L4 vs L7 스위칭 장비

L4 vs L7 스위칭 장비

• L4와 L7 네트워크 장비는 OSI 모델의 4계층과 7계층에서 동작하는 장비로, 주로 트래픽 관리와 데이터 흐름 제어를 위한 역할을 합니다. 두 계층의 차이점과 각각의 기능에 대해 상세히 설명하겠습니다.

---

1. L4 네트워크 장비 (전송 계층)

1.1 정의:

• L4 장비는 OSI 모델의 전송 계층에서 작동하며, 주로 TCP/UDP 프로토콜을 기반으로 트래픽을 처리합니다.

1.2 기능:

1. 로드 밸런싱: L4 장비는 클라이언트 요청을 여러 서버에 분산시켜 서버의 부하를 균형 있게 조절합니다. 주로 IP 주소와 포트 번호를 기반으로 결정을 내립니다.
   1. 트래픽 관리: TCP 세션의 상태를 유지하고 세션을 관리하여 안정적인 연결을 제공합니다.
   2. 성능 최적화: 패킷 수준에서의 스위칭과 라우팅을 통해 지연을 최소화하고 성능을 향상시킵니다.

1.3 동작 방식:

• 네트워크 장비의 예시로는 L4 로드 밸런서를 들 수 있습니다. L4 로드 밸런서는 전송 계층에서 TCP 또는 UDP 트래픽을 관리하고 분산하는 역할을 합니다. 다음은 L4 로드 밸런서의 작동 방식에 대한 설명과 함께 간단한 다이어그램을 통해 시각적으로 나타낸 것입니다.

1.3.1 동작 방식

1. 클라이언트 요청: 클라이언트가 서버에 요청을 보냅니다.
2. 로드 밸런서: L4 로드 밸런서는 클라이언트의 요청을 수신하고, 내부 규칙에 따라 적절한 서버로 요청을 분산합니다.
3. 서버 응답: 선택된 서버가 요청을 처리하고 응답을 로드 밸런서로 반환합니다.
4. 응답 전달: 로드 밸런서는 클라이언트에게 서버의 응답을 전달합니다.

            +----------------+
            |  클라이언트       |
            +----------------+
                   |
                   | 요청
                   v
            +----------------+
            |   L4 로드        |
            |   밸런서         |
            +----------------+
              /       |       \
             /        |        \
            v         v         v
    +-------------+ +-------------+ +-------------+
    |   서버 1     | |   서버 2     | |   서버 3      |
    +-------------+ +-------------+ +-------------+
            |             |             |
            | 응답         | 응답         | 응답
            v             v             v
            +----------------+
            |   L4 로드       |
            |   밸런서         |
            +----------------+
                   |
                   | 응답
                   v
            +----------------+
            |  클라이언트       |
            +----------------+

1.3.2 특징

• 세션 유지: L4 로드 밸런서는 TCP 세션을 추적하여 연결을 유지합니다.
• 비용 효율성: 하드웨어 및 소프트웨어 솔루션 모두에서 사용 가능하며, 상대적으로 저렴하게 구축할 수 있습니다.
• 성능: 패킷 레벨에서 트래픽을 처리하므로 높은 성능과 빠른 응답 속도를 제공합니다.

이러한 방식으로 L4 로드 밸런서는 네트워크 성능을 향상시키고, 서버 부하를 효율적으로 관리할 수 있습니다.

1.4 장점:

• 상대적으로 빠른 속도와 낮은 오버헤드.
• 간단한 구성과 관리

1.5 단점:

• 트래픽의 내용을 이해할 수 없으므로, 더 정교한 제어는 어렵습니다.
• SSL 종료 등의 고급 기능을 지원하지 않음.

---

2. L7 네트워크 장비 (응용 계층)

2.1 정의:

• L7 장비는 OSI 모델의 응용 계층에서 작동하며, HTTP, FTP, SMTP 등 다양한 애플리케이션 프로토콜을 이해하고 처리할 수 있습니다.

2.2 기능:

1. 애플리케이션 로드 밸런싱: HTTP 요청의 URL, 쿠키, 헤더 등을 분석하여 더욱 세부적인 로드 밸런싱이 가능합니다.
2. 보안 기능: L7 장비는 SSL 종료, 웹 방화벽(WAF) 등 보안 기능을 통해 애플리케이션 레벨에서의 보안을 강화합니다.
3. 컨텐츠 전송: 사용자 요청에 따라 적절한 서버나 리소스를 선택하여 전송하는 기능을 제공합니다.
4. 트래픽 분석: 세부적인 트래픽 분석과 모니터링 기능을 통해 문제를 사전에 예방하고 최적의 성능을 유지할 수 있습니다.

2.3 동작방식:

• L7 네트워크 장비의 예시로는 L7 로드 밸런서를 들 수 있습니다.
• L7 로드 밸런서는 OSI 모델의 응용 계층에서 작동하며, HTTP, HTTPS, FTP 등 다양한 애플리케이션 프로토콜을 이해하고 처리할 수 있습니다.

2.3.1 동작 방식

1. 클라이언트 요청: 클라이언트가 웹 애플리케이션에 HTTP(S) 요청을 보냅니다.
2. 로드 밸런서: L7 로드 밸런서는 요청을 수신하고, 요청의 내용을 분석하여 적절한 서버로 분산합니다. 이 과정에서 URL, HTTP 헤더, 쿠키 등을 기반으로 결정합니다.
3. 서버 응답: 선택된 서버가 요청을 처리하고 응답을 로드 밸런서로 반환합니다.
4. 응답 전달: 로드 밸런서는 클라이언트에게 서버의 응답을 전달합니다.

2.3.2 Nginx

1. 클라이언트 요청: 클라이언트가 웹 애플리케이션에 HTTP 요청을 보냅니다. 예를 들어, 사용자가 브라우저에서 http://example.com/products를 요청합니다.
2. 로드 밸런서: Nginx가 HTTP 요청을 수신합니다. Nginx는 요청의 내용을 분석하여 적절한 서버로 요청을 전달합니다. 이 과정에서 다음과 같은 요소를 고려할 수 있습니다:
   • URL 경로: /products 경로를 요청한 경우, 제품 정보를 제공하는 서버로 요청을 보냄.
   • HTTP 헤더: 요청 헤더에 따라 요청을 적절히 처리하는 서버를 선택.
   • 쿠키: 이전 요청에 사용된 세션 쿠키에 따라 동일한 서버로 요청을 전송.
3. 서버 응답: 선택된 서버(예: 웹 애플리케이션 서버)가 요청을 처리하고 응답을 Nginx로 반환합니다. 예를 들어, 서버는 제품 목록을 HTML 형식으로 응답할 수 있습니다.
4. 응답 전달: Nginx는 서버의 응답을 클라이언트에게 전달합니다. 클라이언트는 웹 페이지를 성공적으로 표시하게 됩니다.

• 상태 유지: Nginx는 세션 유지 기능을 제공하여 클라이언트의 다음 요청이 동일한 서버로 전달되도록 설정할 수 있습니다.
• SSL 종료: Nginx는 SSL/TLS 암호화를 해제하고, 서버와의 통신을 평문으로 처리하여 서버의 부하를 줄입니다.
• 보안 기능: 악성 트래픽 차단, DoS 공격 방어 등 다양한 보안 기능을 통해 웹 애플리케이션을 보호합니다.
• 정교한 로드 밸런싱: 요청의 내용을 기반으로 서버를 선택할 수 있어, 더 효율적인 트래픽 분산이 가능합니다.

sudo apt install nginx # Nginx 설치
nginx -v # 설치 확인

sudo vi /etc/nginx/nginx.conf # Nginx 구성
---
http {
    upstream api_servers {
        server 192.168.1.10;
        server 192.168.1.11;
    }

    upstream web_servers {
        server 192.168.1.12;
        server 192.168.1.13;
    }

    server {
        listen 80;

        location /api/ {
            proxy_pass http://api_servers;
        }

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

---

sudo systemctl start nginx # 서비스 시작 
sudo systemctl enable nginx # 서비스 활성화
sudo systemctl status nginx # 서비스 상태

2.3.3 HAproxy

1. 클라이언트 요청: 클라이언트가 웹 애플리케이션에 HTTP 요청을 보냅니다. 예를 들어, 사용자가 브라우저에서 http://example.com/api/v1/users를 요청합니다.
2. 로드 밸런서: HAProxy는 요청을 수신하고, 설정된 규칙에 따라 적절한 서버로 요청을 전달합니다. HAProxy는 다음과 같은 요소를 분석하여 서버를 선택합니다:
   • URL 경로: 요청된 URL(/api/v1/users)에 따라 해당 API를 처리할 수 있는 서버를 선택.
   • HTTP 헤더: 클라이언트의 요청 헤더를 분석하여 요청을 적절히 처리하는 서버로 분배.
   • 세션 쿠키: 이전 요청에 사용된 세션 쿠키에 기반하여 세션 유지를 위해 동일한 서버에 요청을 전달.
3. 서버 응답: 선택된 서버(예: 사용자 데이터를 제공하는 서버)가 요청을 처리하고 응답을 HAProxy로 반환합니다. 서버는 JSON 형식의 사용자 데이터를 포함한 응답을 보낼 수 있습니다.
4. 응답 전달: HAProxy는 서버의 응답을 클라이언트에게 전달합니다. 클라이언트는 사용자 정보를 성공적으로 표시합니다.

sudo apt install haproxy # 설치
haproxy -v # Version 확인
sudo vi /etc/haproxy/haproxy.cfg # 설정 파일 변경
---
global
    log /dev/log    local0
    log /dev/log    local1 notice
    chroot /var/lib/haproxy
    stats socket /run/haproxy/admin.sock mode 660 level admin
    stats timeout 30s
    user haproxy
    group haproxy
    daemon

defaults
    log     global
    option  httplog
    option  dontlognull
    timeout connect 5000ms
    timeout client  50000ms
    timeout server  50000ms

frontend http_front
    bind *:80
    acl url_api path_beg /api/v1
    use_backend api_servers if url_api
    default_backend web_servers

backend api_servers
    server api_server1 192.168.1.10:80 check
    server api_server2 192.168.1.11:80 check

backend web_servers
    server web_server1 192.168.1.12:80 check
    server web_server2 192.168.1.13:80 check

---

sudo systemctl start haproxy # 서비스 시작 
sudo systemctl enable haproxy # 서비스 활성화

sudo systemctl status haproxy # 서비스 상태 확인

2.4 장점:

• 높은 수준의 트래픽 관리와 제어 기능.
• 세부적인 로드 밸런싱과 보안 정책 적용 가능.

2.5 단점:

• 상대적으로 높은 오버헤드와 지연.
• 복잡한 설정과 관리가 필요할 수 있음.

---

결론

L4와 L7 장비는 각기 다른 용도와 기능을 가지고 있으며, 네트워크 환경과 요구사항에 따라 적절히 선택하여 사용해야 합니다. L4 장비는 속도와 단순성을 중시할 때 적합하고, L7 장비는 세부적인 트래픽 관리와 보안이 필요할 때 유리합니다. 이러한 장비들은 현대의 복잡한 네트워크 인프라에서 필수적인 요소로 자리잡고 있습니다.