L4/L7

MyMon 회의에서,,

궁금증 💡
L4 라는 개념 등장! 회사프로젝트 웹서버 2대의 ip를 묶는다. L4? ip를 묶는다? 뭐지? 이전에 L7 health check에 대한 내용을 짧게 정리한 게시물이 있었는데, 그것과 관련된 내용인가?
이전에 L7 에 대한 개념을 짧게 정리한 게시물

• L4와 L7 모두 네트워크 스위치. 로드밸런싱이 된다는 장점 -> 서버 부하 분산을 위해 많이 이용한다고 한다.
• L4와 L7는 그 중 네트워크 로드밸런서에 포함된다.
• 로드밸런싱이란?,,부하분산 또는 로드 밸런싱(load balancing)은 컴퓨터 네트워크 기술의 일종으로 둘 혹은 셋이상의 중앙처리장치 혹은 저장장치와 같은 컴퓨터 자원들에게 작업을 나누는 것을 의미한다.

먼저 네트워크 로드밸런서 종류에 대해 알아봅시다.

네트워크 로드밸런서 종류

L2(Data Link Layer)

• Mac Address Load Balancing
• 예시 : Mac > 80–00–20–30–1C-47
• 브릿지, 허브 등
• 장점 : 구조가 간단, 신뢰성이 높다, 가격저렴, 성능이 좋다.
• 단점 : Broadcast 패킷에 의해 성능저하 발생, 라우팅 등 상위레이어 프로토콜 기반 스위칭 불가

L3(Network Layer)

• IP Address Load Balancing
• 예시 : IP > 213.12.32.123
• L2 + Routing
• Router, ICMP 프로토콜, IP
• 장점: Broadcast 트래픽으로 전체 성능 저하 방지, 트레픽체크
• 단점: 특정 프로토콜을 이용해야 스위칭 가능

L4(Transport Layer)

• Transport Layer(IP+Port) Load Balancing
• 예시: IP+Port > 213.12.32.123:80, 213.12.32.123:1024
• TCP, UDP Protocol
• 장점 : Port기반 스위칭 지원, VIP를 이용하여 여러대를 한대로 묶어 부하분산
• 주로 Round Robin 방식 사용

L7(Application Layer)

• Application Layer(사용자 Request) Load Balancing
• 예시 : IP+Port+패킷 내용 >
  213.12.32.123:80, 213.12.32.123:1024 + GET/ img/aaa.jpg
• HTTP, FTP, SMTP Protocol

주의 : 로드밸런싱은 L4 이상에서

L4 에 대한 설명

ip를 묶어서 ip하나만 사용해서 접근할 수 있게 함
-> 서버 부하 분산 시킬 수 있음
-> ip 수동 연결 시 서버가 죽었을 때, 서비스를 다시 쓸 수 있음
-> ip 를 체크해서 원하는 흐름으로 보내줄 수 있음
-> 도메인 붙여서 도메인으로 접근 할 수 있게 함

L4 가 필요한 상황

예시를 들어보자면, 특정 ip로 웹서비스를 제공하고 있다고 가정해봅시다. 사용자가 늘어나서 서버를 한 대 더 추가하고 서비스에 접근할 수 있는 ip 하나를 더 추가했다고 생각해봅시다. 그렇다면, 사용자들에게 2개의 ip 중 하나로 접근해달라고 공지를 띄울 것이고, 이는 부하가 어느 정도 나누어진다고 해도 고르게 분산되는 것을 장담할 수 없습니다. 따라서 필요한 것이 '로드밸런싱'
일일이 서버에게 요청을 전달할 필요 없이 L4 스위치에 모든 요청 전달하고 L4 스위치가 서버들에게 요청 그대로 전달

L4 스위치에 대해 이해하기 쉬운 블로그 링크

L7 에 대한 설명

응용계층 로드밸런서
패킷을 다 까서 응용프로그램까지 컨트롤 할 수 있음

L4 vs L7

1. 구조적 차이점 - Intellingence

• L4스위치 : TCP/UDP 포트 정보를 분석해 해당 패킷이 현재 사용하는 서비스 종류(HTTP, FTP, 텔넷, SMTP, POP3, SSL등)별로 PACKET을 처리

• L7스위치 : 트래픽의 내용(e-mail제목/내용의 문자열, HTTP컨텐츠URL, FTP파일 제목, SSL ID, Cookie 정보, 특정 바이러스(e.g. CodeRed, Nimda)패턴등을 분석해 Packet을 처리

2. 기능적 차이점

• 보다 높은 수준의 Intelligence를 갖춘 스위치일수록 더 정교한 패킷의 부하분산(Load Ballancing)및 Qos기능 구현이 가능함.
• L7스위치는 다음과 같은 기능을 통해 네트워크 시스템의 보안성 강화가 가능함.
  1) Dos/SYN Attack에 대한 방어
  2) CodeRed/Nimda등 바이러스 감염 패킷의 필터링
  3) 네트워크 자원의 독점 방지를 통한 네트워크 시스템의 보안성 강화가 가능함.

3. 공통점

• 스위치로 들어온 Packet을 적절한 목적지(주로 네트워크 장비나 클라이언트, 때로는 불필요한 Packet을 Drop시키기도 함)로 전송해줌. 기본적인 기능과 역할은 동일하나 Packet을 분석해 성격과 중요도를 분류하는 Intelligence가 달라서 "적절한 목적지"를 찾아내 해당 Packet을 처리해 주는 능력에 차이가 발생함.

정리하자면,
L4 Load Balancer는 IP, Port 를 기준으로 스케줄링 알고리즘을 통해 부하를 분산합니다. 클라이언트에서 로드밸런서(DNS)로 요청을 보냈을 때 최적의 서버로 요청을 전송하고 결과를 클라이언트에게 줍니다. 즉, 요청하는 서비스의 종류와 상관 없이 공장을 여러 개 돌리는 것입니다.
L7 Load Balancer는 L7 위에서 동작하기 때문에 IP, Port 이외에도 URI, Payload, Http Header, Cookie 등의 내용을 기준으로 부하를 분산합니다. 그래서 콘텐츠 기반 스위칭이라고도 합니다.

L4 Load Balancer는 단지 부하를 분산시키는 것이라면, L7 Load Balancer는 요청의 세부적인 사항을 두고 결제만 담당하는 서버, 회원가입만을 담당하는 서버 등으로 분리해서 가볍고 작은 단위로 여러 개의 서비스를 운영하고 요청을 각각의 서버에 분산할 수 있는 것입니다.
L7 Load Balancer는 L4 Load Balancer와 다르게 데이터를 분석해서 처리가 가능하기 때문에 악의적이거나 비 정상적인 콘텐츠를 감지해 보안 지점을 구축할 수도 있는 장점이 있고, 그 만큼 자원 소모가 크다는 단점이 있습니다.

그렇다면 Health Check 개념은 뭔가요?

Active 장비에 장애가 발생하였을 때 신속하게 교체하기 위해서는 빠른 장애 탐지가 필요합니다. 이 때 필요한 것이 바로 'Health Check'입니다. Health Check는 서버에 일정한 간격으로 신호를 보내고 응답이 오는지 체크하여 정상 가동 중인지를 판단합니다. Health Check 종류는 다음과 같으며 레이어가 높을수록 정확도는 높아지지만 서버에 대한 부하도 커집니다.
L4, L7 모두 Health Check의 기능을 할 수 있는 것

참고 링크

• https://12bme.tistory.com/116 [길은 가면, 뒤에 있다.]
• https://knight76.tistory.com/entry/30022588363?category=227874 [김용환 블로그(2004-2020)]
• https://pakss328.medium.com/%EB%A1%9C%EB%93%9C%EB%B0%B8%EB%9F%B0%EC%84%9C%EB%9E%80-l4-l7-501fd904cf05
• https://jaehoney.tistory.com/73