[Network] 이중화 기술

서버가 잘 굴러가기 위해서는 어떤 요소가 필요할까? 깔끔한 코드도, 획기적인 기획도 모두 중요한 요소이겠지만, 사실 가장 근본이 되는 것은 네트워크 인프라이다. 비즈니스에는 Time-to-Market (TTM, 제품이 개발되고 실제로 '판매'되기까지 걸리는 시간) 이라는 것이 존재하는데, TTM 이 길어질수록 손실이 발생하게 된다. 따라서 이를 줄이기 위한 방법을 찾게 되는데, 여기에 가장 큰 영향을 미치는 것이 바로 인프라의 가용성, 연속성, 안정성이다. 어려운 말 같아 보이지만, 결국 인프라가 끊기지 않고 계속 공급되는 것이 중요하다는 것이다.

 

이때, "끊기지 않고" 에 가장 치명적일 수 있는 것이 SPoF (Single Point of Failure, 단일 장애점) 이다. SPoF 는 시스템 구성 요소 하나가 동작하지 않으면 전체 시스템이 중단되는 요소인데, SPoF 으로 인해 서비스가 중단된 대표적인 사례를 다음 글에서 확인할 수 있다.

 

10월 4일자 페이스북 장애 원인 파헤치기

 

SPoF 없이 인프라를 안정적으로 유지해주는 요소중 하나가 이중화이다. 이중화가 무엇이며, 어떤 기술들이 활용되는지 알아보도록 하자. 

 

✨  이중화 기술이란? 

이중화란, 시스템의 장애를 대비하는 등 안정성을 강화하기 위해 같은 시스템을 두 벌 또는 그 이상으로 만들어 두고 하나의 시스템에 장애가 생겼을 때 즉시 다른 시스템으로 전환되도록 만들어진 구조이다. 모든 인프라에 이중화를 고려해야 특정 지점에 문제가 발생하더라도, 서비스를 계속 제공할 수 있다. 즉, Fault Tolerance (장애 허용, 특정 인프라에 장애가 발생해도 서비스를 계속 제공할 수 있는 것) 가 가능해진다는 것이다. 

 

이중화 시스템 예시 

 

이중화는 구체적으로 두 가지 구조로 운영된다. 

 

📍 액티브-액티브 (Active-Active)

동일한 두 벌의 시스템을 같이 운영하는 형태이며, 하나의 시스템에 장애가 생기면 장애가 발생하지 않은 나머지 하나의 시스템으로만 가동한다. 장점은 처리 가능한 전체 용량이 증가한다는 것이며, 단점은 장애 발생 시 용량이 절반으로 줄어들어 서비스가 정상적으로 작동하지 않을 수 있다는 것과 초기 구성 복잡하며, 운영 비용이 높다는 것이다. 

 

📍 액티브-스탠바이 (Active-Standby)

동일한 두 벌의 시스템을 만들어 두되, 하나의 시스템으로만 운영하며, 운영 시스템에 장애가 발생할 경우 다른 시스템으로 즉시 전환한다. 단점은 자원의 비효율성 (하나는 항상 대기 상태에 놓임) 이 발생할 수 있다는 것이다. 

 

AWS 가 자연 재해에 대응하는 방법

물리적으로 같은 위치에 서버나 시스템 이중화를 한다면 전력 문제나 재난 상황에서 데이터 손실이 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위해 AWS 에서는 여러 개의 가용 영역 설치한다. 즉, 물리적으로 떨어져있는 영역인 Availibility Zone 을 운용하고 있다. 하나의 리전에서도 여러 가용 영역 (AZ) 에 자원을 복제함으로써 고가용성을 보장한다. 
 
한국에는 현재 총 4개의 zone이 있으며 이를 논리적인 단위 AZ-a, AZ-b, AZ-c, AZ-d 로 구분하고 있다. 

출처: AWS (https://aws.amazon.com/ko/blogs/korea/aws-ready-for-the-next-storm/)

 

이중화를 구성하는 기술에는 LACP, MC-LAG, 게이트웨이 이중화 등의 기술이 있지만, 이번 글에서는 LACP 만 다룬다. 

 

✨  LACP 

LACP (Link Aggregation Control Protocol) 는 IP 번들링으로도 불리는 기술이다. LACP 는 여러개의 물리적 포트들을 묶어서 하나의 논리적인 포트로 동작하게 만드는 기술, 즉 상호호환 가능한 연결 계층을 표준화하는 것이며, 이를 통해 대역폭 (bandwitch) 을 늘리는 것이 핵심이다.

 

💡 대역폭
일정한 시간 내에 데이터 연결을 통과할 수 있는 정보량의 척도, 초당 비트로 표현

LACP 예시 : 100Mbps + 100Mbps = 200Mbps 로 활용 가능 

 

LACP 의 목적은 크게 1) 링크 사용률 향상, 그리고 2) 장애 회복률 향상이 있으며, 앞서 언급한 이중화 구조 중 액티브 - 액티브 구조를 취하도록 한다. 따라서 1번 + 2번 링크를 연결해 사용하다가, 1번 링크가 끊어지게 되면 2번 링크만을 이용하게 된다. 

 

❗ 주의사항:

대역폭 산정 시 두 개의 논리적 링크에 필요한 전체 대역폭을 나눠서 배분하면 안 된다. 한 쪽에 장애가 발생해 모든 서비스를 다른 한 쪽으로 이용하게 될 때 사용 가능한 대역폭을 초과해 추가 장애가 발생할 수 있기 때문이다. (Ex. 서비스 이용에 필요한 대역폭이 2G 라면 각 링크에 2G 이상의 대역폭을 확보해 두어야 하며, 1G + 1G 로 확보해 두면 안 된다) 

 

또한, 묶이는 물리 인터페이스들의 속도가 동일해야 한다. 1G - 1G 인터페이스 간의 LACP 연결은 가능하나, 1G - 10G 간의 인터페이스에는 불가능하다.  

 

최대 8개의 포트 쌍 (총 16개) 까지 연결 가능하며, 연결되는 포트는 늘 짝수로 유지되어야 한다. 

 

 

📍 동작 방식

LACP 는 기본적으로 LACPDU (LACP Data Unit) 라는 프레임 사용해서 연결을 성립한다. LACPDU 에는 LACP 구성을 위한 출발지 주소, 목적지 주소, 타입, 서브 타입, 버전 정보가 포함되어 있다.

 

LACP 를 설정할 때 두 가지 모드 중 하나를 택할 수 있다. 

액티브 : 먼저 LACPDU 송신, 상대방이 LACP 설정된 경우 LACP 구성

패시브 : 항상 대기상태에 있다가 LACPDU 를 수신, 응답을 보내서 LACP 구성

패시브는 먼저 요청을 보내지 않기 때문에 패시브-패시브 인터페이스 간의 연결은 불가능하다. 물론 액티브-패시브, 액티브-액티브 간의 연결은 가능하다.

 

LACP 연결이 성립되는 과정은 다음과 같다.

1. 액티브 -> 패시브에 LACPDU 송신 (정보 포함)

2. 패시브 -> 액티브 ok 송신 

3. 액티브 쪽에서 연결 성립 

4. 액티브 + 패시브 만큼의 대역폭 사용 

 

서버의 인터페이스를 하나의 논리 포트로 묶는 본딩 (bonding) , 티밍 (teaming) 기술은 각 서버 OS 에서 설정할 수 있다. 

 

 

✨ 참고자료

• Time To Market 이란 무엇인가? 
• 이중화
• LACP 개념 및 동작원리 , 설정 , 장.단점