[네트워크] 로드 밸런싱(Load balancing)

로드 밸런싱이란?

로드 밸런싱이란 부하 분산을 위해서 가상(virtual) IP를 통해 여러 서버에 접속하도록 분배하는 기능을 말한다. 로드 밸런싱에서 사용하는 주요 기술은 다음과 같다.

• NAT(Network Address Translation): 사설 IP 주소를 공인 IP 주소로 바꾸는 데 사용하는 통신망의 주소 변조기이다.
• DSR(Dynamic Source Routing protocol): 로드 밸런서 사용 시 서버에서 클라이언트로 되돌아가는 경우 목적지 주소를 스위치의 IP 주소가 아닌 클라이언트의 IP 주소로 전달해서 네트워크 스위치를 거치지 않고 바로 클라이언트를 찾아가는 개념이다.
• Tunneling: 인터넷상에서 눈에 보이지 않는 통로를 만들어 통신할 수 있게 하는 개념으로, 데이터를 캡슐화해서 연결된 상호 간에만 캡슐화된 패킷을 구별해 캡슐화를 해제할 수 있다.

오픈 소스 로드 밸런서 HAProxy

HAProxy는 기존의 하드웨어 스위치를 대체하는 소프트웨어 로드 밸런서로, 네트워크 스위치에서 제공하는 L4, L7 기능 및 로드 밸런서 기능을 제공한다. HAProxy는 설치가 쉽고 또한 환경 설정도 어렵지 않으므로 서비스 이중화를 빠르게 구성하고 싶다면 HAProxy를 추천한다.

로드 밸런서 동작 방식

로드 밸런서의 동작을 간단하게 설명하면, 네트워크에서 IP 주소와 MAC 주소를 이용해 목적지(destination) IP 주소를 찾아가고 출발지로 되돌아오는 구조이다. 

Bridge/Transparent Mode

사용자가 서비스를 요청하면 L4로 전달된 목적지 IP 주소를 real server IP 주소로 변조하고 MAC 주소를 변조해서 목적지를 찾아가는 방식이다.

1. 요청 전달 시 변조
   - 사용자 > L4 > NAT(IP/MAC 주소 변조) > real server - 사용자가 L4를 호출하면 중간에 NAT가 목적지 IP 주소를 real server IP 주소로 변조하고 MAC 주소도 변조한다.
2. 응답 전달 시 변조
   - real server > NAT > L4 > 사용자 - real server에서 L4를 거치면서 출발지(source) IP 주소를 L4 가상 IP 주소로 변조한다. 동일 네트워크 대역이므로 MAC 주소는 변조하지 않는다.

Router Mode

Bridge/Transparent Mode와 유사하지만 출발지(source) MAC 주소도 변조된다.

One Arm Mode

사용자가 real server에 접근할 때 목적지 IP는 L4 스위치 IP를 바라본다. L4에 도달하면 L4가 클라이언트에게 받은 목적지 IP 주소를 L4 IP 주소에서 real server IP와 real server MAC 주소로 변조한다. 되돌아가는 IP는 L4의 IP pool의 IP 주소로 변조한다.

DSR (Direct Server Return) Mode

사용자가 real server에 접근할 때 출발지와 목적지의 IP 주소를 변조하지 않고, L4에서 관리하는 real server의 MAC 주소 테이블을 확인해서 MAC 주소만 변조한다.

HAProxy 동작 방식

HAProxy는 기본적으로 reverse proxy 형태로 동작한다. 우리가 브라우저에서 사용하는 proxy는 클라이언트 앞에서 처리하는 기능으로, forward proxy라 한다. reverse proxy의 역할을 간단히 설명하면, 실제 서버 요청에 대해서 서버 앞 단에 존재하면서, 서버로 들어오는 요청을 대신 받아서 서버에 전달하고 요청한 곳에 그 결과를 다시 전달하는 것이다.

HAProxy의 동작 흐름은 다음과 같다.

1. 최초 접근 시 서버에 요청 전달
2. 응답 시 쿠키(cookie)에 서버 정보 추가 후 반환
3. 재요청 시 proxy에서 쿠키 정보 확인 > 최초 요청 서버로 전달
4. 다시 접근 시 쿠키 추가 없이 전달 > 클라이언트에 쿠키 정보가 계속 존재함(쿠키 재사용)

그림 1 HAProxy 동작 방식

 

---

연관된 글 :

 

참고:

L4/L7 스위치의 대안, 오픈 소스 로드 밸런서 HAProxy

로드 밸런싱(Load balancing) 종류와 알고리즘