2. 가상화의 원리와 기술

2.1. 서버 가상화의 원리: 물리 서버에 여러 대의 가상 서버를 구축

2.1.1. 서버 가상화란

물리 서버 하나에 가상 서버 여러 대를 구축하는 기술. 서버 가상화의 종류에는 호스트 OS형, 하이퍼바이저형, 컨테이너형 가상화가 있음. 종류에 따라 호스트 OS와 게스트 OS가 존재하는지 여부가 달라짐.

2.1.2. 서버 가상화의 종류

서버 가상화 3종 계층 구조 비교:
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[호스트 OS형]          [하이퍼바이저형]        [컨테이너형]
┌──────┬──────┐       ┌──────┬──────┐       ┌──────┬──────┐
│ 앱 A  │ 앱 B  │     │ 앱 A  │ 앱 B  │      │컨테이너│컨테이너│
│게스트OS│게스트OS│     │게스트OS│게스트OS│    │ 앱 A  │ 앱 B  │
├──────┴──────┤       ├──────┴──────┤       ├──────┴──────┤
│  가상화 SW   │       │  하이퍼바이저  │      │  컨테이너 엔진│
├─────────────┤       ├─────────────┤       ├─────────────┤
│   호스트 OS  │       │             │       │   호스트 OS   │
├─────────────┤       ├─────────────┤       ├─────────────┤
│   하드웨어   │       │   하드웨어    │      │   하드웨어    │
└─────────────┘       └─────────────┘       └─────────────┘

→ 호스트 OS형: OS가 2겹 (호스트+게스트) → 오버헤드 큼
→ 하이퍼바이저형: 호스트 OS 없음 → 리소스 효율 ↑
→ 컨테이너형: 게스트 OS 없음 → 가장 가볍고 빠름

2.2. 호스트 OS형 가상화: 호스트 OS에서 여러 대의 게스트 OS가 동작

2.2.1. 호스트 OS형 가상화란

물리 서버에 OS(호스트 OS)가 설치되어 있고, 그 위에 가상화 소프트웨어를 설치해 가상 서버를 실행하는 기술. 예를 들어 호스트 OS를 리눅스로 두고, 가상화 소프트웨어로 게스트 OS를 윈도우로 실행할 수 있음. 어떤 게스트 OS를 실행할 수 있는지는 호스트 OS에 설치한 가상화 소프트웨어의 종류에 따라 다름.

2.2.2. 호스트 OS형 가상화 소프트웨어

2.3. 하이퍼바이저형 가상화: 호스트 OS가 필요 없음

2.3.1. 하이퍼바이저형 가상화란

물리 서버에 OS를 설치할 필요 없이, 하이퍼바이저라는 가상 환경 관리 소프트웨어를 물리 서버에 직접 설치하는 방식. 호스트 OS가 없으므로 OS 라이선스 요금이 들지 않고, 게스트 OS를 직접 제어해 컴퓨터 리소스를 활용하기 쉬움. 일반적으로 비교적 규모가 큰 가상 환경 구축에 사용.

도입 상황별 선택 기준:
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

[이미 서비스 중인 물리 서버가 있음]
    └─→ 그 위에 가상 환경을 얹음
        └─→ 호스트 OS형 선택이 많음

[처음부터 가상 환경을 구축]
    └─→ 호스트 OS 없이 바로 구성
        └─→ 하이퍼바이저형 선택이 많음

→ OS 라이선스 비용 절감 + 리소스 효율이 핵심 이점

2.3.2. 하이퍼바이저형 가상화 소프트웨어

2.4. 컨테이너형 가상화: 애플리케이션별로 독립적인 공간으로 구축

2.4.1. 컨테이너형 가상화란

컨테이너라는 단위로 애플리케이션과 그 실행 환경을 함께 분리하는 방식. OS 단위가 아닌 애플리케이션 단위로 가상화함. 게스트 OS를 사용하지 않고 호스트 OS에 컨테이너형 가상화 소프트웨어를 설치해 동작.

가장 큰 장점은 유연성. 다른 서버 가상화는 가상 서버를 늘릴 때 게스트 OS와 애플리케이션을 설치해야 하지만, 컨테이너형은 컨테이너를 만들고 애플리케이션을 넣기만 하면 됨. 가상 하드웨어·게스트 OS를 실행할 필요가 없어 성능도 좋음.

컨테이너 설계 원칙 - 1컨테이너 1애플리케이션:
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[비효율적 - 복잡한 단일 컨테이너]
┌─────────────────────┐
│  컨테이너             │
│  앱A + 앱B + DB + ... │  ✗ 변경 어려움
└─────────────────────┘  ✗ 재사용 어려움

[권장 - 단순 컨테이너 여러 개를 결합]
┌────┐ ┌────┐ ┌────┐
│앱 A│ │앱 B │ │ DB │   ✓ 생성 비용 저렴
└──┬─┘ └──┬─┘ └──┬─┘   ✓ 설계 변경 쉬움
   └───────┼───────┘     ✓ 조합·재사용 용이
        결합(연계)

→ 컨테이너 생성 비용이 매우 저렴하므로
   단순 컨테이너를 여러 개 만들어 결합하는 편이 효율적

2.4.2. 컨테이너형 가상화 소프트웨어의 대표: 도커

도커(Docker)는 OSS 컨테이너형 소프트웨어. 애플리케이션이 설치된 컨테이너 이미지를 모아둔 도커 허브(Docker Hub) 서비스가 있어, 내려받는 것만으로 필요한 컨테이너를 간단히 준비할 수 있음.

2.5. 클라우드의 서버 가상화

2.5.1. 아마존 EC2

하이퍼바이저형 가상화로, AWS 스토리지 서비스인 아마존 S3와 함께 사용 가능. 사용 목적에 따라 최적의 가상 머신 사양을 선택할 수 있음. 가상 머신 OS로는 아마존 리눅스, 윈도우 서버 등을 이용 가능.

2.5.2. GCE

구글 클라우드 플랫폼의 서버 가상화 서비스. 생성되는 인스턴스마다 가상 CPU 수와 가상 메모리 크기를 지정할 수 있어 용도에 맞는 사양의 가상 머신을 구성 가능.

2.5.3. 가상 머신(Azure)

애저의 서버 가상화 서비스. 사용 목적에 따라 최적의 사양을 선택하면 비용을 절감할 수 있음.

2.6. 네트워크 가상화의 원리: 물리적 구성과는 다른 논리적 네트워크를 구성

2.6.1. 네트워크 가상화란

물리적 네트워크 구성과는 다른 논리적 네트워크 구성을 만드는 기술. 두 개의 물리 네트워크를 하나처럼 보이게 하거나, 물리적 라우팅을 바꾸지 않고도 소프트웨어 설정만으로 구성을 구축할 수 있음. 부서별로 네트워크를 분리하거나, 다른 사업장의 네트워크를 하나로 통합해 공동 작업을 쉽게 만드는 등 유연한 변경이 가능. 클라우드에서도 가상 라우터 등을 조합해 요구에 맞는 네트워크를 구축할 수 있음.

2.6.2. 네트워크 가상화의 기술

소프트웨어만으로 구현하는 것이 아니라 여러 기술과 소프트웨어를 조합해 구현함.

2.7. VLAN: 물리 구성에 얽매이지 않는 유연한 네트워크 구현

2.7.1. VLAN이란

물리적 네트워크를 분할해 여러 논리 네트워크를 구축하는 기술. LAN은 기업·학교 같은 소규모 집합으로 구축된 통신망으로, 같은 통신망의 단말 사이에 파일 교환이나 프린터·스캐너 등 하드웨어 공유가 가능함. VLAN은 이런 LAN을 물리적 구성과 다른 구성으로 구축하는 기술.

포트 VLAN vs 태그 VLAN:
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[포트 VLAN] - 단일 스위치 내 분할
┌─────────────────────────┐
│        스위치             │
│ P1  P2 │ P3  P4 │ P5  P6 │
│ [VLAN 10] [VLAN 20] [VLAN30]│
└──┬──┬───┴──┬──┬──┴──┬──┬─┘
   PC PC     PC PC     PC PC
→ 다른 번호 포트끼리는 통신 불가
→ 가상으로 네트워크 분할

[태그 VLAN] - 여러 스위치 간 확장
스위치 A ──[데이터 + 태그(VLAN10)]──→ 스위치 B
          ──[데이터 + 태그(VLAN20)]──→
→ 스위치가 데이터에 그룹 태그를 부여
→ 동일 LAN이라도 여러 LAN처럼 가상화
→ 올바른 수신 그룹으로 데이터 전달

2.8. 오버레이 네트워크: VLAN의 약점을 극복하는 기술

2.8.1. 오버레이 네트워크란

태그 VLAN처럼 가상 네트워크 환경을 구축하는 기술이지만 사용 환경에 큰 차이가 있음. 서버 가상화와 함께 많은 수의 가상 서버가 사용되면 기존 네트워크 가상화로는 대응할 수 없게 되는데, 이런 상황에서 등장한 새로운 네트워크 가상화 기술. 물리적 네트워크 위에 가상 스위치를 설치하고 이를 이용해 가상 네트워크를 구축하므로, 물리 구성을 크게 바꾸지 않고도 가상 네트워크를 유연하게 변경할 수 있음.

2.8.2. 터널링이란

가상 스위치 간 통신에서 사용하는 기술. 패킷을 다른 패킷으로 덧씌워 전송하는 방식으로, VPN 통신 암호화나 IPv6 패킷을 IPv4 네트워크에 통과시킬 때 등 다양한 상황에서 사용됨. 오버레이 네트워크에서는 물리 구성에 영향받지 않고 원하는 가상 네트워크로 데이터를 전달하는 데 터널링을 사용함.

오버레이 네트워크와 터널링:
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[가상 서버 입장] - 같은 LAN처럼 보임
가상서버 A ───────────────→ 가상서버 B

[실제 동작] - 가상 스위치 + 터널링
가상서버A → 가상스위치 ┐
                      │ 원본 패킷에
              ┌───────┘ 외부 패킷을 덧씌움(캡슐화)
              ↓
   ╔══════════════════════╗
   ║  물리 네트워크 (터널)   ║  ← 물리 구성 변경 불필요
   ╚══════════════════════╝
              ↓
      대상 가상 스위치 → 가상서버B

→ 통신하는 가상 서버에서 보면
   물리적으로 연결된 LAN과 다르지 않음

2.9. VPN: 가상 전용선을 구축하는 기술

2.9.1. VPN이란

VPN은 가상 사설망을 구축하는 기술이며 WAN의 일종. 인터넷에 만들어진 가상 전용선을 통해 멀리 떨어진 거점 간에도 같은 LAN처럼 네트워크 환경을 구축할 수 있음. 과거에는 거점 간 데이터 도난을 막기 위해 전용선을 써야 했지만, VPN을 쓰면 전용선 없이 인터넷으로 데이터를 교환하면서 비용까지 줄일 수 있음.

2.9.2. VPN의 원리

VPN은 오버레이 네트워크의 한 종류로 터널링을 사용함. 거점 간에는 VPN을 지원하는 라우터로 접속되어 인터넷 또는 폐쇄형 네트워크에 전용 터널을 구축. 터널 내부에서는 IPSec으로 암호화된 데이터를 송수신하므로 더욱 안전함. 라우터끼리뿐 아니라 PC·스마트폰에서도 접속할 수 있어, 외부에서 회사 LAN에 연결하는 원격 근무도 가능. 사용자는 터널링·암호화를 의식하지 않고 VPN 접속 설정만으로 간단히 이용 가능.

VPN 통신 구조:
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[A 거점]                          [B 거점]
회사 LAN                          회사 LAN
   │                                 │
VPN 라우터                       VPN 라우터
   │                                 │
   └──╔══════════════════════════╗──┘
      ║  인터넷 / 폐쇄형 네트워크    ║
      ║  ┌────────────────────┐  ║
      ║  │ 암호화 터널(IPSec)   │  ║
      ║  └────────────────────┘  ║
      ╚══════════════════════════╝
              ↑
   원격 근무자(PC/스마트폰)도
   VPN 라우터·소프트웨어로 접속 가능

→ 전용선 없이 인터넷으로 안전·저비용 통신
→ 인터넷 VPN(저비용) / IP-VPN(고안전·고비용)

2.10. SDN: 소프트웨어로 네트워크를 정의

2.10.1. SDN이란

소프트웨어로 네트워크를 정의하는 기술을 일컫는 용어. 네트워크 가상화를 SDN과 동일하게 다루는 경우도 있을 만큼 네트워크 가상화에 필수적인 기술. SDN을 구현하는 소프트웨어를 SDN 컨트롤러라고 함. 네트워크 기기를 소프트웨어로 일괄 관리할 수 있어 관리가 용이하고 변경이 유연한 네트워크를 구축할 수 있음.

2.10.2. OpenFlow란

SDN을 구현하기 위한 기술로, 여러 네트워크 기기를 중앙에서 관리할 수 있음. 비영리 단체 ONF가 주체가 되어 보급. OpenFlow를 도입하면 각 기기에 직접 설정하는 대신 OpenFlow 컨트롤러라는 소프트웨어로 일괄 설정함. 관리자는 하나의 컨트롤러를 조작해 여러 네트워크 기기를 관리할 수 있음.

OpenFlow 중앙 집중 관리:
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[기존 방식]
관리자 → 기기1에 직접 설정
관리자 → 기기2에 직접 설정
관리자 → 기기3에 직접 설정
    ✗ 기기마다 개별 작업

[OpenFlow]
        관리자
          ↓
   ┌──────────────┐
   │OpenFlow 컨트롤러│
   └─┬───┬───┬────┘
     ↓   ↓   ↓
   기기1 기기2 기기3
    ✓ 하나의 컨트롤러로 일괄 관리

2.11. NFV

2.11.1. NFV란

네트워크 장치의 기능을 가상 환경의 소프트웨어로 구현하는 기술. 과거에는 방화벽·라우터 같은 네트워크 기기를 물리적으로 준비해야 했지만, NFV를 쓰면 가상 서버에 라우터·허브 등을 소프트웨어로 탑재하므로 구축 후에도 네트워크를 유연하게 변경할 수 있음. SDN과 혼동하기 쉽지만, SDN은 소프트웨어에 의한 네트워크 정의, NFV는 네트워크 기능의 가상화임.

2.11.2. NFV를 구성하는 아키텍처

NFV 아키텍처 구조:
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

   ┌────────────────────────┐
   │      NFV MANO          │  ← VNF·NFVI를 통합 제어
   │ (Management &          │     (오케스트레이션)
   │  Orchestration)        │
   └───────┬────────┬───────┘
           │ 제어    │ 제어
           ↓        ↓
   ┌──────────┐   ┌──────────┐
   │   VNF    │   │   NFVI   │
   │가상 네트워크│←─│물리 리소스 │
   │   장비    │제공│          │
   └──────────┘    └──────────┘

2.12. SD-WAN

2.12.1. SD-WAN이란

SDN과 비슷하지만 소프트웨어로 WAN을 정의하는 기술. WAN은 여러 거점을 연결하는 광역 네트워크망으로, 접속 시 인터넷 회선 외에 전용선·모바일 회선 등을 사용하며 기업에 따라 구분해 쓰기도 함. 최근 클라우드 도입으로 클라우드 서비스 트래픽도 많아졌는데, 이런 다양한 회선을 최적화할 수 있는 것이 SD-WAN. WAN의 네트워크 구성 변경은 상당히 어렵지만, 소프트웨어로 가상화해 중앙에서 관리할 수 있음.

2.12.2. SD-WAN의 기능

각 사이트에 CPE라는 전용 라우터가 있고 CPE 간에 네트워크를 구축함. GUI로 관리하므로 트래픽 상황을 보면서 다양한 회선을 조합해 WAN 부하를 낮추거나 원격 조작할 수 있음. CPE에는 제로 터치 프로비저닝 기능이 있어, 전원을 켜면 인터넷으로 설정 정보를 읽어 자동으로 초기 설정함 → WAN을 간편하게 구축 가능.

원격 근무로 네트워크 이용 방식이 크게 바뀌면서 유연한 SD-WAN이 매우 편리해졌고, 지금은 한층 진화한 SD-WAN 2.0이 주목받고 있음. 미국 사용자 그룹 ONUG가 2019년에 공개한 SD-WAN 2.0 레퍼런스 아키텍처는 멀티 클라우드 연결, 통합 보안 기능 등 사용 사례 요구사항을 지정함. 네트워크 가상화는 LAN·WAN에 머무르지 않고 글로벌 범위에서 큰 변화를 일으킬 수 있음.

2.13. 클라우드의 네트워크 가상화

2.13.1. 아마존 VPC(Virtual Private Cloud)

AWS의 네트워크 가상화 서비스. 공인 또는 사설 네트워크를 구축할 수 있음. 즉 사내 전용 리소스를 제공할지, 공용으로 쓸 수 있는 리소스를 제공할지 옵션으로 설정 가능. 논리적으로 분할된 네트워크를 구축할 때 IP 주소·서브넷·게이트웨이 등을 IPv4·IPv6 두 가지 모두에 대해 가상 네트워크에서 관리·제어할 수 있음.

2.13.2. VPC(GCP)

GCP의 네트워크 가상화 서비스. VPC 네트워크는 GCE·GKE·App Engine 등의 리소스에 접속 가능. 아마존 VPC처럼 사설·공용 네트워크 환경을 가상으로 구축해 유연하게 제어·관리. 온프레미스와 하이브리드 환경으로도 사용 가능하며, 동일 GCP 서비스인 Cloud VPN·Cloud Interconnect를 쓰면 안전하게 데이터 통신할 수 있음.

2.13.3. 가상 네트워크(Azure)

애저의 네트워크 가상화 서비스. 사설·공용 네트워크 환경을 유연하게 구축하고 서브넷 간 트래픽 전체를 세세하게 제어할 수 있음. 가상으로 나눈 네트워크에서 안전하게 가상 서버·애플리케이션을 구현 가능. 애저 환경을 데이터 센터처럼 취급할 수도 있으며, 여러 리전에 걸쳐 구축해도 애저 간 트래픽은 일반 인터넷을 거치지 않고 모두 애저의 가상 네트워크에서 송수신됨.

핵심 요약

2장 가상화의 원리와 기술 요약:
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[서버 가상화 3종]
├─ 호스트 OS형   : 호스트+게스트 OS / VirtualBox
├─ 하이퍼바이저형 : 호스트 OS 불필요 / Hyper-V, KVM, Xen
└─ 컨테이너형    : 게스트 OS 불필요 / Docker (가장 가벼움)

[컨테이너 설계 원칙]
└─ 1컨테이너 1애플리케이션 → 결합해서 사용

[클라우드 서버 가상화]
├─ AWS  : 아마존 EC2
├─ GCP  : GCE
└─ Azure: 가상 머신

[네트워크 가상화 기술]
├─ VLAN        : 포트 VLAN / 태그 VLAN
├─ 오버레이     : 가상 스위치 + 터널링 (대규모)
├─ VPN         : 가상 전용선 (오버레이 + 터널링 + IPSec)
├─ SDN         : 소프트웨어로 네트워크 "정의"
│   └─ OpenFlow: SDN 구현 기술 (중앙 관리)
├─ NFV         : 네트워크 "기능"을 가상화
│   └─ VNF / NFVI / MANO
└─ SD-WAN      : 소프트웨어로 WAN 정의 (CPE, ZTP)

[SDN vs NFV]
├─ SDN: 네트워크 정의/제어
└─ NFV: 네트워크 기능 가상화

[클라우드 네트워크 가상화]
├─ AWS  : 아마존 VPC
├─ GCP  : VPC
└─ Azure: 가상 네트워크

결론:
→ 서버 가상화는 호스트OS형 → 하이퍼바이저형 → 컨테이너형
   순으로 가벼워지고 효율적
→ 네트워크 가상화는 물리 구성에서 분리된
   유연한 논리 네트워크를 소프트웨어로 구현

참고 자료

관련 자료:

• Docker 공식 문서: https://docs.docker.com/
• VMware vSphere: https://www.vmware.com/products/vsphere.html
• KVM (Linux): https://www.linux-kvm.org/
• OpenFlow / ONF: https://opennetworking.org/
• 아마존 EC2: https://aws.amazon.com/ec2/
• 아마존 VPC: https://aws.amazon.com/vpc/
• Google Compute Engine(GCE): https://cloud.google.com/compute
• Azure Virtual Machines: https://azure.microsoft.com/products/virtual-machines/

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