1. 이중화 기술 개요
1-1. SPoF
✍ SPoF(Single Point of Failure, 단일 장애점) : 시스템 구성 요소 중 동작하지 않으면 전체 시스템이 중단되는 요소
- 인프라의 본질적인 목표는 더 가용성 높은 서비스에 필요한 인프라를 안정적으로 제공하는 것
- 인프라 설계 시 단일 접점의 장애가 전체 서비스에 영향을 미치지 않도록 SPoF(단일 장애점)를 만들지 않아야 함
1-2. 이중화의 목적
- 인프라를 구성하는 각 요소가 복수 개 이상으로 인프라를 구성해 특정 인프라에 문제가 발생하더라도 이중화된 다른 인프라를 통해 서비스가 지속되도록 해줌
- 서비스에 필요한 출발 지점부터 끝 지점까지(End-to-End) 속하는 모든 인프라에 이중화 구성을 고려해야 함
- 이중화 구성은 액티브-액티브 또는 액티브-스탠바이 형태로 구성
- 액티브-액티브 형태 : 각 구성 요소가 동시에 운영 중인 상태로 동작
- 액티브-스탠바이 형태 : 하나의 구성 요소는 운영 상태이고 다른 하나는 대기 상태로 있다가 운영 상태인 인프라에 장애가 발생하면 대기 상태인 인프라가 운영 상태로 전환
2. LACP
✍ LACP(Link Aggregation Control Protocol) : IEEE 802.3 그룹이 상호호환 가능한 연결 계층을 표준화한 것
- LACP를 사용하면 두 개 이상의 물리 인터페이스로 구성된 논리 인터페이스를 이용해 모든 물리 인터페이스를 액티브 상태로 사용
- LACP 구성 시 유의사항
- 액티브-액티브 구조이므로 LACP로 구성하는 논리 인터페이스의 대역폭을 서비스에 필요한 전체 트래픽 기준으로 서비스 트래픽을 산정하면 안됨
- LACP로 구성하는 물리 인터페이스들의 속도가 동일해야 함
2-1. LACP 동작 방식
LACP 구성은 그림1처럼 장비 간 1:1구성에서만 가능- LACP는 두 장비 모두 LACP 설정을 해 LACPDU를 주고받아야 가능
- LACP 설정 시 두 개의 모드가 존재
- 액티브 : LACPDU를 먼저 송신하고 상대방이 LACP로 구성된 경우, LACP를 구성
- 패시브 : LACPDU를 송신하지 않지만 LACPDU를 수신받으면 응답해 LACP를 구성
- LACP로 구성될 수 있는 인터페이스 수는 일반적으로 1~8개로 구성
2-2. LACP와 PXE
- LACP는 서버의 인터페이스를 하나의 논리 포트로 묶는 본딩(Bonding)/티밍(Teaming) 기술은 서버 운영체제에서 설정 가능하지만 PXE(Pre-boot eXecution Environment)를 이용할 때는 서버가 운영체제를 설치하기 전 단계이므로 본딩과 티밍 같은 논리 인터페이스 설정 못함
초기 운영체제 구성 전에는 서버에서 LACPDU를 보낼 수 없다.
스위치에서 LACPDU를 수신하지 못했을 때, 인터페이스 한 개만 활성화해 PXE Boot를 실행한다.
PXE로 운영체제를 설치하고 LACPDU를 주고받으면 LACP로 구성이 변경된다.- 운영체제가 서버에 정상적으로 설치된 후 LACP 구성을 마치면 서버는 LACPDU를 보내게 되고 스위치와 서버는 LACP로 구성됨
3. 서버의 네트워크 이중화 설정(Windows, Linux)
✍ 티밍 : 윈도에서 팀이라는 논리 인터페이스가 만들어지는 기술
✍ 본딩 : 리눅스에서 본드라는 논리 인터페이스가 만들어지는 기술
3-1. 리눅스 본딩 모드
- 리눅스 본딩 모드는 모드 0~4까지 있음
모드 1: 액티브-스탠바이
- 인터페이스를 액티브-스탠바이로 구성 시 모드 1을 사용
- 평소 액티브 인터페이스로만 패킷이 전달되지만 액티브가 죽으면 스탠바이 인터페이스가 자동으로 활성화되어 패킷을 전송
- 원래의 액티브 인터페이스가 다시 살아나면 설정에 따라 액티브 인터페이스가 자동으로 다시 활성화되거나 수동으로 넘기기 전까지 스탠바이 인터페이스가 활성화 상태를 유지
모드 4: LACP
- 표준 프로토콜인 LACP를 이용해서 인터페이스를 액티브-액티브 방식으로 사용 시 모드 4로 설정
3-2. 윈도 티밍 모드
- 스위치 독립(Switch Independent) 구성 : 팀을 구성하는 멤버 인터페이스가 스위치의 구성에 독립적인 경우(액티브-스탠바이 구성)
- LACP : 표준 프로토콜인 LACP를 이용해 팀을 액티브-액티브로 구성할 때 사용
4. MC-LAG
✍ MC-LAG(Multi-Chassis Link Aggregation Group) : 서로 다른 스위치 간의 실제 MAC 주소 대신 가상 MAC 주소를 만들어 논리 인터페이스로 LACP를 구성
MC-LAG 기술 이용 시 인터페이스의 물리적인 구성과 논리적인 구성 - 단일 스위치로 LACP를 구성해 대역폭을 확장할 것인지, 서로 다른 스위치로 구성해 장비 이중화로 가용성을 확보할 것인지 선택
4-1. MC-LAG 동작 방식
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MC-LAG의 구성 요소
- 피어(Peer) 장비 : MC-LAG을 구성하는 장비
- MC-LAG 도메인(Domain) : 두 Peer 장비를 하나의 논리 장비로 구성하기 위한 영역 ID, Peer 장비는 이 영역 ID를 통해 상대방 장비가 Peer를 맺으려는 장비인지 판단
- 피어 링크(Peer-Link) : MC-LAG을 구성하는 두 Peer 장비 간의 데이터 트래픽을 전송하는 인터링크
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MC-LAG 연결을 위한 설정
- 피어에 동일한 도메인 ID 설정
- 피어 간의 데이터 트래픽 전송을 위한 피어 링크 설정
- 피어 간의 제어 패킷 전송을 위해 피어끼리 통신 가능한 IP 설정
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MC-LAG 설정을 마치면 MC-LAG을 구성하는 두 피어 장비는 MC-LAG을 맺기 위한 제어 패킷을 주고받음
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MC-LAG 제어 패킷을 통해 MC-LAG을 구성하기 위한 협상이 정상적으로 완료되면 두 대의 장비는 하나의 MC-LAG 도메인으로 묶이고 인터페이스 이중화 구성에 사용할 가상 MAC 주소를 피어 장비 간에 동일하게 생성
4-2. MC-LAG을 이용한 디자인
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MC-LAG을 이용해 서버를 연결하면 스위치를 물리적으로 이중화하면서 액티브-액티브 구성으로 연결할 수 있음
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스위치 간의 MC-LAG을 이용하면 루프 구조가 사라지므로 STP에 의한 차단 포트 없이 모든 포트를 사용 가능
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상/하단을 모두 MC-LAG으로 구성하는 디자인
5. 게이트웨이 이중화
5-1. 게이트웨이 이중화란?
✍ FHRP(First Hop Redundancy Protocol, 게이트웨이 이중화 프로토콜) : 외부 네트워크와 통신하기 위해 사용되는 게이트웨이 장비를 두 대 이상의 장비로 구성할 수 있는 프로토콜
- 두 라우터는 실제 IP 외에 추가로 가상 IP 주소와 가상 IP에 대한 MAC 주소를 동일하게 가짐
- 가상 IP는 그룹 내에서 우선순위가 높은 장비가 Active 상태로 유지하고 ARP 요청에 응답
📌 프록시 ARP
호스트에 게이트웨이 설정이 안 되어 있거나 잘못 설정된 경우에도 게이트웨이 장비에 프록시가 설정되어 있으면 호스트의 다른 네트워크와 통신 가능
5-2. FHRP
- FHRP 그룹의 액티브 장비에 장애가 발생하면 스탠바이 장비는 액티브 장비가 비정상임을 확인한 후 가상 IP 주소에 대한 액티브 역할을 가져옴
- 가상 IP 주소의 MAC 주소에 대한 MAC 주소 테이블을 갱신해 하단 호스트들은 아무 설정 변경 없이 절체가 이루어짐
- 이 절체는 장비 자체의 장애뿐만 아니라 게이트웨이의 외부 인터페이스의 상태를 감지해 외부로 나가는 경로가 다운된 경우에도 게이트웨이의 액티브 역할을 스탠바이 장비에 넘겨줄 수 있음
장비에 장애 발생 시 액티브 역할은 스탠바이로 자동으로 전환된다.
장비의 외부 인터페이스 구간 장애인 경우에도 액티브로 전환할 수 있다.- FHRP 기술에 대한 표준 프로토콜은 VRRP(Virtual Router Redundancy Protocol)임
5-3. 올 액티브 게이트웨이 이중화
- 게이트웨이 이중화에서 게이트웨이로 사용되는 가상 IP 주소는 이중화된 장비에서 액티브-스탠바이로 동작
- 사용자가 가상 IP 주소에 대해 ARP 요청을 하면 액티브 장비에서 응답하고 스탠바이 장비에서 가상 IP에 대한 MAC 주소의 테이블을 액티브 장비와 연결된 인터페이스로 학습
- 게이트웨이 외부로 가기 위한 경로가 스탠바이더라도 액티브 장비를 통해서만 외부로 나갈 수 있음
STP 구조에서 게이트웨이를 통한 외부 통신 흐름- MC-LAG을 이용해 일반적인 게이트웨이 이중화를 구성할 때도 액티브 장비를 통해야 하므로 트래픽이 우회해 통신하기도 함
MC-LAG 구성에서의 게이트웨이를 통한 외부 통신 흐름5-4. 애니캐스트 게이트웨이
- 애니캐스트 게이트웨이 기술을 적용하면 각 위치에 같은 주소를 가지는 게이트웨이가 여러 개 동작할 수 있음
- 여러 개의 같은 IP를 가지는 게이트웨이가 존재하지만 가장 가까운 위치에 있는 게이트웨이에서 서비스를 제공
- 게이트웨이가 여러 곳에 위치하므로 하나의 게이트웨이에 문제가 발생해도 랙 하나에서만 장애가 발생하고 다른 위치에서는 외부로 통신하는 데 문제가 없음
게이트웨이 고려사항
- 가상화 서버 내의 서로 다른 네트워크를 가진 가상 서버 간 통신 : 동일한 가상화 서버에 있는 가상 서버 간에도 서로 다른 네트워크를 가지고 있다면 가상화 서버 외부에 있는 게이트웨이를 거쳐야 함
동일한 가상화 서버 내의 서로 다른 네트워크 가상 서버 간 통신 흐름- 동일한 스위치에 연결된 서로 다른 네트워크를 가진 서버 간 통신(가상화 포함) : 동일한 스위치에 구성된 서버 간 통신도 네트워크가 서로 다르면 물리 서버든 가상 서버든 외부에 있는 게이트웨이를 거쳐야 함
동일한 스위치에 서로 다른 네트워크를 가진 서버 간 통신 흐름
가상화 서버 내에서 게이트웨이를 갖거나(왼쪽) 서버가 직접 연결된 ToR 스위치에서 게이트웨이 역할을 하는(오른쪽) 구성