[C#서버] Akka.net과 Cluster Part.4

Akka.NET 클러스터란?

Akka.NET 클러스터는 여러 대의 서버(노드)를 하나의 분산 시스템으로 구성하여 확장성, 고가용성, 그리고 장애 복구 기능을 제공하는 시스템입니다. 각 서버는 독립적인 역할을 수행하며, 클러스터를 통해 서로 협력하여 부하를 분산하고 높은 가용성을 유지할 수 있습니다.

클러스터의 주요 특징과 개념

1. 확장성 및 역할 기반 분산 처리:
   • Akka.NET 클러스터는 서버를 필요에 따라 쉽게 추가하거나 제거할 수 있습니다. 이를 통해 시스템은 수평으로 확장 가능하며, 클라이언트 수나 데이터 처리량이 증가해도 효율적으로 대응할 수 있습니다.
   • 각 서버는 클러스터 내에서 특정 역할을 맡습니다. 예를 들어, MMORPG 같은 게임에서는 이동 서버, 전투 서버, 채팅 서버 등 기능별로 서버를 나눠 관리할 수 있습니다. 이러한 역할 기반 분산 처리를 통해 각 기능이 독립적으로 운영되며, 시스템의 복잡성을 줄일 수 있습니다.
2. 고가용성 및 자율적 장애 복구:
   • 클러스터는 특정 서버가 장애를 겪더라도 나머지 서버가 정상적으로 작동하도록 보장합니다. 이를 위해, 클러스터 리더를 자동으로 선출하여 클러스터의 상태를 모니터링하고 장애 복구를 지원합니다.
   • 장애 발생 시 다른 서버들은 장애 노드를 감지하고, 자동으로 대체 서버를 통해 서비스가 지속될 수 있도록 조정합니다. 예를 들어, 전투 서버가 다운되면 클라이언트는 다른 서버의 기능을 계속 사용할 수 있으며, 시스템이 지속적으로 동작합니다.
3. 클러스터 리더와 자율적 운영:
   • Akka.NET 클러스터는 중앙 관리 서버 없이도 동작할 수 있도록 설계되었습니다. 클러스터 리더(Cluster Leader)**는 각 서버 간의 상태를 관리하고, 노드 추가/제거 및 장애 감지 등을 자율적으로 수행합니다.
   • 클러스터 내의 리더는 고정되지 않으며, 장애 발생 시 다른 노드가 리더 역할을 이어받습니다. 이를 통해 클러스터는 자율적으로 운영되며, 특정 서버에 의존하지 않습니다.
4. 서버 간 연결 관리 및 서비스 디스커버리:
   • 클러스터 내에서 각 서버가 연결될 수 있도록, 시드 노드(Seed Node)를 통해 초기 진입점을 설정합니다. 시드 노드는 클러스터 내의 모든 노드가 알고 있어야 하며, 이를 통해 클러스터에 동적으로 참여할 수 있습니다.
   • 서버 간의 연결 정보는 정적으로 구성 파일에 설정하거나, 서비스 디스커버리 도구(예: Consul, Kubernetes)를 통해 자동으로 관리할 수 있습니다.
5. 클라이언트와의 다중 서버 연결:
   • 클라이언트는 여러 서버와 동시에 연결하여, 다양한 기능을 동시에 이용할 수 있도록 합니다. 예를 들어, MMORPG에서는 클라이언트가 이동, 전투, 채팅 기능을 동시에 사용하기 위해 이동 서버, 전투 서버, 채팅 서버와 각각 연결됩니다.
   • 클러스터는 클라이언트가 각 서버와의 개별 연결을 통해 필요한 기능을 사용할 수 있도록 관리하며, 장애가 발생해도 해당 기능을 제외한 다른 기능을 계속 사용할 수 있게 보장합니다.
6. 분산 데이터 및 데이터 일관성:
   • 클러스터는 Akka.NET의 분산 데이터(Distributed Data) 기능을 사용하여 여러 서버에 데이터 저장을 분산하고 복제할 수 있습니다. 이를 통해 데이터 손실 위험을 줄이고, 높은 일관성을 유지할 수 있습니다.
   • 각 서버가 특정 기능을 맡아 처리하더라도 데이터가 필요할 때 분산 데이터 기능을 통해 접근하여 일관된 데이터를 제공받을 수 있습니다.

사용 사례: MMORPG와 같은 대규모 시스템

MMORPG에서는 각 서버가 다음과 같은 역할을 수행하며 협력합니다:

• 이동 서버: 플레이어의 위치 및 이동 관련 정보를 처리.
• 전투 서버: 전투 및 공격/방어 이벤트를 처리.
• 채팅 서버: 채팅 메시지 전송 및 수신을 관리.
• 인벤토리 서버: 플레이어의 아이템과 인벤토리를 관리.

클라이언트를 클러스터에 직접 연결해도 될 까?

클라이언트를 Akka.NET 클러스터의 노드로 연결하는 것은 가능하지만, 일반적으로는 클러스터의 내부 노드로 추가하는 대신, 외부에서 API나 TCP/IP 소켓을 통해 통신하는 방식이 더 효율적입니다. 클라이언트를 클러스터 노드로 연결할 경우, 노드 수가 많아지면서 과부하가 발생할 수 있고, 네트워크 대역폭이 많이 소모될 수 있습니다. 또한, 클라이언트의 네트워크 연결이 불안정하거나 자주 끊길 경우, 클러스터의 안정성에 영향을 줄 수 있으며, 보안 정책을 철저히 관리해야 합니다. 따라서 클라이언트가 클러스터의 직접적인 노드로 참여하는 것보다는 클러스터 외부에서 필요한 데이터를 요청하거나 수신하는 방식이 안정적이고 관리가 용이합니다. 클라이언트를 클러스터에 연결할 때는 부하 관리, 연결 상태 유지, 보안 등을 주의 깊게 고려해야 합니다.

Akka.NET 클러스터의 용어

1. 노드(Node):
   • 클러스터를 구성하는 각 서버 또는 인스턴스를 의미합니다. 클러스터는 여러 노드가 협력하여 하나의 시스템처럼 동작하며, 노드는 고유한 주소와 포트를 통해 클러스터에 참여합니다.
2. 시드 노드(Seed Node):
   • 클러스터의 초기 진입점으로, 클러스터에 참여하려는 새로운 노드가 연결할 수 있도록 안내합니다. 하나 이상의 시드 노드가 설정되며, 모든 노드는 시드 노드를 통해 클러스터에 참여합니다.
   • 클러스터가 확장하거나 노드가 재가입할 때 시드 노드는 중요한 역할을 합니다.
3. 클러스터 리더(Cluster Leader):
   • 클러스터 내에서 자동으로 선출되며, 노드 추가 및 제거, 장애 감지, 클러스터 조정 등의 중요한 역할을 수행합니다.
   • 리더는 특정 노드에 고정되지 않으며, 리더 노드가 장애가 발생하면 다른 노드가 리더로 선출됩니다. 이를 통해 클러스터는 자율적으로 운영됩니다.
4. Gossip Protocol:
   • 클러스터의 각 노드가 정기적으로 서로의 상태 정보를 교환하여 상태를 동기화하는 프로토콜입니다. 이를 통해 모든 노드는 클러스터의 상태를 공유하며, 장애가 발생한 노드를 빠르게 감지할 수 있습니다.
   • 클러스터의 장애 복구 및 상태 일관성 유지에 중요한 역할을 합니다.
5. 분산 데이터(Distributed Data):
   • 클러스터 내에서 데이터를 분산 저장 및 복제할 수 있도록 하는 기능입니다. 이를 통해 여러 노드가 동시에 일관된 데이터를 공유할 수 있으며, 장애가 발생해도 데이터 손실을 방지할 수 있습니다.
   • 분산 데이터는 데이터 일관성을 유지하면서도 높은 가용성을 보장합니다.

클러스터 분산 라우터(Cluster Aware Router):

클러스터의 각 노드에 걸쳐 메시지를 자동으로 분산시킬 수 있는 라우터입니다. 클러스터 내에서 자원을 최적화하여 부하를 고르게 분산시킵니다.

라우터는 클러스터의 상태를 인식하여, 장애가 발생한 노드로의 라우팅을 피하고, 정상 노드에 메시지를 전달합니다.

코디네이티드 셧다운(Coordinated Shutdown):클러스터의 노드를 종료할 때, 모든 노드가 안전하게 종료될 수 있도록 절차를 관리합니다. 이를 통해 데이터 손실이나 불완전한 종료를 방지하고, 모든 연결과 작업이 안전하게 마무리되도록 돕습니다.

역할(Role):클러스터 내 각 노드에 할당되는 역할로, 특정 노드가 특정 작업을 수행할 수 있도록 지정합니다. 예를 들어, 노드에 "이동", "전투", "채팅" 등의 역할을 지정하여, 클러스터 내 기능을 분리하고 역할별로 작업을 분배할 수 있습니다.

파트리셔닝(Partitioning):클러스터 내에서 데이터를 여러 **구역(partition)**으로 나누어 관리하는 방식입니다. 이를 통해 클러스터는 데이터를 보다 효율적으로 분산하고, 특정 파트리션에 장애가 발생해도 전체 시스템이 영향을 덜 받도록 합니다.

쿼럼(Quorum):분산된 환경에서 특정 작업을 처리하기 위해 필요한 최소한의 노드 수를 의미합니다. 쿼럼을 통해 분산 데이터에 대한 작업을 안정적으로 수행할 수 있습니다. 예를 들어, 데이터 복제나 특정 작업의 동의가 필요한 경우 쿼럼을 만족하는 노드들이 참여해야 합니다.

피어(Peer):클러스터 내의 다른 노드들을 지칭하는 용어로, 각 노드는 피어로서 클러스터의 상태 정보 및 데이터를 공유하고, 필요한 경우 상호 간에 작업을 협력합니다.

리밸런싱(Rebalancing):클러스터 내에서 부하를 균등하게 분배하기 위해 데이터를 다른 노드로 이동시키는 작업입니다. 클러스터 상태에 따라 부하가 과중한 노드에서 상대적으로 가벼운 노드로 작업을 이동시켜, 자원을 최적화합니다.

Gossip Protocol 프로토콜

Akka.NET 클러스터의 Gossip 프로토콜은 클러스터 내 모든 노드가 주기적으로 상태 정보를 교환하여 클러스터 상태를 동기화하고, 장애를 감지하며 복구를 지원하는 핵심 통신 방법입니다. Gossip 프로토콜은 비동기적이고 확산적인 방식으로 작동하여, 특정 노드가 다른 노드 몇 개와 상태 정보를 주기적으로 교환하면, 그 정보가 다시 다른 노드로 퍼지면서 클러스터 전체에 전파됩니다. 이렇게 정보를 주기적으로 공유함으로써, 클러스터의 모든 노드는 시간이 지나면서 동일한 상태 정보를 갖게 됩니다.

Gossip 프로토콜은 장애 감지와 자율적인 복구에 중요한 역할을 하며, 특정 노드가 응답하지 않거나 상태 업데이트가 없는 경우 장애로 간주하여 클러스터 전체에 이를 알립니다. 이를 통해 클러스터는 자율적으로 장애 노드를 감지하고, 이를 복구하거나 대체할 수 있도록 조정합니다. Gossip 프로토콜은 확장성이 뛰어나 대규모 클러스터에서도 효율적으로 작동하며, 장애가 발생해도 클러스터의 일관성과 안정성을 유지할 수 있게 해줍니다. Akka.NET 클러스터에서 Gossip 프로토콜은 클러스터가 안정적으로 운영될 수 있도록 상태를 지속적으로 관리하고, 클러스터 내에서 리더 선출, 노드 추가 및 제거 등의 조정 작업에도 도움을 줍니다.

 

 

 

 

 

참조

https://getakka.net/articles/clustering/cluster-overview.html

Akka.Cluster Overview | Akka.NET Documentation

https://afsdzvcx123.tistory.com/entry/AkkaCluster-%EB%9E%80

Akka.Cluster 란?

https://www.slideshare.net/slideshow/akkanet-ndc2016/61378890#2

Akka.NET 으로 만드는 온라인 게임 서버 (NDC2016)