[네트워크] L7 vs L4 비교 및 사례(AWS & 카카오클라우드)

 

L4 로드밸런서는 주소(IP)와 우편함 번호(포트)만 보고 편지를 분류하는 우체국 직원과 같다.

빠르지만 편지 내용에는 관심이 없다.

 

L7 로드밸런서는 편지의 내용(URL, 헤더 등)을 확인하고 특정 부서(서버)로 전달하는 똑똑한 비서와 같다.

더 복잡한 판단을 하지만, 그만큼 세밀한 업무 처리가 가능하다.

 

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웹 서비스를 운영하거나 개발하는 사람이라면 한 번쯤 '로드밸런싱'이라는 용어를 들어봤을 것이다.

사용자에게 빠르고 안정적인 서비스를 제공하기 위한 핵심 기술 중 하나인데, 오늘은 이 로드밸런싱에 대해, 특히 OSI 7 계층 모델을 기준으로 애플리케이션 계층(L7) 로드밸런서와 네트워크 계층(L4) 로드밸런서는 무엇이 다르고, 어떤 상황에 사용해야 하는지 명확하게 파헤쳐 보자. 더불어 글로벌 클라우드 리더인 AWS와 국내 대표 주자 카카오클라우드의 실제 솔루션과 활용 사례까지 함께 살펴보며 실질적인 이해를 돕고자 한다.

로드밸런싱, 왜 필요할까?

단일 서버로 운영되는 서비스는 사용자가 조금만 몰려도 금방 한계에 부딪힌다. 서버가 다운되거나 응답 속도가 현저히 느려지는 문제를 겪게 되는 것이다. 로드밸런싱은 이러한 문제를 해결하기 위해 등장한 기술이다. 여러 대의 서버에 네트워크 트래픽(요청)을 적절히 분산시켜주는 역할을 한다.

이를 통해 다음의 효과를 얻을 수 있다.
1. 가용성 향상 (High Availability): 특정 서버에 장애가 발생하더라도 다른 정상적인 서버로 트래픽을 자동 우회시켜 서비스 중단을 방지한다.
2. 응답 속도 개선 (Improved Performance): 각 서버가 처리해야 할 작업량을 줄여주므로, 사용자는 더 빠르고 쾌적한 서비스를 경험할 수 있다.
3. 확장성 증대 (Scalability): 서비스 규모나 트래픽 변화에 따라 서버 자원을 유연하게 늘리거나 줄일 수 있게 한다.

 

OSI 7 계층과 로드밸런서의 관계

OSI 7 계층 모델은 네트워크 통신 과정을 기능별로 7개의 추상화된 계층으로 나눈 것이다. 로드밸런서는 이 계층 중 어느 레벨에서 트래픽을 분산하느냐에 따라 주요 유형이 나뉜다.

계층	로드밸런서
애플리케이션 계층 (Application Layer - HTTP, FTP 등)	L7 로드밸런서 동작 위치
표현 계층 (Presentation Layer)
세션 계층 (Session Layer)
전송 계층 (Transport Layer - TCP/UDP)	L4 로드밸런서 동작 위치
네트워크 계층 (Network Layer - IP)
데이터 링크 계층 (Data Link Layer)
물리 계층 (Physical Layer)

사용자의 요청은 일반적으로 애플리케이션 계층(L7)에서 시작하여 아래 계층으로 내려가고, 서버의 응답은 그 반대 순서로 올라온다. L4와 L7 로드밸런서는 각각 전송 계층과 애플리케이션 계층의 정보를 활용하여 트래픽을 제어한다.

 

L4와 L7 로드밸런서: 공통점과 핵심 차이점

두 로드밸런서는 동작 계층과 기능에 차이가 있지만, 몇 가지 중요한 공통 목표를 가지고 있다.

공통점

1. 트래픽 분산 (Traffic Distribution): 가장 기본적인 역할로, 여러 백엔드 서버에 들어오는 요청을 나누어 특정 서버의 과부하를 방지한다.
2. 고가용성 확보 (High Availability): 주기적인 헬스 체크(Health Check)를 통해 장애 서버를 감지하고, 해당 서버로 트래픽을 보내지 않아 서비스 연속성을 유지한다.
3. 확장성 증대 (Scalability): 트래픽 양에 따라 백엔드 서버를 유연하게 추가하거나 제거하여 탄력적인 서비스 운영을 지원한다.
4. 성능 및 안정성 향상: 위의 기능들을 통해 전체 서비스 응답 시간을 단축하고 안정적인 서비스 환경을 구축한다.

 

차이점

구분	L4 로드밸런서 (예: AWS NLB, 카카오클라우드 NLB)	L7 로드밸런서 (예: AWS ALB, 카카오클라우드 ALB)
OSI 계층	전송 계층 (Transport Layer - TCP/UDP)	애플리케이션 계층 (Application Layer - HTTP/HTTPS 등)
라우팅 기준	IP 주소, 포트 번호 (패킷 헤더)	HTTP 헤더, URL 경로, 쿠키, 쿼리 문자열 등 (패킷 내용)
패킷 검사	헤더 정보만 확인 (데이터 X)	페이로드(데이터)까지 확인
SSL/TLS 처리	일반적으로 Pass-through (로드밸런서 직접 처리 곤란)	SSL/TLS Termination (오프로딩) 가능
주요 장점	매우 빠른 처리 속도, 단순한 구조, 높은 처리량	콘텐츠 기반의 정교한 라우팅, 다양한 부가 기능 (SSL 오프로딩, 헤더 수정, 경로 기반 라우팅 등)
주요 단점	세밀한 콘텐츠 기반 라우팅 불가	L4 대비 상대적으로 복잡, 패킷 분석으로 인한 약간의 지연 가능성 (현대 기술로 최소화)
대표 사용처	고성능 TCP/UDP 트래픽, 게임, 스트리밍, Source IP 보존 필요 시	웹 애플리케이션, API 게이트웨이, 마이크로서비스 아키텍처

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더 알아보자

L4 로드밸런서 (네트워크 계층)

일반적으로 "네트워크 계층 로드밸런서"라고 할 때, OSI 모델상 전송 계층(Transport Layer, Layer 4)에서 동작하는 로드밸런서를 의미한다.

이 로드밸런서는 네트워크 패킷의 헤더 정보, 구체적으로는 Source/Destination IP 주소 및 Port 번호를 기반으로 트래픽을 분산한다.

L4 로드밸런서 작동 방식

1. 클라이언트로부터 요청이 오면, L4 로드밸런서는 해당 요청 패킷의 TCP/UDP 헤더를 확인한다.
2. 미리 설정된 분배 알고리즘(예: Round Robin, Least Connection 등)에 따라 요청을 전달할 최적의 백엔드 서버를 선택한다.
3. 선택된 서버로 패킷을 전달하며, 이때 패킷의 내용(데이터 페이로드)은 들여다보지 않는다. 마치 우편 배달부가 주소만 보고 편지를 배달하는 것과 같다.

L4 로드밸런서 장점

1. 단순한 로직으로 인해 처리 속도가 매우 빠르다. 패킷 내용을 분석하지 않으므로 지연 시간이 짧다.
2. 구조가 간단하여 구현이 용이하고 비용 효율적일 수 있다.
3. TCP/UDP 프로토콜을 사용하는 거의 모든 종류의 애플리케이션 트래픽을 처리할 수 있다.

L4 로드밸런서 단점

1. 패킷 내용을 확인하지 않으므로, HTTP 헤더 정보(Host, User-Agent 등)나 URL 경로, 쿠키 등을 기반으로 한 세밀하고 지능적인 라우팅이 불가능하다.
2. SSL/TLS 암호화 및 복호화 처리(SSL Termination)를 직접 수행하기 어렵다. 트래픽이 암호화된 상태로 그대로 통과(Pass-through)되는 경우가 많다.

L4 로드밸런서 주요 기능

1. TCP/UDP 트래픽 분산
2. 헬스 체크 기반 장애 감지
3. 고정 IP 주소 제공 (일부 서비스)
4. Source IP 주소 보존 (클라이언트의 원래 IP 주소를 백엔드 서버가 알 수 있도록 함)

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L7 로드밸런서 (애플리케이션 계층)

애플리케이션 계층(Application Layer, Layer 7)에서 동작하는 로드밸런서이다.

HTTP, HTTPS, FTP, SMTP와 같은 특정 애플리케이션 프로토콜의 내용(메시지)을 분석하여 트래픽 분산 결정을 내린다.

 

L7 로드밸런서 작동 방식

1. 클라이언트로부터 요청이 오면, L7 로드밸런서는 패킷의 페이로드(실제 데이터)까지 확인한다.
2. HTTP의 경우, Host 헤더, URL 경로, HTTP 메서드(GET, POST 등), 쿠키 정보, 쿼리 문자열 등을 분석한다.
3. 이러한 정보를 바탕으로 사전에 정의된 규칙에 따라 특정 백엔드 서버나 서버 그룹으로 요청을 라우팅한다.
4. 마치 똑똑한 비서가 방문객의 신원과 방문 목적을 상세히 파악하여 가장 적절한 담당자에게 안내하는 것과 같다.

L7 로드밸런서 장점

1. 콘텐츠 기반의 매우 정교하고 유연한 라우팅이 가능하다.
   (예: /images 경로는 이미지 처리 서버로, /api/v1 경로는 API 서버 그룹 A로, /api/v2 경로는 API 서버 그룹 B로 분기)
2. SSL/TLS Termination (오프로딩): 로드밸런서에서 암호화된 트래픽을 복호화하고, 백엔드 서버와는 암호화되지 않은 HTTP 통신을 할 수 있다. 이를 통해 백엔드 서버의 CPU 부하를 줄이고 SSL 인증서 관리를 중앙에서 할 수 있다.
3. 다양한 고급 기능 제공
   1. 쿠키 기반 세션 유지 (Sticky Session)
   2. 특정 사용자의 요청을 항상 동일한 서버로 보내어 세션 정보를 유지한다.
   3. HTTP 헤더 수정/추가/삭제: 요청이나 응답 헤더를 조작하여 특정 정보를 추가하거나 보안을 강화할 수 있다.
   4. URL 리다이렉션 및 재작성 (Rewrite).
   5. A/B 테스팅, 블루/그린 배포, 카나리 배포 등 고급 배포 전략 지원.

L7 로드밸런서 단점

1. 패킷 내용을 깊이 분석해야 하므로 L4 로드밸런서보다 상대적으로 처리 속도가 느릴 수 있다.
   (하지만 현대의 L7 로드밸런서는 하드웨어 가속 및 소프트웨어 최적화를 통해 이 격차를 많이 줄였다.)
2. 구조가 L4보다 복잡하고 설정 항목이 많을 수 있다.

L7 로드밸런서 주요 기능

1. HTTP/HTTPS 트래픽 분산
2. 경로 기반, 호스트 기반, 헤더 기반, 쿠키 기반 등 다양한 조건부 라우팅
3. SSL/TLS 오프로딩 및 인증서 관리
4. 세션 고정 (Session Affinity / Sticky Session)
5. 웹 방화벽(WAF) 연동 용이

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국내 주요 서비스 적용 사례

로드밸런싱은 국내의 거의 모든 대규모 온라인 서비스에서 핵심적인 역할을 수행한다.

온라인 쇼핑몰 (예: 쿠팡, G마켓, 11번가, 네이버 쇼핑): 명절, 블랙프라이데이, 특별 할인 행사 시 급증하는 트래픽을 여러 서버로 분산하여 안정적인 쇼핑 경험을 제공한다. L7 로드밸런서를 통해 상품 이미지 요청은 이미지 캐시 서버로, 실시간 가격 변동 API 요청은 해당 API 서버로, 결제 요청은 결제 게이트웨이 연동 서버로 지능적으로 라우팅할 수 있다.

 

티켓 예매 사이트 (예: 인터파크 티켓, 예스24 티켓, 멜론 티켓): 인기 콘서트나 스포츠 경기 티켓 오픈 시 순간적으로 수십만, 수백만 건의 접속이 몰린다. 이때 L4/L7 로드밸런서를 조합하여 대량의 초기 접속을 L4에서 빠르게 분산하고, 실제 예매 로직은 L7에서 세션 관리와 함께 처리하여 서버 다운을 방지하고 공정한 예매 기회를 제공하려 노력한다.

 

정부 및 공공 서비스 (예: 정부24, 홈택스, 교육부 나이스): 연말정산 기간, 수강 신청 기간, 국가장학금 신청 기간 등 특정 시기에 트래픽이 집중될 때 로드밸런싱을 통해 서비스 지연을 최소화하고 대국민 서비스의 안정성을 확보한다.

 

온라인 게임 (예: 배틀그라운드, 로스트아크, 메이플스토리): L4 로드밸런서(NLB)를 사용하여 게임 서버의 실시간 TCP/UDP 트래픽(캐릭터 이동, 스킬 사용 등)을 지연 없이 처리하고, L7 로드밸런서는 게임 런처, 홈페이지, 상점 API 등에 활용하여 사용자들에게 쾌적한 게임 환경과 부가 서비스를 제공한다.

 

금융 서비스 (인터넷/모바일 뱅킹, 증권 MTS/HTS, 간편결제): L4 로드밸런서로 대량의 금융 거래 트랜잭션을 신속하고 안전하게 처리하며, L7 로드밸런서는 웹 기반 뱅킹 서비스의 보안(SSL 오프로딩, WAF 연동)과 사용자 경험(세션 유지)을 강화하는 데 사용된다.

 

OTT 및 스트리밍 플랫폼 (예: 웨이브, 티빙, 왓챠, 아프리카TV): L4/L7 로드밸런서를 통해 대용량 미디어 파일(동영상, 라이브 방송) 전송을 CDN(Content Delivery Network)과 연계하여 효율적으로 분산하고, 사용자에게 버퍼링 없는 끊김 없는 스트리밍 서비스를 제공하는 데 핵심적인 역할을 한다.

 

이제 대표적인 클라우드 서비스 제공업체인 AWS와 카카오클라우드가 어떤 로드밸런서 솔루션을 제공하고, 실제 어떻게 활용되는지 살펴보자

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AWS (Amazon Web Services) 솔루션 및 사용 사례

AWS는 다양한 요구사항에 맞춰 세분화된 로드밸런싱 서비스를 제공한다.

 

Application Load Balancer (ALB)

계층: L7 (애플리케이션 계층)

프로토콜: HTTP, HTTPS, gRPC

특징: 유연한 애플리케이션 트래픽 관리에 최적화되어 있다. 경로 기반 라우팅, 호스트 기반 라우팅, 쿼리 문자열 기반 라우팅 등 고급 라우팅 규칙을 지원한다. AWS WAF(Web Application Firewall)와 통합하여 웹 공격으로부터 보호할 수 있으며, 컨테이너(Amazon ECS, EKS) 및 서버리스(AWS Lambda) 환경과의 통합도 뛰어나다.

사용 사례

1. 현대적인 웹 애플리케이션 및 API 서비스의 트래픽 분산.
2. 마이크로서비스 아키텍처(MSA)에서 각 서비스로의 지능적인 요청 라우팅. (예: example.com/users는 사용자 서비스로, example.com/orders는 주문 서비스로 라우팅)
3. 컨테이너화된 애플리케이션의 로드밸런싱 및 자동 확장 지원.
4. SSL/TLS 인증서 중앙 관리 및 오프로딩.
5. 블루/그린, 카나리 등 고급 배포 전략 실행.

 

Network Load Balancer (NLB)

계층: L4 (전송 계층)

프로토콜: TCP, UDP, TLS

특징: 극도로 짧은 지연 시간과 초당 수백만 건의 요청을 처리할 수 있는 높은 성능을 제공한다. 고정 IP 주소(Static IP) 또는 탄력적 IP 주소(Elastic IP)를 로드밸런서에 할당할 수 있으며, 갑작스러운 트래픽 변동에도 잘 대응한다. Source IP 주소를 보존하는 기능을 제공한다.
사용 사례:

1. 성능이 매우 중요하고 지연 시간에 민감한 TCP/UDP 기반 애플리케이션 (온라인 게임 서버, 실시간 스트리밍, 금융 거래 시스템, IoT 플랫폼).
2. 클라이언트 측에서 방화벽 등에 로드밸런서의 IP를 고정적으로 등록해야 하는 경우.
3. 백엔드 서버에서 클라이언트의 원본 IP 주소를 직접 확인해야 하는 네트워크 아키텍처.
4. TLS 트래픽을 로드밸런서에서 종료(Termination)하여 성능을 최적화하는 경우.

 

Gateway Load Balancer (GWLB)

계층: L3 (네트워크 계층) / L4 (전송 계층)

프로토콜: IP

특징: 방화벽, 침입 탐지 및 방지 시스템(IDS/IPS), 딥 패킷 검사(DPI) 시스템과 같은 타사 가상 보안 어플라이언스를 쉽게 배포, 확장 및 관리할 수 있도록 설계되었다. 트래픽을 중앙에서 검사하고 필터링하는 데 사용된다.

사용 사례:

1. 보안 어플라이언스 플릿(fleet)에 대한 투명한 트래픽 삽입 및 로드밸런싱.
2. 중앙 집중식 네트워크 보안 검사 지점 구축.

 

카카오클라우드 (Kakao Cloud) 솔루션 및 사용 사례

카카오클라우드 역시 AWS와 유사하게 L4 및 L7 로드밸런서 서비스를 제공하여 국내 기업 및 개발자들의 다양한 요구에 효과적으로 대응하고 있다.

 

Application Load Balancer (ALB)

계층: L7 (애플리케이션 계층)

프로토콜: HTTP, HTTPS
특징: OSI L7에서 동작하며 웹사이트, 마이크로서비스, 컨테이너 환경 등 다양한 애플리케이션에 적합하다. L7 규칙(경로, 호스트, 헤더 등)을 추가하여 세밀한 트래픽 분산 및 라우팅 설정이 가능하며, SSL 인증서 관리 및 오프로딩 기능을 제공하여 백엔드 서버의 부담을 줄여준다. 직관적인 콘솔과 모니터링 기능을 제공한다.

사용 사례

1. 카카오의 다양한 내부 서비스(예: 커머스 플랫폼, 콘텐츠 서비스, 기업용 솔루션)의 웹 트래픽 처리에 광범위하게 활용된다.
2. 외부 기업 고객이 카카오클라우드 위에서 웹 애플리케이션, 모바일 백엔드, API 게이트웨이를 구축할 때 안정적인 트래픽 분산 및 고가용성 확보를 위해 사용된다.
3. 경로 기반 라우팅을 통해 MSA 환경에서 각 마이크로서비스 엔드포인트로 트래픽을 효율적으로 전달하고 관리한다.
4. 이벤트나 프로모션으로 인한 트래픽 급증에 유연하게 대응하기 위한 웹 서비스 아키텍처 구성.

 

Network Load Balancer (NLB)

계층: L4 (전송 계층)

프로토콜: TCP, UDP, TLS

특징: OSI L4에서 동작하며 대규모 트래픽 발생 환경에서 빠른 처리 속도가 필요한 경우 선택된다. 고정 IP 할당이 가능하며, 높은 처리량과 낮은 지연 시간을 목표로 한다.

사용 사례:

1. 카카오게임즈와 같은 대규모 온라인 게임 서비스에서 게임 서버의 실시간 TCP/UDP 트래픽(플레이어 액션, 상태 동기화 등)을 지연 없이 안정적으로 처리하는 데 핵심적인 역할을 한다.
2. 실시간 데이터 스트리밍 서비스, IoT 데이터 수집 및 처리 파이프라인, 고성능 컴퓨팅(HPC) 클러스터 등 빠른 네트워크 처리가 필수적인 서비스에 적용된다.
3. 금융권의 실시간 시세 정보 전송, 메시징 시스템 등 신뢰성과 속도가 중요한 시스템.

 

Direct Server Return Network Load Balancer (DSRNLB)

계층: L4 (전송 계층)

프로토콜: TCP, UDP

특징: OSI L4로 동작하며, 클라이언트의 IP를 보존하여 백엔드 서버로 전달해야 할 경우 유용하다. DSR(Direct Server Return) 방식을 사용하여, 서버에서 클라이언트로 응답 트래픽이 로드밸런서를 거치지 않고 직접 전달된다. 이를 통해 로드밸런서의 부하를 줄이고 응답 지연 시간을 최소화할 수 있다.

사용 사례:

1. 클라이언트의 원본 IP 주소를 기반으로 로깅, 분석, 또는 특정 보안 정책을 적용해야 하는 경우.
2. 응답 트래픽의 양이 매우 커서 로드밸런서가 병목 지점이 될 수 있는 대용량 콘텐츠 전송 서비스.
3. 미디어 스트리밍이나 파일 다운로드 서버와 같이 응답 데이터가 큰 경우.

카카오클라우드는 자사의 방대한 서비스 운영 경험을 바탕으로 안정적이고 효율적인 로드밸런싱 솔루션을 제공하고 있으며, 최근에는 클라우드 네이티브 환경에서 로드밸런서를 더욱 유연하고 지능적으로 관리할 수 있는 기술 관련 특허를 등록하는 등 국내 클라우드 기술력 강화에도 힘쓰고 있다.

 

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내 서비스에는 어떤 로드밸런서가 맞을까?

지금까지 L4와 L7 로드밸런서의 차이점, 그리고 AWS와 카카오클라우드의 솔루션까지 자세히 살펴보았다.

결국 어떤 로드밸런서를 선택할지는 여러분의 서비스 특성, 애플리케이션 아키텍처, 그리고 비즈니스 요구 사항에 따라 달라진다.

간단하게 요약하자면,
HTTP/HTTPS 기반의 웹 애플리케이션을 운영하고, URL 경로, 헤더, 쿠키 등 다양한 조건에 따른 정교한 라우팅이나 SSL 오프로딩, 세션 관리와 같은 고급 기능이 필요하다면

 L7 로드밸런서 (ALB)를 선택하는 것이 일반적이다. 마이크로서비스 아키텍처에도 매우 적합하다.

TCP/UDP 기반의 트래픽을 처리해야 하고, 극도로 높은 성능과 낮은 지연 시간이 중요하거나, 고정 IP 주소 또는 클라이언트 원본 IP 주소 보존이 필수적인 경우라면 

 L4 로드밸런서 (NLB, DSRNLB)가 더 나은 선택일 수 있다. 특히 게임, 실시간 스트리밍, IoT 등의 분야에서 강력한 성능을 발휘한다.

대부분의 현대 웹 서비스는 L7 로드밸런서의 풍부한 기능과 유연성을 통해 많은 이점을 얻을 수 있다. 하지만 특정 고성능/저지연 시나리오나 비 HTTP 트래픽에서는 L4 로드밸런서가 여전히 강력하고 효율적인 솔루션이다. 때로는 두 가지 유형의 로드밸런서를 함께 사용하여 복잡한 아키텍처를 구성하기도 한다 (예: 외부 인터넷 트래픽은 NLB로 받고, 내부 마이크로서비스 간 통신은 ALB 사용).

AWS와 카카오클라우드 모두 이러한 다양한 요구에 부응하는 강력한 로드밸런싱 옵션을 제공하고 있으니, 각 서비스의 상세 설명과 요금 정책, 그리고 여러분의 애플리케이션 요구 사항을 꼼꼼히 비교하여 최적의 아키텍처를 설계하자