🚀 한 서버에서 수백만 명의 사용자까지: 로드 밸런싱 실용 가이드 ⚖️

Source: Dev.to

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로드 밸런싱이 중요한 이유

• 컴퓨터는 한계가 있다 – 단일 서버가 과부하가 걸리거나, 느려지거나, 충돌할 수 있다.
• 트래픽이 고르지 않다 – 급증이 단일 인스턴스를 압도할 수 있다.
• 장애는 불가피하다 – 하드웨어 또는 소프트웨어 문제가 발생한다.

로드 밸런싱은 들어오는 요청을 여러 서버에 분산시켜 단일 서버가 장애 지점이 되지 않도록 한다.

Users → Load Balancer → Server A   Server B   Server C

로드 밸런서는 “두뇌 + 트래픽 경찰” 역할을 하며 런타임에 다음 작업을 수행한다:

1. 클라이언트 요청을 받는다.
2. 사용 가능한 서버를 확인한다.
3. 라우팅 알고리즘을 적용한다.
4. 요청을 전달한다.
5. 서버 상태를 모니터링한다.
6. 실패한 서버를 자동으로 제거한다.

이러한 단계는 초당 수백만 번 발생한다.

로드 밸런싱을 사용해야 할 경우

• 고트래픽 플랫폼 (예: Netflix, Amazon 판매, 소셜 미디어 피드)
• 하나의 서버에서 다수 서버로 수평 확장
• 서버가 다운될 때 자동 페일오버 (다운타임 없음)
• 가장 빠르거나 가장 가까운 서버로 라우팅 (전 세계 사용자)
• API, 머신러닝 추론, 데이터 처리
• TCP/UDP 서비스 (매우 빠르고, 지능적이지 않음)
• URL 경로, 헤더, 쿠키 기반 라우팅이 필요한 HTTP/HTTPS 서비스

알고리즘 및 작동 방식

일반적인 관행: Least Connections를 건강 체크와 결합합니다.

인기 구현

• 물리적 어플라이언스 – 매우 빠르고 비싸며 은행 및 통신사에서 사용됩니다.
• 소프트웨어 솔루션 – 표준 머신에서 실행됩니다:
  • NGINX
  • HAProxy
  • Envoy
• 관리형 클라우드 로드 밸런서:
  • AWS – ELB / ALB / NLB
  • Google Cloud – Cloud Load Balancing
  • Azure – Azure Load Balancer

장점

• 자동 스케일링 및 내장 중복성
• 간단한 설정; DNS가 전 세계 트래픽에 대해 다른 IP를 반환할 수 있음
• 헬스 체크(GET /health)가 비정상 인스턴스를 자동으로 회전에서 제외합니다.

예시: 최소 연결 수를 사용하는 NGINX

// server.js (Node.js)
const http = require("http");

const PORT = process.env.PORT;
const NAME = process.env.NAME;

http.createServer((req, res) => {
  res.end(`Hello from ${NAME}\n`);
}).listen(PORT, () => {
  console.log(`${NAME} running on port ${PORT}`);
});

세 인스턴스를 실행합니다:

PORT=3001 NAME=Server-A node server.js
PORT=3002 NAME=Server-B node server.js
PORT=3003 NAME=Server-C node server.js

NGINX 설정:

http {
    upstream backend_servers {
        least_conn;
        server localhost:3001;
        server localhost:3002;
        server localhost:3003;
    }

    server {
        listen 80;

        location / {
            proxy_pass http://backend_servers;
        }
    }
}

설명: upstream은 서버 풀을 정의하고, least_conn은 가장 적은 활성 연결을 가진 서버를 선택하며, NGINX는 트래픽을 자동으로 분산합니다.

IP 해시를 이용한 스티키 세션

upstream backend_servers {
    ip_hash;
    server localhost:3001;
    server localhost:3002;
}

결과: 동일한 클라이언트 IP가 일관되게 같은 백엔드로 라우팅되어 로그인한 사용자에게 유용합니다.

로드 밸런서 + 자동 스케일링

• 수요에 따라 서버를 동적으로 추가하거나 제거합니다.
• 과부하를 방지하고 수동 개입 없이 성장에 대응합니다.
• 트리거 기반으로 작동할 수 있습니다(예: CPU 사용량, 요청 지연 시간).

실제 배포 사례

• AWS & Kubernetes: Ingress 컨트롤러 + 서비스.
• Netflix: 다계층 접근 방식 – DNS → 가장 가까운 지역 → 엣지 로드 밸런서(CDN) → 지역 로드 밸런서 → 서비스 간 로드 밸런싱.
• 마이크로서비스: 서비스 메시 로드 밸런싱(예: Istio, Linkerd).

각 요청은 일반적으로 다음과 같은 흐름을 따릅니다:

User → DNS → Load Balancer → Service → Cache → Stream

보안 기능

• SSL/TLS 종료
• 백엔드 IP 숨기기
• 속도 제한
• DDoS 완화
• 웹 애플리케이션 방화벽 (WAF) 통합

단일 장애 지점을 피하십시오: 다중 로드 밸런서를 배포하거나 중복성을 제공하는 관리형 서비스를 사용하십시오.

Conclusion

오늘날 분산된 세계에서 로드 밸런싱은 더 이상 최적화가 아니라 필수입니다. 작은 웹 앱을 제공하든 수백만 사용자를 보유한 글로벌 플랫폼을 운영하든, 효과적인 로드 밸런싱은 복원력, 성능 및 확장성을 보장합니다. 적절한 알고리즘을 선택하고, 헬스 체크를 구성하며, 올바른 인프라(소프트웨어, 하드웨어 또는 관리형 클라우드 서비스)를 활용함으로써 시스템은 트래픽 급증을 처리하고, 장애를 견디며, 중단 없이 성장할 수 있습니다. 로드 밸런싱을 마스터하는 것은 압박 속에서도 소프트웨어를 살아 있게 유지하려는 모든 시스템 엔지니어에게 필수적입니다.

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