쿠버네티스의 로드밸런서 학습하기 (nginx)

학습하게 된 계기

쿠버네티스 학습을 위해 aws 인스턴스 환경에서 eks(아마존 쿠버네티스)이전하면서 로드밸런서의 설정을 적용해야 합니다.
이 때 쿠버네티스의 리소스에 대한 개념이 혼동되어 글로 정리합니다.
기존의 온프레미스, 혹은 클라우드 환경에서 로드밸런서를 어떻게 사용하고 있는지 체크해보고 최종적으로는 쿠버네티스에서 로드밸런서를 적용하는 방법을 이해하는것을 목적으로 학습합니다.

알고싶은 내용

인그레스는 쿠버네티스 외부에서 내부 서비스로 HTTP 트래픽을 전달합니다.
의문을 가졌던 지점은 바로 인그레스 컨트롤러의 구현체로 nginx를 사용하고 있던 점이었습니다.
nginx의 역할 중 하나인 로드밸런싱을 마치 인그레스에서 맡고 있는것처럼 느껴졌습니다.
쿠버네티스에 ‘로드밸런서’라는 이름의 리소스가 별도로 존재하는데 그렇다면 로드밸런싱은 대체 어디에서 수행하고 있다는 이야기일까요?

알고 있는 내용 정리

클라우드 환경에서 로드밸런서란?

• 트래픽에 부하가 생겼을 때 원할하게 처리하기 위해서 여러 서버로 나누어주는 역할
• 특정 IDC, 서버, 네트워크에 장애 / 재해가 생겼을 때 서비스가 중단되지 않도록 가용성 영역으로 트래픽을 라우팅해주는 역할

기존의 배포에 적용해 본 로드밸런싱 시각화하기

모르는 내용 학습

L4, L7 로드밸런서 찾아보기

혼동이 온 부분을 해결하고 싶어 로드밸런서에 대해서 찾아보기 시작했습니다.
가장 많이 나왔던 키워드는 바로 L4와 L7, 즉 로드밸런서가 동작하는 네트워크 레이어에 따른 구분이었습니다.
해당 내용을 살펴보면서 L4와 L7 로드밸런서의 타입에 따른 구체적인 역할과 차이점에 대해서 알게 되었습니다.

• 구체적인 비교 살펴보기

  항목	L4 로드 밸런서	L7 로드 밸런서
  네트워크 계층	OSI 모델 Layer 4 (Transport Layer)	OSI 모델 Layer 7 (Application Layer)
  주요 프로토콜	TCP, UDP	HTTP, HTTPS
  라우팅 기준	IP 주소 및 포트 기반	도메인 이름, URL 경로, HTTP 헤더 등
  트래픽 처리 방식	패킷 단위로 전달 (트래픽 내용을 알지 못함)	애플리케이션 요청을 기반으로 트래픽 처리
  TLS/SSL 종료	지원하지 않음	지원 (HTTPS 처리 가능)
  로드 밸런싱 알고리즘	Round Robin, Least Connections, IP Hash 등	도메인/경로 기반 라우팅, 세분화된 정책 가능
  성능	더 빠르고 단순	트래픽 분석 때문에 약간 느림
  사용 사례	gRPC, TCP 기반 데이터베이스, 실시간 게임	웹 애플리케이션, REST API, HTTPS 트래픽
  고급 기능	제한적	도메인/경로 기반 라우팅, WAF(웹 방화벽) 통합 등
  구현 복잡도	간단	비교적 복잡
  사용 사례 예	AWS NLB, HAProxy (TCP), Envoy (L4 모드)	AWS ALB, Nginx, Traefik, HAProxy (L7 모드)

기존의 개념에 대입하여 생각해보기

기존에 사용하던 ELB가 네트워크 로드밸런서로 동작하고, Nginx가 애플리케이션 로드밸런싱과 라우팅을 같이 수행하고 있다는 사실을 알게 됐습니다.
사실 개념만 불명확했을 뿐 L4와 L7 모두 적용해서 사용하고 있었습니다.
이제 쿠버네티스로 돌아가봅시다. 모은 정보를 바탕으로 리소스의 타입별로 나누어 역할을 생각해봅니다.

쿠버네티스 리소스에 따른 역할 찾아보기

• 로드밸런서 리소스는 L4 로드밸런싱을 담당합니다.
• 인그레스 리소스에 라우팅 규칙을 정의합니다.
• 인그레스 컨트롤러가 규칙에 맞게 L7레벨에서 트래픽을 라우팅 & 로드밸런싱합니다.
• 서비스는 요청을 받은뒤 다시 L4레벨에서 파드로 트래픽을 분산합니다.

학습한 쿠버네티스 리소스 시각화 하기

L4인지 L7인지 헷갈린다면 사용하는 프로토콜 혹은 기반기술을 기준으로 생각해보면 좋습니다.
해당 리소스가 http를 기준으로 동작하는지 tcp를 기준으로 동작하는지 생각해보는것이 가장 빠릅니다.

특정 서비스 선택

인그레스 컨트롤러 혹은 로드밸런서의 구현체로 elb를 쓰느냐, HA proxy를 쓰느냐는 기술을 이해하는데 중요하지 않다고 생각합니다.
요구사항에 맞는것을 찾아서 쓰도록 합시다.

정리

• 로드밸런서 타입(L4, L7)에 따른 용도와 역할을 알게 되었습니다.
• 쿠버네티스 로드밸런서, 인그레스, 인그레스 컨트롤러, 서비스 각각의 역할과 책임을 알게 되었습니다.
• 기존의 배포방식과 쿠버네티스 환경의 차이점을 알게되었습니다.