3-Tier 아키텍처란?

3-Tier Architecture(3계층 구조)는 애플리케이션을 세 개의 논리적이고 물리적인 컴퓨팅 계층으로 분리하여 구성하는 소프트웨어 아키텍처입니다.
이름 그대로 세 개의 계층(Tier)으로 시스템을 나누어 각 계층의 역할을 명확하게 구분하는 구조입니다.

주로 웹 애플리케이션에서 많이 사용되며, 각 계층이 서로 분리된 인프라에서 독립적으로 실행됩니다.
덕분에 각 계층은 별도의 개발 팀이 동시에 개발할 수 있고, 다른 계층에 영향을 주지 않고 업데이트하거나 확장할 수 있는 유연성이 있습니다.

3-Tier 아키텍처 구성 요소

1. Presentation Tier (프레젠테이션 계층)

1.1 정의

프레젠테이션 계층은 사용자가 직접 상호작용하는 부분으로, 애플리케이션의 인터페이스(UI)를 담당합니다. 사용자가 웹사이트나 앱을 통해 서비스를 이용할 때 처음 접하게 되는 계층입니다.

1.2 역할

1.2.1 사용자 인터페이스(UI) 제공

사용자가 시스템과 입출력(Input/Output)을 주고받을 수 있도록 인터페이스를 제공합니다. 대표적으로 웹 브라우저, 모바일 앱, 데스크탑 앱이 여기에 해당됩니다.

1.2.2 사용자의 요청을 수집하고 전달

사용자가 입력한 데이터를 애플리케이션 계층으로 전달하고, 다시 결과를 받아 화면에 출력합니다.

1.3 특징

• 이 계층에서는 비즈니스 로직이나 데이터 처리 로직을 포함하지 않습니다.
• 프론트엔드(Front-end) 또는 클라이언트(Client)라고도 불립니다.
• 사용자 경험(UX)를 결정짓는 주요 계층입니다.

1.4 기술 예시

• HTML, CSS, JavaScript, React 등.
• 웹 서버(Nginx, Apache)가 클라이언트 요청을 중계하기도 합니다.

2. Application Tier (애플리케이션 계층 / 비즈니스 로직 계층)

2.1 정의

애플리케이션 계층은 사용자의 요청을 처리하고, 비즈니스 규칙에 따라 데이터를 가공하여, 그 결과를 프레젠테이션 계층에 반환하는 역할을 합니다. 웹 서버에서 실제 동작하는 기능(비즈니스 로직)을 처리하는 핵심 계층입니다.

2.2 역할

2.2.1 비즈니스 로직 처리

사용자의 요청을 분석하고 처리하여, 시스템이 어떻게 반응할지 결정합니다.
→ 예: 회원가입, 로그인, 상품 주문, 결제 처리 등

2.2.2 트랜잭션 관리 및 데이터 검증

입력값 검증, 보안 검증, 트랜잭션 관리 등을 수행합니다.

2.2.3 프레젠테이션 계층과 데이터 계층 연결

프레젠테이션 계층으로부터 받은 요청을 해석하여 데이터 계층에 질의하고, 결과를 받아서 처리한 후 사용자에게 전달합니다.
→ 앞단에서는 서버(응답자)처럼 행동하고, 뒷단에서는 클라이언트(요청자)처럼 행동하는 특징이 있습니다 (앞단에서는 사용자의 요청을 처리하여 결과를 프레젠테이션 계층에 반환하고, 뒷단에서는 데이터 계층에 요청하므로).

2.3 특징

• 보통 미들웨어(Middleware)라고도 불립니다.
• 백엔드(Back-end) 영역으로 취급되며, 프론트엔드와 데이터 계층을 중재하는 역할입니다.
• 프레젠테이션 코드(HTML, CSS)는 포함하지 않습니다.

2.4 기술 예시

• Java(Spring Boot), Python(Django, Flask), Node.js(Express) 등.
• API 서버: REST API, GraphQL API
• 트랜잭션 서버, 인증 서버 등도 포함됩니다.

3. Data Tier (데이터 계층)

3.1 정의

데이터 계층은 시스템에서 사용하는 모든 데이터를 저장하고 관리하는 역할을 담당합니다. 데이터의 영구 저장(Persistent Storage)과 읽기/쓰기(Read/Write) 작업을 처리합니다.

3.2 역할

3.2.1 데이터 저장과 관리

사용자 데이터, 트랜잭션 기록, 로그, 통계 등 모든 데이터를 구조화하여 저장하고 관리합니다.

3.2.2 데이터 접근 및 보안

데이터를 읽거나 쓸 수 있도록 인터페이스를 제공하며, 데이터 무결성과 보안을 책임집니다.

3.2.3 데이터 요청 처리

애플리케이션 계층으로부터 들어오는 CRUD(Create, Read, Update, Delete) 요청을 처리하고 응답을 반환합니다.

3.3 특징

• 애플리케이션과는 독립적으로 분리되어 있으며, 고성능과 안정성이 중요합니다.
• 보통 DBMS(Database Management System)가 이 계층의 핵심입니다.
• 백엔드의 일부로 간주되지만, 애플리케이션 계층과는 역할이 명확히 다릅니다.

3.4 기술 예시

• 관계형 데이터베이스(RDBMS): MySQL, PostgreSQL, Oracle DB 등.
• 비관계형 데이터베이스(NoSQL): MongoDB, Redis 등.

3-Tier 아키텍처의 장점

1. 주요 장점

3계층 아키텍처(3-Tier 아키텍처)의 가장 큰 장점은 기능의 논리적, 물리적 분리(Logical & Physical Separation)입니다. 각 계층은 기능적 요구사항에 최적화된 별도의 운영 체제와 서버 플랫폼에서 실행될 수 있습니다.
예를 들어,

• 프레젠테이션 계층은 웹 서버
• 애플리케이션 계층은 애플리케이션 서버
• 데이터 계층은 데이터베이스 서버

에 각각 배포되어 독립적으로 동작합니다.
또한, 각 계층은 전용 서버(하드웨어) 또는 가상 서버(클라우드)에서 독립적으로 실행되기 때문에, 다른 계층에 영향을 주지 않고 각 계층의 서비스를 자유롭게 커스터마이징하고 성능을 최적화할 수 있습니다.

2. 기타 주요 장점

2.1 빠른 개발

• 각 계층이 별도의 개발 팀에 의해 동시에 개발될 수 있습니다.
• 덕분에 애플리케이션을 보다 빠르게 시장에 출시할 수 있습니다.
• 또한, 각 계층은 최신 언어와 프레임워크를 자유롭게 선택하여 개발할 수 있습니다.
  • 예: 프론트엔드는 React, 백엔드는 Spring Boot, DB는 PostgreSQL

2.2 개선된 확장성

• 트래픽이 몰리는 특정 계층만 독립적으로 확장(Scale-Out)이 가능합니다.
• 예를 들어, 애플리케이션 계층 서버만 수평 확장하여 처리 성능을 높일 수 있습니다.

2.3 개선된 신뢰성

• 하나의 계층에 장애가 발생해도, 다른 계층에는 최소한의 영향만 미칩니다.
• 예를 들어, 애플리케이션 서버가 일부 다운되더라도 웹 서버나 DB는 정상적으로 운영될 수 있습니다.

2.4 개선된 보안성

• 프레젠테이션 계층과 데이터 계층이 직접 통신하지 않도록 설계됩니다.
• 애플리케이션 계층이 보안 관문의 역할을 하며 내부 방화벽처럼 동작합니다.
• 이 구조 덕분에 SQL 인젝션이나 기타 악의적인 공격을 차단하기가 용이합니다.

기타 다중 아키텍처

1. 1계층 아키텍처 (Single-Tier Architecture)

1.1 정의

1계층 아키텍처는 모든 기능(프레젠테이션, 비즈니스 로직, 데이터 처리)이 단일 시스템(단일 계층)에 포함된 구조입니다. 모든 컴포넌트가 하나의 애플리케이션 안에서 실행되기 때문에 단일 계층 아키텍처라고 부릅니다.

1.2 특징

• 애플리케이션, 데이터, 사용자 인터페이스가 모두 같은 시스템(프로세스 또는 서버)에서 작동합니다.
• 클라이언트 서버의 개념이 없거나, 모든 기능이 클라이언트에 내장되어 있습니다.
• 데이터베이스가 로컬 파일로 존재하거나, 앱 내부에서 직접 데이터를 저장/처리합니다.
• 일반적으로 데스크탑 애플리케이션(엑셀, 워드 등)이나 초기 소프트웨어 프로그램이 이런 구조였습니다.

1.3 장점

• 구조가 간단하고 개발이 쉬움
• 배포가 간편함 (모든 기능이 하나에 있음)
• 작은 규모의 애플리케이션에서는 효율적

1.4 단점

• 확장성과 유지보수가 어려움
• 여러 사용자가 동시에 사용하기 어려움
• 보안 위험이 큼 (모든 데이터를 로컬에서 처리하고 저장하기 때문에 외부 노출 가능성이 있음)

1.5 사용 사례

• 엑셀, 워드 같은 단일 사용자를 위한 데스크탑 소프트웨어
• 초기 게임, 간단한 계산기 앱 등

2. 2계층 아키텍처 (Two-Tier Architecture)

2.1 정의

2계층 아키텍처는 프레젠테이션 계층과 데이터 계층으로 구성된 클래식 클라이언트-서버 모델입니다. 비즈니스 로직은 주로 클라이언트(프레젠테이션 계층) 또는 서버(데이터 계층) 중 하나에 포함되어 동작합니다.

2.2 특징

• 프레젠테이션 계층(클라이언트)이 데이터 계층(DB)에 직접 접근합니다.
• 비즈니스 로직이 클라이언트 또는 DB에 종속되거나 분산되기 때문에 관리와 유지보수가 어렵습니다.
• 클라이언트에서 직접 데이터 처리를 수행하기 때문에 응답 속도가 빠를 수 있습니다.
• 클라이언트와 서버 간의 네트워크 트래픽이 비교적 단순합니다.

2.3 장점

2.3.1 구현이 간단하고 개발 속도가 빠름

• 아키텍처 구조가 단순하여 초기 개발과 배포가 용이합니다.

2.3.2 성능이 빠름 (소규모 환경 기준)

• 클라이언트가 데이터베이스에 직접 연결되므로 데이터 요청이 빠릅니다.

2.3.3 개발 및 유지 비용이 낮음

• 인프라가 단순하여 소규모 프로젝트나 초기 프로토타입에 적합합니다.

2.3.4 소규모 애플리케이션에 효과적

• 제한된 사용자나 내부 전용 시스템에서는 간단하게 운영할 수 있습니다.

2.4 단점

2.4.1 보안에 취약함

• 클라이언트가 DB에 직접 접근하므로 보안 위협에 노출되기 쉽습니다.

2.4.2 확장성이 떨어짐

• 데이터베이스 서버에 부하가 집중되는 구조로 인해, 사용자 증가 시 효율적인 수평 확장이 어렵고 확장성에 한계가 있습니다.

2.4.3 유지보수가 어려움

• 비즈니스 로직이 분산되어 있어 기능 변경이나 확장 시 관리가 복잡합니다.

2.4.4 비즈니스 로직의 일관성 유지가 어려움

• 클라이언트마다 로직이 다를 수 있고, 이를 관리하기가 어렵습니다.

2.5 사용 사례

• 소규모 애플리케이션 (간단한 연락처 관리 프로그램 등)
• 내부 시스템 (사용자가 적고, 보안 리스크가 상대적으로 낮은 내부 전산 시스템)
• 단일 사용자 기반 프로그램 (로컬 환경에서 동작하는 프로그램 - 데스크탑 애플리케이션 등)

3. N계층 아키텍처 (N-Tier Architecture)

3.1 정의

N계층 아키텍처는 다중 계층 아키텍처(Multi-Tier Architecture)라고도 하며, 3계층 이상으로 구성된 아키텍처를 의미합니다. 각 계층은 특정 기능을 담당하며, 계층 간 분리를 통해 시스템을 더욱 세분화하고 확장할 수 있습니다.

3.2 특징

• 각 계층이 독립적으로 분리되어 있어, 역할과 책임이 명확합니다.
• 계층 간 인터페이스(API)를 통해 통신하며, 보안과 트랜잭션 관리가 용이합니다.
• 복잡한 엔터프라이즈 시스템이나 대규모 애플리케이션에서 주로 사용됩니다.
• 계층이 많아지면 관리 및 운영 비용이 증가하며, 복잡성도 높아질 수 있습니다.

3.3 장점

3.3.1 높은 유연성과 확장성

• 특정 계층만 독립적으로 확장하거나 변경이 가능합니다.

3.3.2 보안 강화

• 계층 간 접근 제어가 가능하여 보안 위험을 줄이고, 각 계층별로 방화벽과 인증 시스템을 적용할 수 있습니다.

3.3.3 유지보수 용이

• 각 계층이 명확히 분리되어 있어 특정 기능만 수행해도 전체 시스템에 영향을 주지 않습니다.

3.3.4 기술 선택의 유연성

• 각 계층마다 최적화된 언어나 프레임워크를 사용할 수 있어 기술적 자유도가 높습니다.

3.3.5 복잡한 비즈니스 요구사항 대응 가능

• 복잡한 트랜잭션, 다양한 비즈니스 로직, 서비스 통합을 구조화하여 처리할 수 있습니다.

3.3.6 마이크로서비스 전환 및 연동에 유리

• 계층 분리 기반으로, 추후 마이크로서비스 아키텍처로 전환하거나 연동하기 쉬운 구조입니다.

3.4 단점

3.4.1 구현과 운영이 복잡함

• 계층이 많아질수록 설계 및 운영 비용이 증가합니다.

3.4.1 성능 저하 가능성

• 계층 간 통신이 많아지면 응답 시간이 늘어나고, 시스템 전체의 퍼포먼스가 저하될 수 있습니다.

3.4.1 관리 및 인프라 비용 증가

• 각 계층별로 서버와 인프라가 필요하기 때문에 초기 투자 비용과 운영 비용이 높습니다.

3.4.1 장애 지점 증가

• 계층이 많아지면 각 계층마다 장애가 발생할 가능성이 높아지고, 장애 관리가 복잡해질 수 있습니다.

3.5 사용 사례

• 대규모 전자상거래 플랫폼, 엔터프라이즈 기업 시스템(ERP 등)
• 마이크로서비스 기반 클라우드 시스템, 금융 시스템 등

계층별 아키텍처 비교 표

아키텍처	설명	예시
1계층	프레젠테이션, 비즈니스 로직, 데이터 처리를 모두 하나의 시스템에서 실행	데스크탑 애플리케이션 (엑셀, 초기 게임)
2계층	프레젠테이션 계층과 데이터 계층으로 분리. 비즈니스 로직이 클라이언트 또는 DB에 포함됨	단순한 클라이언트-서버 앱 (예: 연락처 관리 프로그램)
3계층	프레젠테이션, 애플리케이션, 데이터 계층으로 분리. 가장 널리 사용되는 구조	전자상거래 웹사이트, 기업용 애플리케이션
N계층	3계층을 기반으로, 기능별로 계층을 더 세분화한 구조	마이크로서비스 아키텍처(MSA), 대규모 분산 시스템