고가용성(High Availability)을 위한 로드 밸런싱과 스케일링

우리가 서비스를 설계하고 운영할 때 반드시 고려해야 할 중요한 요소 중 하나가 고가용성(High Availability)입니다. 오늘은 이를 실현하기 위한 핵심 개념인 로드 밸런싱과 스케일링에 대해 정리해보겠습니다.

왜 고가용성이 중요할까?

수천 명의 사용자가 동시에 웹사이트에 접속하는 상황을 떠올려보세요. 서버가 안정적으로 설계되어 있다면 문제없이 서비스가 제공되겠지만, 그렇지 않다면 접속 지연이나 서버 다운 같은 문제가 발생해 서비스 자체가 불가능해질 수 있습니다.

실제로 많은 사용자가 몰리는 수강신청, 콘서트 예매와 같은 순간에 사이트가 느려지거나 접속이 되지 않는 현상은 자주 발생합니다. 이런 현상을 우리는 흔히 “서버가 터졌다”고 표현하죠.

이러한 상황 속에서도 서비스를 끊김 없이 제공하려면, 시스템이 고가용성을 유지하도록 설계되어야 합니다.

고가용성이란?

가용성(Availability)이란 시스템이 실제로 동작할 수 있는 시간의 비율을 의미하며, 아래의 수식으로 표현됩니다

가용성 = 업타임 / (업타임 + 다운타임)

예를 들어 1년 중 99.9%의 가용성을 유지한다면 약 8시간 45분의 장애가 허용됩니다. 반면, 99.999%의 가용성('Five Nines')을 목표로 하면 연간 다운타임은 5분 이내로 제한됩니다.

고가용성은 단순한 기술적 수치가 아니라, 사용자의 신뢰와 서비스 품질을 유지하기 위한 핵심 기준입니다.

다운타임의 원인

시스템이 멈추는 이유는 정말 다양합니다

• 갑작스러운 트래픽 폭주 (신청, 예매, 이벤트 등)
• 소프트웨어 버그
• 하드웨어 고장 (디스크, 메모리 등)
• 보안 위협 (DDoS 공격 등)

따라서 다운타임을 완전히 막을 수는 없지만, 망가지더라도 서비스를 유지할 수 있도록 설계하는 것이 고가용성의 핵심입니다.

다중화(Redundancy)

가장 기본적인 고가용성 설계 방식은 서버 다중화입니다. 하나의 서버에 문제가 생기더라도 다른 서버가 역할을 대신할 수 있도록 여러 대를 준비해두는 것이죠.

로드 밸런싱의 역할

서버를 여러 대 준비했다고 해서 문제가 끝나는 건 아닙니다. 트래픽이 특정 서버나 장치에만 몰리게 되면, 해당 서버는 과부하로 인해 다운될 수 있습니다.

아무리 여러 대의 서버를 준비해 장애에 대비하더라도, 특정 서버나 네트워크 장비에 트래픽이 반복적으로 집중되어 다운되는 일이 자주 발생하면, 결국 시스템 전체의 가용성이 떨어지게 됩니다.

이는 단순히 서버가 많다고 해서 고가용성이 확보되는 것이 아님을 보여줍니다. 트래픽을 얼마나 고르게, 효율적으로 분산하느냐가 핵심입니다.

이 문제를 해결하기 위해 사용하는 것이 바로 로드 밸런싱(Load Balancing)입니다.

로드 밸런서는 사용자 요청을 여러 서버에 효율적으로 분산시켜주는 역할을 하며, 특정 서버의 과부하를 방지해 전체 시스템의 안정성을 높여줍니다.

또한, 어떤 서버가 죽었는지를 자동으로 감지해 장애 서버를 대상에서 제외하는 기능도 수행합니다.

로드 밸런싱 방식 예시

• 라운드로빈 (Round Robin) : 서버에 순차적으로 요청 분배
• 최소 연결 방식 (Least Connection) : 현재 연결 수가 가장 적은 서버로 전달
• 가중치 기반 방식 (Weighted) : 서버 성능에 따라 트래픽 비중 조절

스케일링(Scaling)의 필요성

서버 수를 늘리는 것도 중요하지만, 각 서버의 성능 자체도 중요한 요소입니다. 여기서 등장하는 개념이 바로 스케일 업과 스케일 아웃입니다.

스케일 업 (Scale Up)

• 기존 서버의 사양을 업그레이드 (CPU, RAM 등)
• 구성은 단순하지만, 비용이 많이 들고 물리적 한계 존재

스케일 아웃 (Scale Out)

• 서버를 여러 대 복제하여 동시에 운영
• 장애 대응에 강하고 트래픽 처리 유연
• 단점: 세션 관리, 데이터 동기화 복잡

오토 스케일링(Auto Scaling)

트래픽이 몰리는 시간은 대부분 일시적입니다. 평소엔 리소스를 많이 쓰지 않지만, 특정 시간대에는 서버가 필요해지죠. 항상 다수의 서버를 켜두는 건 비용 낭비가 될 수 있습니다.

오토 스케일링은 트래픽 변화에 따라 서버 수를 자동으로 조절합니다.

예를 들어, 이벤트 신청 시작 시간이나 티켓 예매 오픈 직후처럼 예상되는 순간에 자동으로 서버를 확장하고, 트래픽이 줄어들면 자동으로 줄이는 식이죠. AWS, GCP, Azure 등 대부분의 클라우드에서 기본 제공하는 기능입니다.

직군별 고가용성 고려사항

고가용성은 단순히 백엔드 개발자의 영역이 아닙니다. 서비스에 참여하는 모든 직군이 함께 고려해야 할 주제입니다.

• 백엔드: DB 이중화, 캐시 구조, 세션 설계 등 시스템 안정성 확보
• 프론트엔드/디자인: 오류 발생 시 사용자 경험을 해치지 않도록 UX 대응
• 기획/운영: 트래픽 급증 시간 파악, 안내 메시지 및 대응 시나리오 마련

마치며

고가용성은 더 이상 선택이 아닌 기본 조건입니다. 잘 설계된 서비스는 단지 잘 작동하는 것에 그치지 않고, 문제가 생겼을 때도 끊김 없이 작동할 수 있도록 대비해야 합니다.