[Infra]인프라 아키텍처 정리

인프라란?

• 우리 삶을 지탱하는 바탕이나 토대란 의미
• 인프라 아키텍처는 IT인프라의 구조를 의미.
• 인터넷 검색 시스템이나 항공 회사 티켓 발권 시스템, 편의점의 계산대 등 모두가 이용 방법이나 사용자가 다르지만 IT 인프라 위에서 동작.
• 아키텍처나 설계 요소에는 반드시 장점과 단점이 공존. 장점만 있다면 가장 좋은 것을 취하면 되지만, 단점은 가장 영향력이 적은 것으로 선택하는 것이 어렵기 때문에 반드시 취사선택해야 할 상황이 발생. 그 중 가장 제약이 많은 것이 시스템 도입 비용.

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집약형과 분할형 아키텍처

집약형 아키텍처

IT 시스템의 여명기에는 대형 컴퓨터를 이용해서 모든 업무를 처리하는 형태가 대부분이었다. 이런 대형 컴퓨터는 '범용 장비', '호스트', '메인 프레임' 등으로 불렸다. 시스템 아키텍처라는 관점에서는 하나의 컴퓨터로 모든 처리를 하기 때문에 집약형이라고 할 수 있다.
집약형 아키텍처에서는 해당 기업의 주요 업무를 모두 한 대로 처리하기 때문에 장비 고장 등으로 업무가 멈추지 않도록 여러 고민을 하고 있다. 컴퓨터를 구성하는 주요 부품은 모두 다중화돼 있어서 하나가 고장나더라도 업무를 계속할 수 있다. 또한, 복수의 서로 다른 업무 처리를 동시에 실행할 수 있도록 유한 리소스 관리를 한다. 이를 통해 하나의 처리가 실수로 대량의 요청을 보내더라도 다른 처리에 영향을 주지 않도록 되어 있다.

장점

• 한 대의 대형 컴퓨터만 있으면 되므로 구성이 간단.
• 대형 컴퓨터의 리소스 관리나 이중화에 의해 안정성이 높고 고성능.

단점

• 대형 컴퓨터의 도입 비용과 유지 비용이 비쌈.
• 확장성에 한계가 있음.

분할형 아키텍처

여러 대의 컴퓨터를 조합해서 하나의 시스템을 구축하는 구조다. 대형 컴퓨터는 안정성이 높고 고성능이지만, 현재는 소형 컴퓨터라도 충분한 성능을 낼 수 있다. 또한, 대형 컴퓨터와 비교해서 소형 컴퓨터 구입 비용이 압도적으로 저렴하다. 단, 안정성은 한 대의 컴퓨터만으로는 대형 컴퓨터에 미치지 못한다. 이 결점을 보완하기 위해 분할형 아키텍처에서는 여러 대의 컴퓨터를 이용해 한 대가 고장 나도 안정성을 담보하고 있다.

장점

• 낮은 비용으로 시스템을 구축 가능.
• 서버 대수를 늘릴 수 있어서 확장성이 높음.

단점

• 대수가 늘어나면 관리 구조가 복잡해짐.
• 한 대가 망가지면 영향 범위를 최소화하기 위한 구조를 검토해야 함.

물리 서버와 논리 서버의 차이

분할형 아키텍처에서 이용되는 컴퓨터를 서버라고한다. 서버라는 용어는 컴퓨터 자체를 가리키는 경우도 잇고, 컴퓨터에서 동작하고 있는 소프트웨어를 가리키는 경우도 있다.
서버라는 용어는 원래 특정 역할에 특화된 것을 의미한다. 예를 들어, 인터넷에 접속했을 때 사용자 입력 및 HTML 생성을 담당하는 것은 서버에서 동작하는 소프트웨어인 '웹 서버'이다. 대량의 데이터를 저장해서 요청에 따라 데이터를 제공하는 것은 'DB 서버'다.
컴퓨터 자체를 가리키는 경우는 '물리 서버'라고 부른다. 웹 서버나 DB 서버가 하나의 물리 서버에서 동작하는 경우도 있으며, 각각 별도의 물리 서버에서 동작하는 경우도 있다.

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수직 분할형 아키텍처

분할형에서는 서버 분할 방식, 즉 역할 분담을 고려해야 한다. 각각의 서버가 전혀 다른 작업을 하는 것인지, 아니면 비슷한 작업을 하는 것인지에 대한 관점이다. 수직형이라고 표현하는 것은 특정 서버 측면에서 봤을 때 역할에 따라 위 아래 계층으로 나뉘기 때문이다.

클라이언트-서버형 아키텍처

예를 들어 업무 애플리케이션, 미들웨어, 데이터베이스 등의 소프트웨어를 '물리 서버' 상에서 운영하고 잇다. 이들 소프트웨어에 '클라이언트' 또는 '단말'이라 불리는 소형 컴퓨터가 접속해서 이용하는 형태다.
클라이언트-서버형의 특징은 클라이언트 측에 전용 소프트웨어를 설치해야 한다는 것이다. 클라이언트에 주로 PC가 이용되지만, 최근 스마트폰이나 태블릿도 단말로 사용되고 있다.

장점

• 클라이언트 측에서 많은 처리를 실행할 수 있어서 소수의 서버로 다수의 클라이언트를 처리할 수 있음

단점

• 클라이언트 측의 소프트웨어 정기 업데이트가 필요.
• 서버 확장성에 한계 발생 가능.

3계층형 아키텍처

3계층형은 클라이언트-서버형을 발전시킨 것이다. '프레젠테이션 계층', '애플리케이션 계층', '데이터 계층'의 3층 구조로 분할돼 있어서 3계층이라 부른다.

• 프레젠테이션 계층: 사용자 입력을 받음. 웹 브라우저 화면을 표시.
• 애플리케이션 계층: 사용자 요청에 따라 업무를 처리.
• 데이터 계층: 애플리케이션 계층의 요청에 따라 데이터 입출력.
  3계층 시스템에서는 사용자가 웹 브라우저를 통해 시스템에 접속한다. 예를 들어 인터넷 검색 시스셈에서는 사용자가 웹 브라우저에 입력하는 화면은 프레젠테이션 계층의 웹 서버에 먼저 전달된다. 웹 서버는 그 요청을 뒤에 있는 애플리케이션 계층의 애플리케이션 서버에 전달한다. 애플리케이션 서버는 검색 키워드를 바탕으로 무엇을 검색해야 할지 판단해서 뒤에 있느 데이터 계층의 DB 서버에 데이터를 요청한다.
  3계층형은 클라이언트-서버형에 비해 특정 서버에 부하가 집중되는 문제가 해결된다. 또한, 업무 애플리케이션 갱신에 따른 클라이언트 업데이트가 필요 없으며, 사용자는 웹 브라우저만 준비하면 된다. 게다가, 모든 처리가 애플리케이션 서버나 DB 서버를 이용하지 않아도 된다. 단, 시스템 전체 구조가 클라이언트-서버형보다 복잡하다.

장점

• 서버 부하 집중 개선
• 클라이언트 단말의 정기 업데이트가 불필요
• '처리 반환'에 의한 서버 부하 저감

단점

• 구조가 클라이언트-서버 구성보다 복잡.

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수평 분할형 아키텍처

더 높은 확장성을 실현하려면 다른 하나의 추긍로 분할하는 것이 필요하다. 수평 분할형 아키텍처는 용도가 같은 서버를 늘려나가는 방식이다. 서버 대수가 늘어나면 한 대가 시스템에 주는 영향력이 낮아져서 안정성이 향상된다. 또한, 처리를 담당하는 서버 대수가 늘어나면 전체적인 성능 향상도 실현할 수 있다.

단순 수평 분할형 아키텍처

수평 분할을 Sharding 또는 Partitioning이라 부르기도 한다. 이 구성에서는 시스템이 둘로 분할됨으로써 시스템 전체 처리 성능을 두 배로 향상시킬 수 있다. 또한, 두 개의 독립된 시스템이 생성되기에 예를 들어 A측 시스템에 장애가 발생하더라도 B측 시스템에는 전혀 영향을 주지 않아 독립성이 향상된다.
그러나 A와 B에서 같은 업무 애플리케이션을 이용하고 있다면, 양쪽 시스템에 매번 애플리케이션 업데이트를 실시해 주어야 한다. 데이터도 A와 B가 따로 보유하고 있어서 양쪽 데이터를 일원화해서 이용할 수 없다. 또한, A와 B의 이용자 수가 비슷하다면 괜찮지만, 이용자의 대부분이 A만 사용하고 있다면, A에는 과부하가 걸리고 B는 놀고 있는 상태가 된다. 이것은 시스템 처리 성능이 두 배가 됐다고 말하기 어렵다. 이 구조는 거래상으로 멀리 떨어진 시스템에 자주 이용된다.

장점

• 수평으로 서버를 늘리기 때문에 확장성이 향상됨.
• 분할한 시스템이 독립적으로 운영되므로 서로 영향을 주지 않음.

단점

• 데이터를 일원화해서 볼 수 없음.
• 애플리케이션 업데이트는 양쪽을 동시에 해줘야 함.
• 처리량이 균등하게 분할돼 있지 않으면 서버별 처리량에 치우침이 생김.

공유형 아키텍처

공유형에서는 단순 분할형과 달리 일부 계층에서 상호 접속이 이루어진다. 이 구성에서는 A 시스템에서도 필요에 따라 B 시스템의 데이터에 접속할 수 있다. 물론 반대도 가능하다. 데이터 계층은 데이터 저장고의 역할도 하기 때문에 보안이 필요한 데이터가 저장되는 경우도 많다. 데이터가 각지에 흩어져 있는 것보다 한 곳에서 집중적으로 관리하는 것이 보안이나 관리상 유리한 경우도 있다. 또한, 이 구성에서는 데이터를 모아서 참조할 수 있다.

장점

• 수평으로 서버를 늘리기 때문에 확장성이 향상됨.
• 분할한 시스템이 서로 다른 시스템의 데이터 참조 가능.

단점

• 분할한 시스템 간 독립성이 낮아짐.
• 공유한 계층의 확장성이 낮아짐.

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지리 분할형 아키텍처

스탠바이형 아키텍처

물리 서버를 최소 두 대를 준비하여 한 대가 고장 나면 가동 중인 소프트웨어를 다른 한 대로 옮겨서 운영하는 방식이다. 이 때 소프트웨어 재시작을 자동으로 하는 구조를 Failover라고 한다. 이 방식에서는 물리 서버 고장에 대처할 수 있지만, 보통 때는 Failover 대상 서버가 놀고 있는 상태가 되기 때문에 리소스 측면에서 낭비가 발생한다. 이 문제를 해결하기 위해 스탠바이를 따로 두지 않고, 양쪽 서버를 동시에 교차 이용하는 경우도 많다.
참고로, 물리 서버가 아닌 가상화 서버를 이용하고 있는 경우는 서버상의 소프트웨어 뿐만 아니라 가상 서버별로 다른 물리 서버에 'Failover'하는 방식도 선택도리 수 있다.

재해 대책형 아키텍처

서버 장치를 최소 구성 및 동시 구성으로 별도 사이트에 배치하고, 소프트웨어도 상용 환경과 동일하게 설정한다. 재해가 발생하면 전혀 다른 사이트에 있는 정보를 이용하게 된다. 여기서 문제가 되는 것은 애플리케이션 최신화와 데이터 최신화다. 특히 데이터는 매일 갱신되기 때문에 어느 정도 실시간성을 유지해서 사이트 간 동기 처리를 해야 한다. 저장소 장비 기능, OS 기능, 데이터베이스 기능 등 동기 처리를 위한 방법은 여러 가지가 있다. 각각의 비용, 대상 데이터, 동기 연장 특성 등을 고려해서 결정할 필요가 있다.