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L4 기반 로드밸런싱 개념

spnewchall 2025. 8. 2. 08:33

인터넷 환경에서 수많은 사용자 요청이 동시에 웹 서버로 유입될 때, 단일 서버로 모든 요청을 처리하는 데에는 한계가 있습니다. 이럴 때 사용하는 기술이 바로 로드밸런싱(Load Balancing)입니다. 특히 L4 스위치는 전송 계층에서 포트 번호와 프로토콜 정보를 분석하여, 동일한 서비스 요청을 여러 서버로 분산시켜 서비스의 안정성과 속도를 높여주는 역할을 합니다.

이번 글에서는 L4 기반의 로드밸런싱 개념부터 실무 구성 흐름까지, 실제 네트워크 환경에서 활용할 수 있도록 쉽게 정리해드리겠습니다.

L4 기반 로드밸런싱 개념

로드밸런싱이란 무엇인가요?

로드밸런싱은 하나의 서비스에 대한 다수의 요청을 여러 대의 서버로 분산하여 처리하는 기술입니다. 가장 대표적인 사례는 웹 서비스입니다. 수천 명의 사용자가 동시에 홈페이지에 접속할 경우, 트래픽을 여러 웹 서버로 나누어 처리해야 성능 저하 없이 안정적인 서비스를 제공할 수 있습니다.

로드밸런싱은 크게 두 가지 방식으로 나뉩니다.

  • L4 기반: TCP/UDP 포트를 기준으로 세션 분산
  • L7 기반: URL, 쿠키, 애플리케이션 헤더 기준 분산

L4 기반 로드밸런싱은 비교적 단순하면서도 빠르게 동작하기 때문에 웹 서버, DB 서버, 게임 서버 등 다양한 환경에서 폭넓게 활용됩니다.

L4 로드밸런싱의 동작 원리

L4 스위치는 클라이언트 요청이 들어오면 TCP 또는 UDP 포트 정보를 기준으로 내부 서버 중 하나를 선택하여 요청을 전달합니다. 일반적으로 다음과 같은 방식으로 동작합니다.

  1. 클라이언트는 서비스 IP로 접속 (예: 203.0.113.10)
  2. L4 스위치는 해당 IP에 연결된 실제 서버 IP 목록을 조회
  3. 로드밸런싱 알고리즘에 따라 하나의 서버를 선택
  4. 선택된 서버로 TCP 세션을 전달
  5. 응답은 L4 스위치를 거쳐 클라이언트에 전달

이 과정을 통해 사용자 입장에서는 단일 IP로 접속하지만, 내부적으로는 여러 서버가 번갈아가며 요청을 처리하게 됩니다.

주요 로드밸런싱 알고리즘

L4 로드밸런서에서 사용하는 주요 알고리즘은 다음과 같습니다.

  • Round Robin: 순차적으로 서버에 분배
  • Least Connection: 접속 수가 가장 적은 서버에 전달
  • Source IP Hash: 동일 클라이언트가 항상 같은 서버에 연결

각 알고리즘은 환경에 따라 선택적으로 사용되며, 세션 유지를 고려할 경우 IP 기반 해시가 많이 사용됩니다.

Cisco 장비에서 기본 NAT 구성 예시

L4 스위치는 종종 NAT(주소 변환) 기능을 활용하여 로드밸런싱을 구현합니다. 아래는 Cisco 장비에서 간단한 Static NAT 구성 예시입니다.

Switch# configure terminal
Switch(config)# interface vlan 30
Switch(config-if)# ip address 203.0.113.10 255.255.255.0

Switch(config)# ip nat inside source static 192.168.10.10 203.0.113.10
Switch(config)# ip nat inside source static 192.168.10.11 203.0.113.10

이 구성은 외부에서 접속하는 203.0.113.10 IP를 내부 서버 192.168.10.10과 192.168.10.11로 분산시키는 구조입니다. 실제 L4 로드밸런서는 이보다 더 복잡한 세션 테이블과 알고리즘을 바탕으로 동작합니다.

구성 흐름도 예시

다음은 로드밸런싱 구성 흐름을 간단히 요약한 것입니다.

  1. L4 스위치에 VIP(Virtual IP) 설정
  2. VIP와 연결된 Real Server 목록 구성
  3. 알고리즘 설정 (Round Robin, Least Connection 등)
  4. 트래픽 전달 및 응답 경로 확인

실무에서는 L4 스위치 장비(A10, F5, Fortinet 등)를 사용하여 GUI 또는 CLI 기반으로 위 설정을 진행합니다.

실무 적용 시 주의사항

  • 서버 상태 체크 기능(Health Check)이 반드시 필요합니다
  • 세션 유지(Session Persistence)가 필요한 서비스는 알고리즘 선택 주의
  • 로드밸런서 장애 시를 대비한 이중화 구성(Failover)이 필수입니다

일부 장비는 L4와 L7 기능을 혼합 지원하며, SSL 오프로딩 등 추가 기능도 제공합니다. 하지만 복잡해질수록 구성 오류 위험도 커지기 때문에 사전에 충분한 테스트와 문서화가 필요합니다.

 

L4 기반 로드밸런싱은 단순한 스위치 기능을 넘어서, 트래픽 제어와 서비스 고가용성을 동시에 달성할 수 있는 강력한 솔루션입니다. 특히 트래픽이 많고 사용자 수가 많은 환경에서는 필수적으로 고려되어야 할 기술입니다.

이 글에서 소개한 개념과 구성을 바탕으로, 귀사의 서비스 환경에 맞는 로드밸런싱 전략을 설계해 보시기 바랍니다.