L4 스위치

L4스위치(Layer4 Switch)

L4 스위치(Layer 4 Switch)는 서버나 네트워크의 트래픽을 로드밸런싱(Load Balancing)하는 스위치이다. TCP, UDP 등의 헤더를 보고 그게 FTP, HTTP, SMTP 어떤 프로토콜인지를 확인해 스위칭의 우선순위를 판단한다. IP와 포트를 보고 스위칭 하며, VLAN(가상 랜), 그룹화, 부하 분산 등의 고급 기능을 제공한다.

개요

L4 스위치는 로드밸런싱(서버 부하 분산)을 처리하는 장비이다. 외부에서 들어오는 모든 요청은 서버가 아닌 L4 스위치를 거쳐야 하며 모든 요청을 L4 스위치가 받아 서버들에게 적절히 나누어 준다. L4 스위치는 부하 분산뿐만 아니라 TCP, UDP, HTTP와 같은 프로토콜들의 헤더를 분석하여 그 정보를 바탕으로 부하 분산을 실시하고 거기에 더해 소스 IP 혹은 데스티네이션 IP를 NAT 하여 보낼 수 있다.

등장배경

다양한 기능과 성능을 보유한 이더넷 스위치들이 등장하면서 이더넷 스위치의 발전 과정을 다양한 측면에서 바라볼 수 있다. 또한 대역폭, 기능, 지능을 큰 축으로 발전하고 있는데, 대역폭 측면에서 이더넷 스위치는 초기의 CSMA-CD 방식에서 패스트 이더넷, 기가비트 이더넷, 10 기가비트 이더넷으로 확장되었다. 한편 기능적 측면에서는 랜 안에서 네트워킹 유닛 간에 물리적인 연결을 목적으로 했던 이더넷 L2 스위치가 지역명이 복잡해지고, 단일 랜 환경이 맨 영역으로 확대됨에 따라, 가상랜 QoS를 특종으로 하는 L3 스위치를 기업 시장을 중심으로 광범위하게 사용하였다. 이더넷 스위치를 지능적인 측면에서 크게 OSI 참조 모델에 의한 7계층에 정의에 따라서, L2/L3/L4/L7 스위치로 구분을 할 수 있다.

특징

L3 스위치와 같이 프로토콜을 기반으로 하며, 애플리케이션 별로 우선순위를 두어 스위칭이 가능하다. 여러 대의 서버를 한대처럼 묶을 수 있는 부하 분산 기능을 제공하여 많은 양의 트래픽을 여러 서버로 분산이 가능하다. 각 제조 업체별로 설정 방법 및 제공 기능이 다르므로, 특별한 표준을 지정하기가 힘들다.

구성도

동작원리

L3 스위치와 유사한 구조와 동작 원리를 가지고 있지만 가상 랜 기능과 그룹화, 부하 분산 등의 고급 설정이 추가로 포함되는 점이 다르다. TCP/IP 프로토콜을 기반으로 동작하는 것이 대부분이며, 포트 번호를 이용한 스위칭까지도 가능하다. 포트 번호는 수신 컴퓨터에서 IP 패킷의 형태로 결정하여 상위 계층으로 전달한다.

이용대상

L4 스위치는 L4 로드밸런스를 이용해야 하는 경우에 사용한다. 인터넷 비즈니스의 중요도가 높은 경우 사용을 많이 하며, 서버 방문자의 폭주가 예상되거나 서버의 접속이 불가능할 때 L4 부하 분산을 한다. 또한, 웹서버를 여러 대 운영하는 경우 한대의 서버에서 장애가 발생할 시 원활한 서비스 제공이 어려울 경우 로드밸런스를 통하여 장애를 미연에 방지할 수 있다. 서버 부하로 인하여 한 대의 서버로는 운영이 어려운 관계로 서버 증설이 필요한 기업 또는 포털 사이트 광고 및 이벤트로 인하여 트래픽 증가가 되어 여러 대의 서버로 운영이 필요한 기업, 웹서버를 365일 장애 없는 서비스를 원하는 기업에서 사용하거나 소셜커머스 사이트 운영 및 계획하고 있는 기업에서 사용한다.

장점

보안성이 높고 고급 스위칭 설정이 가능하여 상황에 따른 적절한 설정을 할 수 있다. 용량에 관계없이 네트워크의 성능 개선에 기여한다.

단점

프로토콜에 의존적이며, 설정이 복잡하다. 고가의 장비로 L2, L3 스위치와 적절한 혼합 배치가 필요하다.

기능

L4 스위치의 서버 로드 밸런싱 기능은 서버 로드밸런싱이란 인터넷의 서버 부하 분산 기능이다. 여러 대의 서버를 마치 하나의 서버처럼 동작하게 함으로써, 인터넷 서버의 성능 및 안정성을 향상할 수 있다. 캐시 리다이렌션 기능은 캐싱 서버를 좀 더 효율적으로 사용할 수 있게 하는 기능이다. 캐시는 인터넷의 서버와 클라이언트 단에서도 속도 향상과 WAN 구간의 트래픽 감소를 위해 서버의 데이터를 일시적으로 저장한다. 과거 캐싱 서버는 클라이언트 측에서 프록시 하게 동작했지만, L4 스위치를 사용하여 투명한 캐싱 서비스를 제공할 수 있다. 투명하다는 의미는 클라이언트에서 웹브라우저에 아무런 설정 없이 캐싱 서비스를 이용할 수 있다는 것을 말한다. 방화벽/VPN 로드밸런싱 기능은 방화벽이나 VPN 게이트웨이 장비의 성능 향상과 안정성 향상을 위한 기능이다.

참고자료

• 도움되는 네트워크 엔지니어 환영, 〈L4 스위치 쉽게 이해하기 #1〉, 《티스토리》, 2020-05-30
• 하루, 〈L4/L7 스위치의 개요〉, 《티스토리》, 2010-07-25
• kkajobs까마기, 〈L2,L3,L4 스위치 정의 및 개념 정리〉, 《티스토리》, 2014-09-22
• AlbertLim, 〈L4스위치의 장점〉, 《블로거》, 2014-08-04
• 초보 개발자 긍.응.성, 〈L4스위치란?〉, 《티스토리》, 2020-04-08

같이 보기

• 스위치
• L7 스위치
• OSI 7 계층

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