[세미 프로젝트] AWS SAA 기출문제 풀이 플랫폼 - LoadBalancer(internal) 구성

이번에는 db1, db2로 향하는 Load Balancer(Internal) 구성을 해보자.

 

근데 여기서 궁금한 점이 있을 수도 있다.

• DB가 Active-Standby(db1은 사용, db2는 대기) 구조라면 트래픽을 5:5로 나눌 필요가 없는데, 왜 굳이 중간에 로드밸런서(LB)를 두는가?

 

사실 이에 대한 답은 트래픽 분산이 목적이 아닌 자동 장애 조치 (Failover)다. 

우리는 서비스가 중단되는 것을 최대한 방지해야 한다. LB가 있는, 없는 상황을 나눠서 생각해보자.

 

• LB가 없을 때: db1이 죽으면 개발자가 웹 서버의 소스 코드에서 DB 접속 IP를 db2로 일일이 수정하고 재시작해야 한다.
• LB가 있을 때: 웹 서버는 항상 LB(192.168.56.30)만 바라본다.
  • db1에 문제가 생기면 LB가 알아서 감지하고 트래픽을 즉시 db2로 돌린다.
  • 웹 서버는 뒤에서 무슨 일이 일어났는지 모른 채 서비스가 유지된다.

또한 내부 LB를 두면 웹 서버는 오직 하나의 대표 IP만 알면 되므로 인프라 관리가 단순해진다.

 

마지막으로 지금은 Active-Standby지만, 나중에 데이터가 많아져서 "읽기 전용 트래픽은 db2로 보내자(Read-only Scaling)"라고 전략을 바꿀 때, 웹 서버 코드를 수정할 필요 없이 LB 설정만 바꾸면 즉시 부하 분산 구조로 전환할 수 있다.

 

즉, 관리에 있어서 + 서비스의 고가용성을 위해 Load Balancer를 내부에서 설정해주는 것이다.

---

 

개요

웹 서버와 DB 사이에 위치하는 내부 로드밸런서를 생성해본다. Nginx의 stream 모듈을 사용해 TCP L4 프록시를 구성하고, db1(Primary) 장애 시 Db2(Backup)로 자동 FailOver 되도록 설정한다.

• stream 모듈?
  • Nginx는 원래 웹 서버다. 기본적으로 HTTP 트래픽을 처리하는 http 모듈이 핵심이다.
  • 하지만, 우리는 MySQL 트래픽을 처리해야한다. 즉, MySQL이 사용하는 TCP 프로토콜을 사용할 수 있도록 해야하는데
  • Nginx에 TCP/UDP 트래픽을 처리하는 모듈인 'stream' 모듈을 사용한다.
• L4 프록시?
  • OSI 7계층 중에서 4계층(전송 계층) 프록시를 의미한다.
  • L4 프록시는 IP와 포트만 보고 트래픽을 전달한다. 패킷 안에 뭐가 들어있는지는 들여다보지 않는다.
  • TCP 기반 프로토콜인 MySQL은 클라이언트가 192.168.56.30:3306으로 접속하면 그냥 db1이나 db2로 넘겨주기만 하면 된다. L7 까지 갈 이유가 없으므로 L4 프록시를 구성하는 것이다.

항목	내용
LB IP	192.168.56.30
프로토콜	TCP (L4)
리슨 포트	3306
Primary	db1 192.168.56.21:3306
Backup	db2 192.168.56.22:3306

 

이제 lb_internal VM을 부팅하면서 시작해보자.

---

Nginx 설치

Rocky Linux 9에서 stream 모듈은 기본 패키지에 포함되지 않으므로 nginx-mod-stream을 별도로 설치해야 한다.

sudo dnf install -y nginx
sudo dnf install -y nginx-mod-stream

 

 

Nginx L4 설정

1] Nginx 설정 구조 이해

Nginx는 기능별로 블록을 분리해서 설정한다.

블록	역할	주요 사용처
http { }	HTTP/HTTPS 트래픽 처리	웹 서버, 리버스 프록시
stream { }	TCP/UDP 트래픽 처리	MySQL, Redis 등 L4 프록시

 

Nginx의 설계 원칙과 관련된 내용으로 조금 어려워 쉽게 비유를 해보자.

 

Nginx라는 큰 아파트에는 성격이 전혀 다른 2개의 방이 있다고 생각할 수 있다.

• http { } 방(L7): 위에서 언급했듯 내용을 보고 전달하는 방으로, 편지의 내용을 읽어서(HTTP 헤더) 누구에게 줄지 결정한다.
• stream { } 방(L4): 내용을 안 보고 통로만 연결하는 방으로, 편지 내용은 관심 없고, 단순히 들어온 파이프라인(TCP 포트)을 다른 곳으로 연결만 해준다.

이 두 방은 나란히 있는 방으로, http 방 안에 stream 방을 만들 수 없고, 반대도 안 된다.

 

보통 Nginx를 설치하면 기본 설정 파일 nginx.conf의 위치, 내용은 아래와 같다.

# nginx 설정 파일
/etc/nginx/
├── nginx.conf          ← http {} 블록 + stream {} 블록 추가
└── conf.d/             ← http {} 블록 안에 include (웹 설정)


# nginx.conf 내부

http {
	...
    include /etc/nginx/conf.d/*.conf;
}

 

문제는 여기서 발생한다. conf.d/ 폴더에 있는 모든 파일은 자동으로 http {...} 블록 내부로 들어간다.

그런데 우리가 하고자 하는 L4 설정은 stream {...} 블록에 작성해야 한다.

 

만약 conf.d/mysql.conf 파일을 만들고 그 안에 stream {...} 을 적게 되면, 실제로는 http { stream {...} } 구조가 된다.

Nginx는 웹 설정 방안에 stream을 가져오게 되면 에러를 출력한다.

 

그래서 우리는 http 방의 간섭을 받지 않는 새로운 서랍장(stream.d/)을 밖으로 빼서 만들어야 한다.

/etc/nginx/
├── nginx.conf          ← http {} 블록 + stream {} 블록 추가
├── conf.d/             ← http {} 블록 안에 include (웹 설정)
└── stream.d/           ← stream {} 블록 안에 include (L4 설정)

 

최종적으로 아래와 같은 nginx.conf 구조가 만들어지게 된다.

user nginx;
worker_processes auto;

http {
    # 웹 관련 설정들은 여기서 알아서 include 됨
    include /etc/nginx/conf.d/*.conf; 
}

# http 방 밖(형제 라인)에 stream 방을 새로 정의하고, 
# 여기서 stream.d 폴더를 불러오도록 설정합니다.
stream {
    include /etc/nginx/stream.d/*.conf;
}

 

2] stream.d 디렉토리 생성 & 설정

위에서 봤듯이 stream.d 디렉토리를 /etc/nginx에 생성한다.

sudo mkdir -p /etc/nginx/stream.d

 

stream.d 내부에 mysql_lb.conf 파일을 만들고, 내용을 작성한다.

sudo tee /etc/nginx/stream.d/mysql_lb.conf << 'EOF'
upstream mysql_backend {
    server 192.168.56.21:3306;
    server 192.168.56.22:3306 backup;
}

server {
    listen 3306;
    proxy_pass mysql_backend;
    proxy_connect_timeout 3s;
    proxy_timeout 10s;
}
EOF

 

코드의 의미는 아래와 같다.

• 아키텍쳐의 목적을 알게 된다면, 각 지시어가 무엇을 의미하는지 쉽게 알 수 있다.

지시어	값	설명
upstream mysql_backend	—	트래픽을 분산할 서버 그룹을 정의하는 블록
server 192.168.56.21:3306	—	Primary 서버. 기본적으로 이 서버로 트래픽을 전달
server 192.168.56.22:3306 backup	—	Backup 서버. Primary가 모두 다운됐을 때만 사용
listen 3306	—	클라이언트 요청을 받을 포트
proxy_pass mysql_backend	—	수신한 트래픽을 위에서 정의한 upstream으로 전달
proxy_connect_timeout	3s	upstream 서버에 연결을 맺는 시간 제한. 3초 안에 연결이 안 되면 Failover 판단
proxy_timeout	10s	연결이 맺어진 후 데이터 송수신 사이의 최대 유휴 시간. 초과 시 연결 종료

 

proxy_connect_timeout을 통해 Failover 동작을 수행한다.

• Nginx는 proxy_connect_timeout 안에 Primary(db1)에 연결이 안 되면 해당 서버를 down으로 판단하고 backup으로 지정된 db2로 트래픽을 전환한다.
• db1이 복구되면 자동으로 다시 Primary로 돌아온다.

---

SELinux 설정

SELinux는 SELinux란? 글을 참고하자.

 

Rocky Linux 9은 SELinux가 기본으로 활성화되어 있는데, Nginx는 http 계열 프로세스로 분류되어 허용된 포트, 네트워크 동작이 제한된다. MySQL 프록시 구성에서는 두 가지를 추가로 허용해야 한다.

 

1] 3306 포트 바인딩 허용

sudo semanage port -a -t http_port_t -p tcp 3306

 

SELinux는 http_port_t 타입에 속하는 포트만 Nginx가 바인딩할 수 있도록 허용한다.

• 기본적으로 80, 443 등 HTTP 관련 포트만 포함되어 있으므로, 3306 포트를 http_port_t에 추가해야 한다.
• 미설정 시 nginx -t는 통과하지만 systemctl start nginx에서 오류가 난다.
  • bind() to 0.0.0.0:3306 failed (13: Permission denied)

 

2] upstream 외부 연결 허용

sudo setsebool -P httpd_can_network_connect 1

 

SELinux는 기본적으로 http 계열 프로세스가 외부 서버에 직접 연결하는 것을 차단한다.

• httpd_can_network_connect boolean을 활성화하면 Nginx가 upstream 서버(db1, db2)로 연결할 수 있다.
• -P 옵션은 재부팅 후에도 설정이 유지되도록 영구 적용한다.
• 미설정 시 nginx는 동작하지만 upstream 연결 시 에러가 발생한다.
  • connect() to 192.168.56.21:3306 failed (13: Permission denied)

 

방화벽 설정

클라이언트(웹 서버)에서 lb_internal의 3306 포트로 접근할 수 있도록 허용한다.

sudo systemctl enable --now firewalld
sudo firewall-cmd --permanent --add-port=3306/tcp
sudo firewall-cmd --reload

---

Nginx 시작

# 설정 파일 문법 검증
sudo nginx -t

# 서비스 활성화 및 시작
sudo systemctl enable --now nginx

# 3306 포트 리스닝 확인
ss -tlnp | grep 3306

 

정상적으로 작동 시 3306 포트가 리스닝 중인 것을 확인할 수 있다.

---

연결 테스트

lb_internal에 mysql 클라이언트를 설치한다.

sudo dnf install -y mysql

 

 

1] 직접 연결 테스트(LB 없이)

mysql -h 192.168.56.21 -P 3306 -u saauser -p'패스워드' saa_db

 

2] LB를 통한 연결 테스트

mysql -h 192.168.56.30 -P 3306 -u saauser -p'패스워드' saa_db

 

 

Failover 테스트

1] db1 MySQL 중단

# db1에서
sudo systemctl stop mysqld

 

2] lb_internal에서 접속 시도

mysql -h 192.168.56.30 -P 3306 -u saauser -p'패스워드' saa_db

Welcome to the MySQL monitor.  Commands end with ; or \g.
Your MySQL connection id is 5
Server version: 8.0.XX MySQL Community Server - GPL

Type 'help;' or '\h' for help. Type '\c' to clear the current input statement.

mysql> SHOW VARIABLES LIKE 'server_id';

 

db2로 Failover 되어 정상 접속되면 성공이다. (server-id가 2면 성공)

 

3] db1 MySQL 복구

# db1에서
sudo systemctl start mysqld

 

마찬가지로 위에서 나온 것처럼 lb_internal에서 접속을 시도해 mysql에 진입하고, 쿼리문을 통해 server-id를 확인해보자.

 

---

최종 상태 요약

항목	상태	비고
nginx-mod-stream 설치	완료	-
stream 블록 설정	완료	stream.d/mysql_lb.conf
SELinux 3306 포트 허용	완료	semanage port
SELinux 외부 연결 허용	완료	httpd_can_network_connect
방화벽 3306 포트 허용	완료	lb_internal
db2 방화벽 MySQL 허용	완료	2단계 누락분 보완
LB 연결 테스트	성공	db1으로 라우팅 확인
Failover 테스트	성공	db1 중단 시 db2로 전환 확인

 

다음 단계에서는 web1(192.168.56.41), web2(192.168.56.42) VM에 Apache httpd를 구축하고, NFS 마운트 및 내부 LB(192.168.56.30:3306) 연동을 설정한다.