DevOps 지식 허브
DevOps 지식 허브

고가용성을 위한 Nginx 로드 밸런싱 전략

Nginx 로드 밸런싱으로 웹 애플리케이션의 고가용성을 달성하는 방법을 알아보세요. 이 가이드에서는 Round Robin, Weighted Round Robin, Least-Connected, IP Hash를 포함한 필수 Nginx 로드 밸런싱 전략을 살펴봅니다. 실용적인 구성 예제를 살펴보고, 헬스 체크 메커니즘을 이해하며, 다양한 트래픽 부하 속에서 애플리케이션이 계속 액세스 가능하고 성능을 유지하도록 모범 사례를 구현하세요.

61 조회수

고가용성을 위한 Nginx 로드 밸런싱 전략

오늘날의 디지털 환경에서는 웹 애플리케이션의 지속적인 가용성과 성능을 보장하는 것이 무엇보다 중요합니다. 다운타임은 수익 손실, 평판 손상, 사용자 불만으로 이어질 수 있습니다. 로드 밸런싱은 여러 백엔드 서버에 걸쳐 들어오는 네트워크 트래픽을 분산하여 고가용성을 달성하는 중요한 기술입니다. 강력하고 인기 있는 웹 서버 및 리버스 프록시인 Nginx는 인프라의 안정성과 확장성을 크게 향상시킬 수 있는 강력한 로드 밸런싱 기능을 제공합니다.

이 글에서는 Nginx 로드 밸런싱의 핵심 개념을 살펴보고 다양한 전략과 실제 적용 사례를 탐구합니다. 다양한 로드 밸런싱 방법에 대한 Nginx 구성을 다루고, 최적의 성능을 위한 모범 사례를 논의하며, 이러한 솔루션을 효과적으로 구현하는 데 도움이 되는 예제를 제공합니다. Nginx의 로드 밸런싱 기능을 이해하고 활용함으로써 더욱 복원력 있고 확장 가능한 웹 애플리케이션을 구축할 수 있습니다.

로드 밸런싱 이해

로드 밸런싱의 핵심은 클라이언트 요청을 서버 풀로 지능적으로 라우팅하는 것입니다. 단일 서버가 모든 트래픽을 처리하는 대신 여러 서버가 협력하여 작동합니다. 이는 몇 가지 주요 이점을 제공합니다.

  • 고가용성: 한 서버에 장애가 발생해도 다른 서버가 계속 요청을 처리할 수 있어 다운타임을 최소화하거나 제거할 수 있습니다.
  • 확장성: 트래픽이 증가하면 풀에 더 많은 서버를 추가하여 로드를 처리할 수 있습니다.
  • 성능: 트래픽을 분산하면 단일 서버가 과부하되는 것을 방지하여 응답 시간이 빨라집니다.
  • 안정성: 단일 실패 지점을 제거하여 애플리케이션이 더욱 강력해집니다.

Nginx는 로드 밸런싱 설정에서 리버스 프록시 역할을 합니다. 들어오는 클라이언트 요청을 수신하고 구성된 알고리즘에 따라 사용 가능한 백엔드 서버 중 하나로 전달합니다. 또한 백엔드 서버의 응답을 받아 클라이언트에게 다시 보내므로 최종 사용자에게는 프로세스가 투명하게 처리됩니다.

Nginx 로드 밸런싱 지시문

Nginx는 구성 파일(일반적으로 nginx.conf 또는 여기서 포함된 파일) 내에서 특정 지시문을 사용하여 업스트림 서버 그룹과 해당 로드 밸런싱 동작을 정의합니다.

upstream 블록

upstream 블록은 Nginx가 트래픽을 분산할 서버 그룹을 정의하는 데 사용됩니다. 이 블록은 일반적으로 http 컨텍스트에 배치됩니다.

http {
    upstream my_backend_servers {
        # 서버 구성은 여기에
    }

    server {
        listen 80;
        server_name example.com;

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

upstream 블록 내에서 server 지시문을 사용하여 백엔드 서버를 나열하고 IP 주소 또는 호스트 이름과 포트를 지정합니다.

upstream my_backend_servers {
    server backend1.example.com;
    server backend2.example.com;
    server 192.168.1.100:8080;
}

proxy_pass 지시문

location 블록 내에서 사용되는 proxy_pass 지시문은 정의한 upstream 그룹을 가리킵니다. 그러면 Nginx는 구성된 로드 밸런싱 알고리즘을 사용하여 각 요청에 대해 이 그룹의 서버를 선택합니다.

Nginx 로드 밸런싱 알고리즘

Nginx는 트래픽 분산에 대한 고유한 접근 방식을 가진 여러 로드 밸런싱 알고리즘을 지원합니다. 기본 알고리즘은 라운드 로빈입니다.

1. 라운드 로빈 (기본값)

라운드 로빈에서 Nginx는 upstream 그룹의 각 서버에 요청을 순차적으로 분산합니다. 각 서버는 시간이 지남에 따라 동일한 양의 로드를 받습니다. 구현이 간단하고 동일한 서버에 효과적이며 가장 일반적으로 사용되는 방법입니다.

구성:

upstream my_backend_servers {
    server backend1.example.com;
    server backend2.example.com;
    server backend3.example.com;
}

장점:
* 구현 및 이해가 간단합니다.
* 서버 용량이 비슷한 경우 로드를 균등하게 분산합니다.

단점:
* 서버 로드 또는 응답 시간을 고려하지 않습니다. 느린 서버가 여전히 요청을 받을 수 있습니다.

2. 가중치 라운드 로빈

가중치 라운드 로빈을 사용하면 각 서버에 가중치를 할당할 수 있습니다. 가중치가 높은 서버는 비례적으로 더 많은 트래픽을 받습니다. 이는 용량이 다른 서버(예: 더 강력한 하드웨어)가 있는 경우 유용합니다.

구성:

upstream my_backend_servers {
    server backend1.example.com weight=3;
    server backend2.example.com weight=1;
}

이 예에서 backend1.example.com은 backend2.example.com보다 3배 더 많은 요청을 받습니다.

장점:
* 서버 용량에 따라 로드 밸런싱할 수 있습니다.

단점:
* 여전히 실시간 서버 로드를 고려하지 않습니다.

3. 최소 연결

최소 연결 알고리즘은 가장 적은 활성 연결이 있는 서버로 요청을 라우팅합니다. 이 방법은 각 서버의 현재 로드를 고려하므로 더 동적입니다.

구성:

최소 연결을 활성화하려면 upstream 블록에 least_conn 매개변수를 추가하기만 하면 됩니다.

upstream my_backend_servers {
    least_conn;
    server backend1.example.com;
    server backend2.example.com;
    server backend3.example.com;
}

장점:
* 현재 서버 로드를 고려하여 로드를 더 지능적으로 분산합니다.
* 연결 지속 시간이 다양한 애플리케이션에 좋습니다.

단점:
* 연결 수가 빠르게 변동하는 경우 관리가 약간 더 복잡할 수 있습니다.

4. IP 해시

IP 해시를 사용하면 Nginx는 클라이언트 IP 주소의 해시를 기반으로 요청을 처리할 서버를 결정합니다. 이를 통해 동일한 클라이언트 IP 주소의 요청이 일관되게 동일한 백엔드 서버로 전송됩니다. 이는 공유 세션 저장소를 사용하지 않고 세션 지속성(고정 세션)에 의존하는 애플리케이션에 중요합니다.

구성:

upstream 블록에 ip_hash 매개변수를 추가합니다.

upstream my_backend_servers {
    ip_hash;
    server backend1.example.com;
    server backend2.example.com;
}

장점:
* 즉시 세션 지속성을 제공합니다.

단점:
* 많은 클라이언트가 단일 IP 주소(예: NAT 게이트웨이 뒤)를 공유하는 경우 불균등한 로드 분산으로 이어질 수 있습니다.
* 서버에 장애가 발생하면 해당 서버에 해시된 모든 클라이언트가 서버가 다시 온라인 상태가 되거나 해시가 다시 계산될 때까지 영향을 받습니다(Nginx가 재라우팅을 시도하지만).

5. 일반 해시

IP 해시와 유사하게 일반 해시는 해싱 키를 지정할 수 있습니다. 이 키는 $request_id, $cookie_jsessionid와 같은 변수 또는 변수의 조합일 수 있습니다. 이를 통해 세션 지속성 또는 특정 요청 속성을 기반으로 라우팅하는 데 더 많은 유연성을 제공합니다.

구성:

upstream my_backend_servers {
    hash $remote_addr consistent;
    server backend1.example.com;
    server backend2.example.com;
}

hash와 함께 consistent를 사용하면 서버 집합이 변경될 때 키 재배포를 최소화하는 일관된 해싱을 구현합니다.

장점:
* 사용자 정의 라우팅 로직에 대한 높은 유연성을 제공합니다.
* 서버 변경 중에 더 나은 안정성을 위해 일관된 해싱을 지원합니다.

단점:
* 해싱 키를 신중하게 선택해야 합니다.

상태 확인 및 서버 상태

진정한 고가용성을 위해서는 Nginx가 어떤 백엔드 서버가 정상 상태이고 사용 가능한지 알아야 합니다. Nginx는 서버 상태를 모니터링하고 비정상 서버를 풀에서 자동으로 제외하는 메커니즘을 제공합니다.

max_fails 및 fail_timeout

upstream 블록 내의 server 지시문에 추가되는 이러한 매개변수는 Nginx가 실패한 서버를 처리하는 방법을 제어합니다.

  • max_fails: 지정된 fail_timeout 기간 내에 서버와의 통신 시도가 실패한 횟수입니다. max_fails번 실패하면 해당 서버는 사용할 수 없는 것으로 표시됩니다.
  • fail_timeout: 서버를 사용할 수 없는 것으로 간주하는 기간입니다. 이 기간이 지나면 Nginx는 다시 상태를 확인합니다.

구성:

upstream my_backend_servers {
    server backend1.example.com max_fails=3 fail_timeout=30s;
    server backend2.example.com max_fails=3 fail_timeout=30s;
}

이 예에서 backend1.example.com이 30초 내에 세 번 응답하지 못하면 임시로 풀에서 제외됩니다. Nginx는 30초 후에 상태를 다시 확인합니다.

backup 매개변수

backup 매개변수는 서버를 백업으로 지정합니다. upstream 그룹의 다른 모든 활성 서버를 사용할 수 없는 경우에만 트래픽을 받습니다.

구성:

upstream my_backend_servers {
    server backend1.example.com;
    server backend2.example.com;
    server backup.example.com backup;
}

backend1과 backend2가 다운되면 backup.example.com이 대신 처리합니다.

Nginx Plus 상태 확인

기본 상태 확인 메커니즘은 유용하지만 Nginx Plus(상용 버전)는 더 발전된 내장형 활성 상태 확인 기능을 제공합니다. 백엔드 서버에 주기적으로 요청을 보내 상태를 확인하므로 더 안정적인 모니터링과 빠른 장애 조치를 제공합니다.

실제 구성 예제

이러한 개념을 일반적인 시나리오에 적용해 보겠습니다.

시나리오 1: 간단한 라운드 로빈 로드 밸런싱

두 개의 동일한 웹 서버에 트래픽 분산.

구성:

http {
    upstream web_servers {
        server 10.0.0.10;
        server 10.0.0.11;
    }

    server {
        listen 80;
        server_name yourdomain.com;

        location / {
            proxy_pass http://web_servers;
            proxy_set_header Host $host;
            proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
            proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
            proxy_set_header X-Forwarded-Proto $scheme;
        }
    }
}

설명:
* upstream web_servers: web_servers라는 그룹을 정의합니다.
* server 10.0.0.10; 및 server 10.0.0.11;: 백엔드 서버를 지정합니다.
* proxy_pass http://web_servers;: web_servers 업스트림 그룹으로 트래픽을 보냅니다.
* proxy_set_header: 이러한 지시문은 백엔드 서버에 원래 클라이언트 정보를 전달하는 데 중요하며, 이는 로깅 또는 애플리케이션 로직에 필요한 경우가 많습니다.

시나리오 2: 세션 지속성을 사용한 로드 밸런싱 (IP 해시)

사용자가 동일한 백엔드 서버에 계속 연결되도록 보장하며, 로컬에 세션 데이터를 저장하는 애플리케이션에 유용합니다.

구성:

http {
    upstream app_servers {
        ip_hash;
        server 192.168.1.50:8000;
        server 192.168.1.51:8000;
    }

    server {
        listen 80;
        server_name api.yourdomain.com;

        location / {
            proxy_pass http://app_servers;
            # ... 기타 proxy_set_header 지시문 ...
        }
    }
}

시나리오 3: 가중치 로드 밸런싱과 장애 조치

더 강력한 서버로 더 많은 트래픽을 보내고 백업을 준비합니다.

구성:

http {
    upstream balanced_app {
        server app_server_1.local weight=5;
        server app_server_2.local weight=2;
        server app_server_3.local backup;
    }

    server {
        listen 80;
        server_name staging.yourdomain.com;

        location / {
            proxy_pass http://balanced_app;
            # ... 기타 proxy_set_header 지시문 ...
        }
    }
}

여기서 app_server_1.local은 트래픽의 5부분을 받고, app_server_2.local은 2부분을 받고, app_server_3.local은 다른 두 서버가 사용할 수 없을 때만 요청을 처리합니다.

모범 사례 및 팁

  • proxy_set_header 사용: Host, X-Real-IP, X-Forwarded-For, X-Forwarded-Proto와 같은 헤더를 항상 설정하여 백엔드 애플리케이션이 원래 클라이언트의 세부 정보를 알 수 있도록 합니다.
  • Nginx 최신 상태 유지: 보안 및 성능 개선을 위해 안정적이고 최신 버전의 Nginx를 실행하고 있는지 확인합니다.
  • 백엔드 서버 모니터링: Nginx의 내부 상태 확인 외에 외부 모니터링 도구를 구현합니다. Nginx는 서버에 접근할 수 있는지만 알 뿐, 서버의 애플리케이션이 제대로 작동하는지는 알 수 없습니다.
  • Nginx Plus 고려: 중요한 애플리케이션의 경우 Nginx Plus는 활성 상태 확인, 세션 지속성, 라이브 활동 모니터링과 같은 고급 기능을 제공하여 관리 단순화 및 복원력 향상에 도움이 됩니다.
  • DNS 로드 밸런싱: 초기 트래픽 분산 및 지리적 로드 밸런싱을 위해 트래픽이 Nginx 인스턴스에 도달하기 전에 DNS 로드 밸런싱을 사용하는 것을 고려하십시오.
  • SSL 종료: 백엔드 서버의 SSL 처리 부담을 덜기 위해 로드 밸런서(Nginx)에서 SSL을 종료할 수 있습니다.

결론

Nginx는 강력한 로드 밸런싱 전략을 구현할 수 있는 강력하고 유연한 플랫폼을 제공합니다. 라운드 로빈, 가중치 라운드 로빈, 최소 연결, IP 해시와 같은 다양한 알고리즘을 이해하고 upstream, server, proxy_pass와 같은 지시문을 활용하면 트래픽을 효과적으로 분산하고 애플리케이션 가용성을 향상하며 전반적인 성능을 개선할 수 있습니다. 상태 확인과 모범 사례를 고려하여 로드 밸런싱된 인프라가 진정으로 복원력이 있는지 확인하십시오.

이러한 Nginx 로드 밸런싱 기술을 구현하는 것은 확장 가능하고 고가용성이 뛰어난 웹 애플리케이션을 구축하기 위한 중요한 단계입니다. 애플리케이션의 요구 사항에 가장 적합한 알고리즘을 선택하는 것부터 시작하고 모니터링 및 성능 분석에 따라 구성을 점진적으로 개선하십시오.