API 게이트웨이: 글로벌 아키텍처를 위한 요청 라우팅 및 로드 밸런싱 이해

오늘날의 상호 연결된 디지털 환경에서 강력하고 확장 가능한 애플리케이션을 구축하는 것은 종종 마이크로서비스를 활용하는 것을 포함합니다. 이러한 독립적인 서비스는 유연성과 민첩성을 제공하는 동시에 서비스 간 통신을 관리하고 원활한 사용자 경험을 보장하는 데 복잡성을 야기합니다. 이러한 복잡성을 관리하는 최전선에는 API 게이트웨이가 있습니다. 가장 근본적이고 중요한 기능 중 두 가지는 요청 라우팅과 로드 밸런싱입니다. 이 게시물에서는 이러한 개념을 심층적으로 살펴보고 그 중요성, 작동 방식 및 현대 글로벌 소프트웨어 아키텍처에서 없어서는 안 될 역할을 설명합니다.

API 게이트웨이의 중심 역할

라우팅과 로드 밸런싱에 대해 자세히 알아보기 전에 API 게이트웨이가 무엇인지, 그리고 마이크로서비스의 초석인 이유를 이해하는 것이 중요합니다. API 게이트웨이는 백엔드 서비스에 대한 모든 클라이언트 요청에 대한 단일 진입점 역할을 합니다. 클라이언트가 개별 마이크로서비스와 직접 통신하는 대신(지점 간 연결이 얽힌 엉망진창으로 이어질 수 있음) 게이트웨이와 상호 작용합니다. 그런 다음 게이트웨이는 이러한 요청을 적절한 백엔드 서비스로 지능적으로 전달합니다.

이 아키텍처 패턴은 다음과 같은 몇 가지 주요 이점을 제공합니다.

• 분리: 클라이언트는 백엔드 서비스와 분리되어 클라이언트에 영향을 주지 않고 서비스를 리팩터링, 업데이트 또는 교체할 수 있습니다.
• 추상화: 백엔드의 복잡성을 숨기고 클라이언트에 통합된 API를 제공합니다.
• 중앙 집중식 관심사: 인증, 권한 부여, 속도 제한, 로깅 및 모니터링과 같은 일반적인 기능을 게이트웨이 수준에서 처리하여 서비스 전반의 중복성을 줄일 수 있습니다.
• 향상된 성능: 캐싱 및 요청 집계와 같은 기능을 게이트웨이에서 구현할 수 있습니다.

이 중앙 허브 내에서 요청 라우팅 및 로드 밸런싱은 효율적이고 안정적인 작동에 가장 중요합니다.

요청 라우팅 이해

요청 라우팅은 API 게이트웨이가 들어오는 클라이언트 요청을 처리해야 하는 백엔드 서비스를 결정하는 프로세스입니다. 차량(요청)을 올바른 목적지(서비스)로 안내하는 매우 지능적인 교통 관제소와 같습니다.

요청 라우팅은 어떻게 작동합니까?

API 게이트웨이는 일반적으로 요청을 라우팅하기 위해 다양한 전략을 사용합니다.

• 경로 기반 라우팅: 이것은 가장 일반적인 방법 중 하나입니다. 게이트웨이는 들어오는 요청의 URL 경로를 검사하고 미리 정의된 규칙에 따라 라우팅합니다. 예를 들어:
• /users/에 대한 요청은 사용자 서비스로 라우팅될 수 있습니다.
• /products/에 대한 요청은 제품 서비스로 라우팅될 수 있습니다.
• /orders/에 대한 요청은 주문 서비스로 라우팅될 수 있습니다.
• 호스트 기반 라우팅: 단일 게이트웨이가 여러 개의 개별 애플리케이션 또는 도메인을 제공할 수 있는 시나리오에서 호스트 기반 라우팅을 사용하면 게이트웨이가 요청의 `Host` 헤더에 있는 호스트 이름을 기반으로 요청을 라우팅할 수 있습니다. 예를 들어:
• api.example.com에 대한 요청은 서비스 집합 하나로 라우팅될 수 있습니다.
• admin.example.com에 대한 요청은 다른 집합으로 라우팅될 수 있습니다.
• 헤더 기반 라우팅: 고급 라우팅은 요청에 있는 사용자 지정 헤더를 기반으로 할 수 있습니다. 이는 A/B 테스트, 카나리아 릴리스 또는 특정 클라이언트 속성을 기반으로 라우팅하는 데 유용할 수 있습니다. 예를 들어 `x-version` 헤더는 트래픽을 서비스의 여러 버전으로 보낼 수 있습니다.
• 쿼리 매개변수 기반 라우팅: 헤더 기반 라우팅과 유사하게 URL의 특정 쿼리 매개변수도 라우팅 경로를 지정할 수 있습니다.
• 메서드 기반 라우팅: 기본 라우팅 전략으로는 덜 일반적이지만 HTTP 메서드(GET, POST, PUT, DELETE)는 특히 경로 기반 라우팅과 결합할 때 라우팅 규칙의 일부가 될 수 있습니다.

구성 및 동적 라우팅

라우팅 규칙은 일반적으로 API 게이트웨이 자체 내에서 구성됩니다. 이 구성은 정적(구성 파일에 정의됨)이거나 동적(API 또는 서비스 검색 메커니즘을 통해 관리됨)일 수 있습니다.

정적 구성: 간단한 설정에서는 정적 구성 파일을 사용할 수 있습니다. 이는 소규모 배포의 경우 관리가 쉽지만 서비스 수가 증가함에 따라 번거로워질 수 있습니다.

동적 라우팅: 더 복잡한 클라우드 네이티브 환경에서 API 게이트웨이는 서비스 검색 도구(예: Consul, Eureka 또는 Kubernetes의 기본 제공 서비스 검색)와 통합됩니다. 새 서비스 인스턴스가 시작되면 서비스 검색에 자체 등록됩니다. API 게이트웨이는 서비스 검색을 쿼리하여 지정된 서비스에 대해 사용 가능한 인스턴스를 가져와 요청을 동적으로 라우팅할 수 있습니다. 이는 확장 이벤트 및 서비스 오류를 정상적으로 처리하는 데 중요합니다.

실제 라우팅의 글로벌 예

• 전자 상거래 플랫폼: Amazon 또는 Alibaba와 같은 글로벌 전자 상거래 거대 기업은 경로 기반 라우팅을 광범위하게 사용합니다. /cart에 대한 요청은 장바구니 서비스로 이동하고, /checkout은 결제 서비스로, /user는 사용자 프로필 서비스로 이동합니다. 다른 지역의 경우 호스트 기반 라우팅이 사용될 수 있습니다(예: amazon.co.uk는 영국 전용 백엔드 구성으로 라우팅됨).
• 승차 공유 서비스: Uber 또는 Grab과 같은 회사는 라우팅을 사용하여 다양한 마이크로서비스로 요청을 보냅니다. 근처 운전자에 대한 라이더의 요청은 운전자 매칭 서비스로 이동하고, 과거 여행을 보려는 요청은 여행 기록 서비스로 이동합니다. 헤더 기반 라우팅은 특정 지리적 시장의 일부 사용자에게 새로운 기능을 배포하는 데 사용될 수 있습니다.
• 금융 기관: 다국적 은행은 계좌 잔액에 대한 요청을 한 서비스로, 자금 이체는 다른 서비스로, 고객 지원은 또 다른 서비스로 보내기 위해 라우팅을 사용할 수 있습니다. 호스트 기반 라우팅은 은행 부서(예: 개인 뱅킹 대 법인 뱅킹)를 기준으로 고객 요청을 분할하는 데 사용될 수 있습니다.

로드 밸런싱 이해

요청 라우팅은 *올바른 유형*의 서비스로 요청을 보내는 반면, 로드 밸런싱은 해당 서비스의 *정상적이고 사용 가능한 인스턴스*로 요청을 보내고 워크로드를 여러 인스턴스에 균등하게 분산시킵니다. 로드 밸런싱이 없으면 단일 서비스 인스턴스가 압도되어 성능 저하나 완전한 오류로 이어질 수 있습니다.

로드 밸런싱의 필요성

마이크로서비스 아키텍처에서는 높은 트래픽 볼륨을 처리하고 중복성을 보장하기 위해 단일 서비스의 여러 인스턴스를 실행하는 것이 일반적입니다. 로드 밸런싱은 다음에 필수적입니다.

• 고가용성: 서비스의 인스턴스 하나가 실패하면 로드 밸런서가 자동으로 트래픽을 정상 인스턴스로 리디렉션하여 서비스 중단을 방지할 수 있습니다.
• 확장성: 트래픽이 증가함에 따라 서비스의 새 인스턴스를 추가할 수 있으며 로드 밸런서가 요청을 배포하기 시작하여 애플리케이션을 수평적으로 확장할 수 있습니다.
• 성능: 트래픽을 균등하게 분산하면 단일 인스턴스가 병목 현상이 되는 것을 방지하여 전반적인 애플리케이션 성능을 개선하고 대기 시간을 줄일 수 있습니다.
• 리소스 활용률: 사용 가능한 모든 서비스 인스턴스를 효율적으로 사용하도록 보장합니다.

일반적인 로드 밸런싱 알고리즘

API 게이트웨이 또는 게이트웨이가 상호 작용할 수 있는 전용 로드 밸런서는 트래픽을 분산하기 위해 다양한 알고리즘을 사용합니다.

• 라운드 로빈: 요청은 목록에 있는 각 서버에 순차적으로 분산됩니다. 목록의 끝에 도달하면 처음부터 다시 시작됩니다. 간단하지만 서버 로드를 고려하지 않습니다.
• 가중 라운드 로빈: 라운드 로빈과 유사하지만 서버에 가중치가 할당됩니다. 가중치가 높은 서버는 더 많은 연결을 수신합니다. 이는 서버의 용량이 다른 경우에 유용합니다.
• 최소 연결: 활성 연결이 가장 적은 서버로 요청이 전송됩니다. 이는 수명이 긴 연결에 적합합니다.
• 가중 최소 연결: 가중치를 최소 연결 알고리즘과 결합합니다. 가중치가 높은 서버는 새 연결을 수신할 가능성이 더 높지만 결정은 여전히 현재 활성 연결 수를 기반으로 합니다.
• IP 해시: 클라이언트의 IP 주소 해시를 기반으로 서버가 선택됩니다. 이렇게 하면 동일한 클라이언트 IP 주소의 요청이 항상 동일한 서버로 이동하여 전용 세션 저장소 없이 세션 상태를 유지하는 데 유용할 수 있습니다.
• 최소 응답 시간: 평균 응답 시간이 가장 짧고 활성 연결이 가장 적은 서버로 트래픽을 보냅니다. 이 알고리즘은 사용자에게 가장 빠른 응답을 제공하는 데 중점을 둡니다.
• 랜덤: 사용 가능한 풀에서 임의의 서버가 선택됩니다. 간단하지만 짧은 기간 동안 불균등한 분배로 이어질 수 있습니다.

상태 확인

로드 밸런싱의 중요한 구성 요소는 상태 확인입니다. API 게이트웨이 또는 로드 밸런서는 백엔드 서비스 인스턴스의 상태를 주기적으로 확인합니다. 이러한 검사는 다음과 같습니다.

• 활성 상태 확인: 로드 밸런서는 백엔드 인스턴스에 요청(예: 핑, `/health` 엔드포인트에 대한 HTTP 요청)을 적극적으로 보냅니다. 인스턴스가 시간 초과 내에 응답하지 않거나 오류를 반환하면 비정상으로 표시되고 복구될 때까지 사용 가능한 서버 풀에서 제거됩니다.
• 수동 상태 확인: 로드 밸런서는 백엔드 서버의 응답을 모니터링합니다. 특정 서버에서 오류율이 높으면 서버가 비정상인 것으로 유추할 수 있습니다.

이 상태 확인 메커니즘은 트래픽이 정상적인 서비스 인스턴스로만 전송되도록 보장하여 애플리케이션 안정성과 안정성을 유지하는 데 매우 중요합니다.

실제 로드 밸런싱의 글로벌 예

• 스트리밍 서비스: Netflix 또는 Disney+와 같은 회사는 엄청나게 변동하는 트래픽을 경험합니다. API 게이트웨이와 기본 로드 밸런싱 인프라는 수천 개의 서버 인스턴스에서 요청을 전 세계적으로 분산시킵니다. 새 에피소드가 드롭되면 로드 밸런서는 요청 급증이 단일 서비스를 과부하하지 않도록 보장합니다. 또한 정교한 알고리즘을 사용하여 사용자를 가장 가깝고 가장 성능이 뛰어난 콘텐츠 전송 네트워크(CDN) 에지 서버로 보냅니다.
• 소셜 미디어 플랫폼: Meta(Facebook, Instagram)는 매일 수십억 건의 요청을 처리합니다. 로드 밸런싱은 이러한 플랫폼을 액세스 가능하게 유지하는 데 기본적입니다. 사용자가 사진을 업로드하면 요청이 적절한 업로드 서비스로 라우팅되고 로드 밸런싱은 이 집중적인 작업이 사용 가능한 많은 인스턴스에 분산되고 사용자 피드가 빠르게 채워지도록 보장합니다.
• 온라인 게임: 대규모 멀티플레이어 온라인(MMO) 게임의 경우 낮은 대기 시간과 높은 가용성을 유지하는 것이 가장 중요합니다. 강력한 로드 밸런싱을 갖춘 API 게이트웨이는 플레이어를 지리적으로 가장 가깝고 부하가 가장 낮은 게임 서버로 보내 전 세계 수백만 명의 동시 사용자에게 원활한 게임 경험을 보장합니다.

라우팅 및 로드 밸런싱 통합

요청 라우팅 및 로드 밸런싱은 독립적인 기능이 아니며 함께 작동합니다. 프로세스는 일반적으로 다음과 같습니다.

1. 클라이언트가 API 게이트웨이에 요청을 보냅니다.
2. API 게이트웨이가 요청을 검사합니다(예: URL 경로, 헤더).
3. 미리 정의된 규칙에 따라 게이트웨이는 대상 마이크로서비스(예: 사용자 서비스)를 식별합니다.
4. 그런 다음 게이트웨이는 해당 특정 사용자 서비스에 대해 사용 가능한 정상 인스턴스 목록을 참조합니다.
5. 선택한 로드 밸런싱 알고리즘(예: 최소 연결)을 사용하여 게이트웨이는 사용자 서비스의 정상적인 인스턴스 하나를 선택합니다.
6. 요청이 선택한 인스턴스로 전달됩니다.

이 통합된 접근 방식은 요청이 올바른 서비스로 전달될 뿐만 아니라 해당 서비스의 사용 가능하고 수행하는 인스턴스로 전달되도록 보장합니다.

글로벌 아키텍처에 대한 고급 고려 사항

글로벌 애플리케이션의 경우 라우팅 및 로드 밸런싱의 상호 작용이 훨씬 더 미묘해집니다.

• 지리적 라우팅: 서로 다른 지리적 지역의 사용자의 요청은 해당 지역에서 가장 가까운 데이터 센터에 배포된 백엔드 서비스로 라우팅해야 할 수 있습니다. 이렇게 하면 대기 시간이 최소화되고 사용자 경험이 향상됩니다. 이는 요청을 로컬 서비스 인스턴스로 라우팅하는 지역 API 게이트웨이를 통해 달성할 수 있습니다.
• Geo-DNS 로드 밸런싱: 종종 DNS 해결 자체는 사용자를 가장 가까운 API 게이트웨이 인스턴스로 보내는 데 사용됩니다.
• 글로벌 서버 로드 밸런싱(GSLB): 이 고급 기술은 여러 데이터 센터 또는 지역에 트래픽을 분산시킵니다. 그런 다음 API 게이트웨이는 특정 지역 내에서 로컬 로드 밸런싱을 수행할 수 있습니다.
• 서비스 검색 통합: 언급했듯이 서비스 검색과의 강력한 통합이 중요합니다. 글로벌 설정에서 서비스 검색은 서로 다른 지역의 서비스 인스턴스와 해당 상태를 인식해야 합니다.
• 카나리아 릴리스 및 Blue/Green 배포: 이러한 배포 전략은 정교한 라우팅 및 로드 밸런싱에 크게 의존합니다. 카나리아 릴리스는 트래픽의 작은 백분율을 서비스의 새 버전으로 점진적으로 이동시켜 프로덕션에서 테스트할 수 있도록 합니다. Blue/Green 배포는 동일한 환경 두 개를 실행하고 트래픽을 전환하는 것을 포함합니다. 둘 다 API 게이트웨이가 특정 규칙(예: 카나리아에 대한 헤더 기반 라우팅)에 따라 트래픽 흐름을 동적으로 제어해야 합니다.

올바른 API 게이트웨이 솔루션 선택

API 게이트웨이 솔루션의 선택은 매우 중요하며 특정 요구 사항, 규모 및 기존 인프라에 따라 달라집니다. 인기 있는 옵션은 다음과 같습니다.

• 클라우드 네이티브 솔루션: AWS API Gateway, Azure API Management, Google Cloud API Gateway. 이러한 서비스는 관리되며 해당 클라우드 에코시스템과 심층적인 통합을 제공합니다.
• 오픈 소스 솔루션:
• Kong Gateway: 확장성이 뛰어나며 Kubernetes와 함께 배포되는 경우가 많습니다.
• Apache APISIX: 동적, 실시간, 고성능 API 게이트웨이.
• Envoy Proxy: 서비스 메시 아키텍처(예: Istio)에서 데이터 평면으로 자주 사용되지만 독립 실행형 API 게이트웨이로도 작동할 수 있습니다.
• Nginx/Nginx Plus: 고급 로드 밸런싱 기능을 갖춘 API 게이트웨이로 구성할 수 있는 매우 인기 있는 웹 서버입니다.
• 상용 솔루션: Apigee(Google), Mulesoft, Tibco. 이러한 솔루션은 종종 보다 포괄적인 엔터프라이즈 기능과 지원을 제공합니다.

솔루션을 평가할 때 다음 기능을 고려하십시오.

• 라우팅 유연성: 복잡한 라우팅 규칙을 얼마나 쉽게 정의할 수 있습니까?
• 로드 밸런싱 알고리즘: 필요한 알고리즘을 지원합니까?
• 상태 확인 메커니즘: 강력하고 구성 가능합니까?
• 서비스 검색 통합: 선택한 서비스 검색 도구와 통합됩니까?
• 성능 및 확장성: 예상 트래픽 부하를 처리할 수 있습니까?
• 관찰 가능성: 로깅, 모니터링 및 추적 기능을 잘 제공합니까?
• 확장성: 사용자 지정 로직 또는 플러그인을 추가할 수 있습니까?

결론

요청 라우팅 및 로드 밸런싱은 API 게이트웨이의 단순한 기술적 기능이 아니라 탄력적이고 확장 가능하며 고성능 마이크로서비스 아키텍처를 구축하기 위한 기본 기둥입니다. 들어오는 요청을 적절한 백엔드 서비스로 지능적으로 보내고 정상적인 서비스 인스턴스에 트래픽을 균등하게 분산함으로써 API 게이트웨이는 애플리케이션이 사용 가능하고 성능이 뛰어나며 동적 부하를 처리할 수 있도록 보장합니다.

글로벌 애플리케이션의 경우 이러한 개념의 정교한 적용은 종종 지리적 인식 및 고급 배포 전략과 결합되어 전 세계적으로 일관되고 우수한 사용자 경험을 제공하는 데 필수적입니다. 마이크로서비스 에코시스템이 성장함에 따라 효과적인 요청 라우팅 및 로드 밸런싱을 갖춘 잘 구성되고 강력한 API 게이트웨이는 복잡성을 탐색하고 운영 우수성을 보장하는 데 가장 중요한 동맹이 될 것입니다.

실행 가능한 통찰력:

• 명확한 라우팅 규칙 정의: 서비스 책임을 기반으로 라우팅 전략을 문서화하고 표준화합니다.
• 서비스 검색 활용: 동적 라우팅 및 장애 조치를 위해 API 게이트웨이를 서비스 검색 메커니즘과 통합합니다.
• 포괄적인 상태 확인 구현: 게이트웨이 또는 로드 밸런서가 서비스 인스턴스의 상태를 정확하게 모니터링하는지 확인합니다.
• 적절한 로드 밸런싱 알고리즘 선택: 서비스의 트래픽 패턴과 백엔드 기능에 가장 적합한 알고리즘을 선택합니다.
• 성능 모니터링: 병목 현상을 식별하고 성능을 최적화하기 위해 게이트웨이 수준에서 요청 대기 시간, 오류율 및 리소스 활용률을 지속적으로 모니터링합니다.
• 지리적 분포 고려: 글로벌 애플리케이션의 경우 사용자에게 가장 가까운 접속 지점에서 서비스를 제공하기 위해 API 게이트웨이 배포 및 라우팅 전략을 계획합니다.

API 게이트웨이 내에서 요청 라우팅 및 로드 밸런싱을 마스터하면 강력하고 미래 지향적인 글로벌 애플리케이션 아키텍처를 위한 토대를 마련할 수 있습니다.