로드 밸런싱과 트래픽 분산 전략

로드 밸런싱과 트래픽 분산 전략

1. 문제 상황: 서버 부하로 인한 성능 저하

운영 중인 서비스에서 특정 시간대에 사용자 접속이 급증하면서 서버 응답 속도가 느려지고, 일부 요청은 처리되지 않는 문제가 발생했다.

대표적인 문제점은 다음과 같다.

• 단일 서버가 모든 트래픽을 처리하기 어려워 성능이 저하됨
• 일부 요청이 지연되거나 응답하지 않는 경우가 발생함
• 서버 과부하로 인해 장애 발생 가능성이 증가함

이러한 문제를 해결하기 위해 로드 밸런싱을 도입하여 서버 부하를 분산하는 것이 필요하다.

2. 해결 과정: 로드 밸런싱 구축

2.1 로드 밸런싱 개념 이해

로드 밸런싱(Load Balancing)은 여러 서버에 트래픽을 분산하여 부하를 줄이는 기술이다. 이를 통해 서버 간 부하를 고르게 분산하고 장애 발생 시 서비스의 가용성을 유지할 수 있다.

대표적인 로드 밸런싱 방식은 다음과 같다.

• DNS 기반 로드 밸런싱: 여러 IP 주소를 가진 도메인으로 트래픽을 분산
• 소프트웨어 로드 밸런싱: Nginx, HAProxy와 같은 소프트웨어를 사용하여 트래픽을 분산
• 하드웨어 로드 밸런싱: F5, Citrix ADC와 같은 전용 장비를 사용하여 로드 밸런싱 수행
• 클라우드 로드 밸런싱: AWS ALB, GCP Load Balancer 등 클라우드 제공 서비스를 활용

2.2 Nginx를 활용한 로드 밸런싱

Nginx를 이용하여 간단한 로드 밸런서를 구성할 수 있다.

1) Nginx 설치

sudo apt update
sudo apt install nginx -y

2) Nginx 로드 밸런서 설정

Nginx의 설정 파일(/etc/nginx/nginx.conf)을 수정하여 로드 밸런싱을 적용할 수 있다.

http {
    upstream backend_servers {
        server 192.168.1.101;
        server 192.168.1.102;
    }

    server {
        listen 80;

        location / {
            proxy_pass http://backend_servers;
        }
    }
}

위 설정은 두 개의 백엔드 서버(192.168.1.101, 192.168.1.102)로 트래픽을 분산하도록 구성한다.

3) Nginx 설정 반영

sudo systemctl restart nginx

2.3 로드 밸런싱 알고리즘 선택

로드 밸런싱을 설정할 때 어떤 방식으로 트래픽을 분산할지 결정해야 한다. 대표적인 알고리즘은 다음과 같다.

• 라운드 로빈(Round Robin): 순차적으로 요청을 분배하는 기본적인 방식
• 가중 라운드 로빈(Weighted Round Robin): 서버 성능에 따라 가중치를 부여하여 분배
• Least Connections: 현재 연결 수가 가장 적은 서버로 요청을 보냄
• IP 해시(IP Hash): 클라이언트 IP를 기반으로 특정 서버에 요청을 고정

예를 들어, Nginx에서 가중 라운드 로빈을 적용하려면 다음과 같이 설정할 수 있다.

upstream backend_servers {
    server 192.168.1.101 weight=3;
    server 192.168.1.102 weight=1;
}

이렇게 하면 첫 번째 서버가 3배 더 많은 트래픽을 처리하게 된다.

2.4 클라우드 로드 밸런서 활용

클라우드 환경에서는 AWS, GCP, Azure에서 제공하는 로드 밸런서를 활용할 수 있다.

• AWS Application Load Balancer(ALB): HTTP/HTTPS 트래픽을 분산
• AWS Network Load Balancer(NLB): TCP/UDP 트래픽을 분산
• GCP HTTP(S) Load Balancer: 글로벌 로드 밸런싱 가능
• Azure Load Balancer: L4 트래픽 분산 지원

1) AWS ALB 설정 예제

aws elb create-load-balancer --load-balancer-name my-load-balancer --listeners Protocol=HTTP,LoadBalancerPort=80,InstanceProtocol=HTTP,InstancePort=80

위 명령어를 사용하면 AWS에서 HTTP 트래픽을 분산하는 ALB가 생성된다.

2.5 장애 대비를 위한 헬스 체크

로드 밸런서는 정상적인 서버에만 트래픽을 전달해야 한다. 이를 위해 헬스 체크(Health Check)를 설정할 수 있다.

Nginx에서 헬스 체크를 적용하려면 다음과 같이 설정한다.

upstream backend_servers {
    server 192.168.1.101 max_fails=3 fail_timeout=30s;
    server 192.168.1.102 max_fails=3 fail_timeout=30s;
}

이렇게 하면 특정 서버가 3회 연속 실패하면 30초 동안 해당 서버를 제외하고 트래픽을 분산한다.

2.6 캐싱 및 CDN 활용

로드 밸런싱과 함께 CDN(Content Delivery Network)과 캐싱을 활용하면 서버 부하를 더욱 줄일 수 있다.

• CDN을 적용하면 정적 콘텐츠(이미지, CSS, JS 등)를 글로벌 엣지 서버에서 제공
• Redis, Memcached 같은 캐시 시스템을 활용하여 데이터베이스 부하 감소

예를 들어, Nginx에서 캐싱을 설정하면 다음과 같이 구성할 수 있다.

location / {
    proxy_cache cache_zone;
    proxy_cache_valid 200 10m;
    proxy_pass http://backend_servers;
}

3. 최종 정리

트래픽이 증가하면 단일 서버로는 부하를 감당하기 어렵다. 로드 밸런싱을 적용하면 여러 서버로 트래픽을 분산하여 성능을 최적화할 수 있다.

핵심 요약:

• 로드 밸런싱을 통해 서버 부하를 효과적으로 분산할 수 있다.
• Nginx, HAProxy 같은 소프트웨어 로드 밸런서를 사용할 수 있다.
• AWS ALB, GCP Load Balancer 같은 클라우드 로드 밸런서를 활용할 수 있다.
• 라운드 로빈, Least Connections, IP 해시 등의 로드 밸런싱 알고리즘을 적용할 수 있다.
• 헬스 체크를 설정하면 장애 발생 시 자동으로 서버를 제외할 수 있다.
• CDN 및 캐싱을 활용하면 서버 부하를 더욱 줄일 수 있다.

이러한 최적화 방법을 적용하면 서비스의 안정성과 확장성을 확보할 수 있다.