이중화 기술
끊김없는 안정적인 서비스를 제공하기 위해서는 네트워크, 서버, 스토리지와 같은 인프라뿐만 아니라 애플리케이션도 이중화(다중화) 기술을 적용해야 한다.
이중화를 위해 동일한 역할을 하는 인프라를 두 대 이상 구성하거나 하나의 장비 내에 네트워크 인터페이스 카드와 같은 내부 구성요소를 다중으로 구성하기도 하고 동일한 역할을 하는 애플리케이션을 동시에 여러 개 띄워 서비스를 제공하기도 한다.
이런 이중화 기술은 서비스 가용성을 높여주고 가용량을 확장해주기 때문에 안정적인 서비스 제공을 위해 이중화는 필수 요소이다.
이중화 기술 개요
SPoF
단일 장애점(Single Point of Failure)는 시스템 구성 요소 중 동작하지 않으면 전체 시스템이 중단되는 요소를 말한다.
서비스를 제공하기 위한 인프라의 주요 목표 중 하나는 적시에 서비스를 출시하기 위해 인프라를 신속히 제공하는 것이다. 소위, Time-To-Market을 위한 인프라의 민첩성이다.
하지만 인프라의 더 본질적인 목표는 더 가용성 높은 서비스에 필요한 인프라를 안정적으로 제공하는 것이다.
따라서 인프라를 설계할 때, 단일 접점의 장애가 전체 서비스에 영향을 미치지 않도록 SPoF를 만들지 않아야 한다.
SPoF는 전체 서비스의 가용성, 연속성, 안정성을 떨어뜨리는 매우 위험한 요소이므로 인프라를 안정적으로 운용하려면 인프라를 설계할 때, SPoF를 최소화하는 것이 아니라 아예 만들어지지 않도록 설계해야 한다.
이중화의 목적
안정적인 서비스 제공을 위해 네트워크를 포함한 모든 인프라에서 반드시 갖추어야 할 요소 중 하나는 이중화이다. 인프라를 구성하는 각 요소가 복수 개 이상으로 인프라를 구성해 특정 인프라에 문제가 발생하더라도 이중화된 다른 인프라를 통해 서비스가 지속되도록 해준다.
서비스에 필요한 출발 지점부터 끝 지점까지(End-to-End) 속하는 모든 인프라에 이중화 구성을 고려해야 한다.
이런 이중화 구성은 각 구성 요소가 동시에 운영 중인 상태로 동작할 것인지, 하나의 구성 요소는 운영 상태이고 다른 하나는 대기 상태로 있다가 운영 상태인 인프라에 장애가 발생하면 대기 상태인 인프라가 운영 상태로 전환될 것인지에 따라 액티브-액티브(Active-Active) 또는 액티브-스탠바이(Active-Stand-by) 형태로 구성한다.
인프라를 굳이 이중화하지 않더라도 장애가 발생하지 않으면 평소 서비스 제공에는 아무 문제가 없다. 그런데도 복수의 비용을 투자하면서 인프라를 이중화해야 하는 이유는 무엇일까?
인프라가 이중화되어 있다면 특정 지점에 문제가 발생하더라도 이중화된 인프라를 이용해 서비스할 수 있다. 특정 인프라의 장애 상황에서도 서비스는 가능하므로 서비스의 연속성이 보장된다.
액티브-액티브로 이중화를 구성할 경우, 인프라에서 서비스 요청을 동시 처리할 수 있으므로 처리 가능한 전체 용량이 증가한다. 이중화된 인프라는 장비 간 네트워크 연결이나 회선의 대역폭이 증가한다. 하지만 이렇게 증가된 인프라 용량을 기준으로 서비스를 수용하면 특정 지점에 장애가 발생했을 때, 인프라 용량이 절반으로 떨어지므로 정상적인 서비스가 불가능한다.
LACP
1990년대 중반까지는 각 벤더별로 장비 간 대역폭을 늘리기 위해 독자적인 방접으로 구현했지만 벤더 독자적인 방법으로는 다른 장비끼리 연결할 때 호환성 문제가 발생해 상호호환 가능한 연결 계층(Link Layer)을 표준화하기 시작했다. 이 표준화가 바로 LACP(Link Aggreagation Control Protocol)이다.
LACP를 사용하면 두 개 이상의 물리 인터페이스로 구성된 논리 인터페이스를 이용해 모든 물리 인터페이스를 액티브 상태로 사용한다. 이것을 통해 스위치와 스위치 또는 스위치와 서버 간 네트워크 대역폭이 물리 인터페이스 수량만큼 확장된다. 또한, 논리 인터페이스를 구성하는 물리 인터페이스 중 일부에서 문제가 발생하더라도 나머지 물리 인터페이스로 서비스를 유지해준다. 액티브-액티브 상태이므로 인터페이스 절체로 인한 지연 없이 서비스를 제공한다.
LACP를 구성할 때 유의사항은 LACP는 액티브-액티브 구조이므로 LACP로 구성하는 논리 인터페이스의 대역폭을 서비스에 필요한 전체 트래픽 기준으로 서비스 트래픽을 산정하면 안된다. 또한, LACP를 구성할 때는 물리 인터페이스들의 속도가 동일해야 한다. 즉, 1G 인터페이스는 1G 인터페이스 간에만 LACP가 구성되고 1G와 10G처럼 서로 다른 인터페이스로 LACP를 구성할 수 없다.
LACP 동작 방식
LACP를 통해 장비 간 논리 인터페이스를 구성하기 위해 LACPDU(LACP Data Unit)라는 프레임을 사용한다. LACPDU에는 LACP를 구성하기 위한 출발지 주소, 목적지 주소, 타입, 서브 타입, 버전 정보 등을 포함해 매초마다 주고받는다.
LACP가 연결되려면 LACPDU를 주고받는 장비가 한 장비여야 한다. 즉, LACP를 구성하는 두 개 이상의 물리 인터페이스가 서로 다른 장비에 연결되어 있으면 LACP를 통한 링크 이중화 구성을 할 수 없다. 따라서 LACP 구성은 장비 간 1:1 구성에서만 가능하다.
LACP는 두 장비 간 LACPDU 패킷을 주고받으면서 구성되는데 한쪽 장비에서만 LACP를 설정하면 어떻게 될까? LACP 논리 인터페이스를 구성하려면 LACPDU 패킷을 주고받아야 하는데 이 때 LACP 설정이 있는 장비에서만 LACPDU를 상대방 장비로 보낼 수 있다. 반대편 장비에서는 LACPDU를 수신하지만 LACP 설정이 없어 LACPDU를 보내지 않고 수신한 LACPDU에 대한 응답도 보내지 않아 결국 LACP 구성이 되지 않는다.
LACP를 설정할 때는 다음 두 개 모드가 있다.
| 모드 | 동작 |
|---|---|
| 액티브 | LACPDU를 먼저 송신하고 상대방이 LACP로 구성된 경우, LACP를 구성 |
| 패시브 | LACPDU를 송신하지 않지만 LACPDU를 수신받으면 응답해 LACP를 구성 |
보통 액티브 옵션을 사용하므로 LACPDU를 상대방 장비에 보내거나 받는다. 패시브 옵션인 경우에는 LACPDU를 먼저 보내지 않지만 상대방이 보내온 LACPDU에 대한 응답을 통해 LACP가 구성된다. 즉, LACP를 구성한 모든 장비에서 LACPDU를 보내는 것은 아니지만 LACPDU를 받기를 기다리고 있고 단방향이라도 LACPDU를 받아 정상적인 LACPDU를 교환하면 LACP가 구성된다.
다만 양 단 장비 모두 패시브로 설정마현 LACPDU를 아무도 먼저 보내지 않으므로 정상적으로 LACP 연결이 되지 않는다.
MC-LAG
LACP를 구성할 때는 LACPDU를 주고 받는 장비 상호 간 구성이 1:1이어야 한다. 더 명확히 말하면 LACP를 구성할 때, MAC 주소가 1:1이어야 한다. 그래서 서버에서 본딩이나 티밍과 같은 이중화 구성을 할 때, 각 네트워크 카드별로 물리 MAC 주소를 따로 사용하지 않고 두 개의 물리 MAC 주소 중 하나를 Primary MAC 주소로 사용한다. 즉, 여러 개의 물리 인터페이스를 쓰더라도 하나의 MAC 주소를 사용해 이 조건을 만족한다.
서버에서 인터페이스를 두 개 이상 구성하더라도 상단 스위치가 한 대로 구성된 경우에는 상단 스위치에 장애가 발생하면 서버는 통신이 불가능해진다. SPoF 구성이기 때문이다. SPoF 구성을 피하려고 서버의 인터페이스를 서로 다른 스위치로 연결한다. 서로 다른 스위치로 이중화 구성을 하면 두 스위치 간 MAC 주소가 달라 LACP를 사용할 수 없다. 따라서 서버에서도 본딩이나 티밍 모드를 액티브-스탠바이로 구성해 사용한다.
스위치에서도 서버 이중화 구성처럼 서로 다른 스위치 간의 단일 MAC 주소를 사용해 액티브-액티브 형태의 이중화 구성을 할 수 있을까?
MC-LAG(Multi-Chassis Link Aggreagation Group) 기술로 서로 다른 스위치 간의 실제 MAC 주소 대신 가상 MAC 주소를 만들어 논리 인터페이스로 LACP을 구성할 수 있다.
MC-LAG 동작 방식
MC-LAG의 몇 가지 구성 요소를 살펴보자.
피어(Peer) 장비
MC-LAG을 구성하는 장비를 피어(Peer) 장비라고 한다.MC-LAG 도메인(Domain)
두 Peer 장비를 하나의 논리 장비로 구성하기 위한 영역 ID이다. Peer 장비는 이 영역 ID를 통해 상대방 장비가 Peer를 맺으련는 장비인지 판단한다.피어 링크(Peer-Link)
MC-LAG을 구성하는 두 Peer 장비 간의 데이터 트래픽을 전송하는 인터링크인다.
아래의 그림은 MC-LAG의 구성 요소를 나타낸 것이다. 피어 장비 1과 2는 피어 링크를 통해 연결되어 있고 각 피어 장비는 하나의 MC-LAG 도메인으로 묶인다.
MC-LAG을 구성하는 방법을 개념적으로 알아보자.
MC-LAG을 구성하려면 피어들을 하나의 도메인으로 구성해야 한다. 각 피어에는 동일한 도메인 ID 값을 설정한다. 피어는 피어 간 데이터 트래픽을 전송하기 위한 피어 링크를 구성한다. 피어 링크는 다양한 네트워크가 통신할 수 있는 경로이므로 보통 트렁크(Trunk)로 구성한다.
아래의 그림은 피어 링크를 이용한 제어 패킷 전송과 별도 인터페이스로 제어 패킷 전송을 그림으로 표현한 것이다.
피어 링크를 이용할 경우, 각 피어의 VLAN 인터페이스의 IP를 설정하고 이 IP를 이용해 통신할 수 있다. 별도의 데이터 트래픽을 위한 인터페이스를 사용하면 해당 인터페이스를 L3 인터페이스로 구성해 이 인터페이스의 IP를 이용해 통신할 수 있다.
여기까지 기본 MC-LAG에 대한 설정이며 정리하면 다음과 같다.
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
