발생할 수 있다는 것이다. 이런 특정 서버로의 트래픽 쏠림 현상을 해결하기 위해 로드밸런싱은 반드시 필요한 기술이다.

로드밸런서와 로드밸런싱, 로드밸런싱 알고리즘, L4/L7 로드밸런서에 대해 알아보도록 하자 !

로드 밸런서(Load Balancer)란?

: 클라이언트와 Server pool(서버 그룹) 사이에 위치해, 서버의 부하를 분산시키는 하드웨어 또는 소프트웨어

로드 밸런서의 역할

• 네트워크 트래픽 또는 클라이언트의 요청을 여러 서버에 적절하게 분배한다. (특정 서버의 부하를 덜어줌)
• Active한 서버에게만 요청을 전송한다. (서버가 다운되면 리다이렉션 -> 높은 가용성과 신뢰성을 보장)
• 서비스 중단없이 서버를 추가하거나 뺄 수 있게 해준다. (유연성 제공)

출처 : https://www.nginx.com/resources/glossary/load-balancing/

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로드 밸런싱(Load Balancing)이란?

: 로드 밸런싱은 말 그대로 부하를 분산시키는 것을 의미한다.

로드 밸런싱 알고리즘

• 라운드 로빈 (Round Robin)
  
  : 클라이언트의 요청을 여러 대의 서버에 순차적으로 분배하는 방식이다. 추가적인 계산작업이 없이, 들어온 요청을 빠르게 서버에 분산해 전송하는 1차원적인 주기능에 focus를 맞춘 방식이기 때문에, 가장 많이 사용되는 로드밸런싱 기법이다. 모든 서버의 스펙이 동일하거나 비슷한 경우에 사용된다.
  
  
• 가중 라운드 로빈 (Weighted Round Robin)
  
  : 각 서버에 처리량(가중치)를 지정한 후, 가중치가 높은 서버에 클라이언트 요청을 우선적으로 전달하는 방식이다. 주로 서버의 트래픽 처리 용량이 다를 경우, 즉 특정 서버의 스펙(사양)이 더 좋을 경우 사용된다. 예를 들어, A 서버(가중치 3)와 B 서버(가중치 1)가 있고 로드 밸런서가 클라로부터 총 8개의 요청을 받았다면, A와 B 서버에 각 6개와 2개의 요청이 전달된다.
  
  
• IP 해시 (IP Hash)
  
  : 클라이언트의 IP 주소가 어떤 서버로 클라의 요청이 전달될지를 결정하는 방식이다. 클라의 IP 주소가 바뀌지 않으면 동일한 서버로 요청이 보내지는 것을 보장한다. RR 방식과 달리, 서버에 Session clustering이 구성되어 있지 않은 경우에 주로 사용한다.
  
  
• 최소 연결 (Least Connection)
  
  : 요청이 들어온 시점에 가장 적게 연결돼있는 서버에 요청을 전송하는 방식이다. 서버에 분배된 트래픽이 일정하지 않을 경우에 주로 사용한다.
  
  
• 최소 응답 시간 (Least Response Time)
  
  : 서버의 현재 연결 상태와 응답 시간을 모두 고려하여 가장 적은 연결 수와 가장 짧은 응답 시간을 가지는 서버에 우선적으로 요청을 보내는 방식이다.
  
  

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로드 밸러서의 종류 : L4 로드 밸런서 vs L7 로드 밸런서

로드 밸런서는 여러 종류가 있다. 'OSI 7 Layer를 기준으로 부하를 어떻게 분산할지'에 따라 종류가 나뉜다. 2, 3계층을 기준으로 부하를 분산하면 각 L2, L3인 방식이다. 상위 계층은 하위 계층의 데이터를 모두 가지기 때문에, 상위 계층일수록 섬세한 로드 밸런싱이 가능하고 하위 계층일수록 간단한 로드 밸런싱만 가능하다. 상위 계층일수록 가격이 비쌌지만 현재 점점 가격차이가 줄어드는 추세여서 L7을 주로 사용한다.


로드 밸런서의 종류로는 L2, L3, L4, L7가 있고, 로드 밸런싱에는 L4 로드 밸런서와 L7 로드 밸런서가 가장 많이 사용된다. 그 이유는 L4 로드 밸런서부터 포트 번호를 바탕으로 로드(부하)를 분산하는 것이 가능하기 때문이다. L4 로드 밸런서는 4 Layer 이하의 모든 계층의 정보를 가지기 때문에 IP 주소와 포트 번호 등을 로드 밸런싱에 활용한다. 한 대의 서버에 각기 다른 포트 번호를 부여하여 다수의 서버 프로그램을 운영하는 경우라면 최소 L4 로드 밸런서 이상을 사용해야만 한다.

L7 로드 밸런서는 HTTP 헤더, 쿠키 등과 같은 사용자의 요청을 기준으로 특정 서버에 트래픽을 분산하는 것이 가능하다. 패킷의 내용을 확인해서 그 내용에 따라 트래픽을 특정 서버에 전송하는 것이 가능한 것이다. URL에 따라 부하를 분산시키거나, HTTP 헤더의 쿠키값에 따라 부하를 분산하는 등 클라이언트의 요청을 보다 세분화해 서버에 전달할 수 있다. 또, L7 로드밸런서는 서버의 응답까지도 알고 분석할 수 있다. 서버들로부터 필요한 정보를 응답 받아 클라의 요청을 전달하기 전에 서버의 상태를 파악한 후 로드밸런싱을 진행할 수 있다.






참고자료
http://wiki.hash.kr/index.php/%EB%A1%9C%EB%93%9C%EB%B0%B8%EB%9F%B0%EC%8B%B1
https://jiwondev.tistory.com/189
https://m.post.naver.com/viewer/postView.naver?volumeNo=27046347&memberNo=2521903
https://tecoble.techcourse.co.kr/post/2021-11-07-load-balancing/
https://www.nginx.com/resources/glossary/load-balancing/