Viewstamped Replication (VSR)

개요

Viewstamped Replication(VSR)은 분산 시스템에서 고가용성과 데이터 일관성을 보장하기 위한 복제 프로토콜로, 장애 허용(fault-tolerant) 환경에서의 리더 기반 합의를 통해 시스템 무결성을 유지합니다. Paxos 및 Raft와 유사한 계열의 프로토콜로, 주로 로그 복제, 상태머신 복제(State Machine Replication)에 사용되며, 복잡한 장애 상황에서도 데이터 정합성을 보장합니다.

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1. 개념 및 정의

항목	내용	비고
정의	장애 상황에서도 데이터 일관성을 유지하기 위한 리더 기반 복제 합의 프로토콜	MIT, 1988년 최초 발표
목적	서버 장애 발생 시에도 일관된 요청 처리 보장	Primary-backup 모델 기반
필요성	클러스터 환경에서 복제본 간 데이터 동기화 및 장애 대응	Paxos에 비해 구조가 명확함

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2. 특징

항목	설명	비고
View 개념 사용	리더 선출을 위한 논리적 세션 단위로 View 사용	Paxos의 ballot 개념과 유사
리더 기반 구조	Primary(리더)가 클라이언트 요청을 수신 및 복제	리더 장애 시 View Change 발생
합의 및 커밋 분리	로그 복제와 커밋 과정이 명확히 구분됨	상태머신 일관성 보장

명시적 뷰 변경(View Change) 메커니즘으로 가용성과 일관성 균형을 달성합니다.

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3. 구성 요소

구성 요소	설명	비고
Primary	클라이언트 요청 수신 및 명령 전파 역할	리더 역할 수행
Backup	Primary의 명령을 수신하고 저장	과반수 이상 응답 시 커밋 가능
View Number	현재의 리더 세션을 나타내는 식별 번호	View Change 발생 시 증가
Log Entry	상태 머신에 적용할 명령어와 인덱스 정보 포함	모든 복제본에 동기화됨
Commit Index	클라이언트에 응답이 보장된 명령의 인덱스	상태머신에 적용 가능 시점

구성 요소 간의 상호작용으로 시스템의 무결성을 확보합니다.

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4. 기술 요소

기술 요소	설명	활용 예
View Change	리더 장애 시 새로운 Primary 선출 과정	과반수 응답 확보 필요
Replication	명령어 로그를 다른 노드에 전파 및 저장	백업 서버 간 동기화 수행
Client Request Handling	Primary가 요청 수신 및 복제 시작	이중 응답 방지 구조 포함
Safety & Liveness	무결성과 진전성 동시 보장	비잔틴 장애는 비대상

Paxos보다 이해하기 쉬우며, Raft와 개념적으로 유사합니다.

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5. 장점 및 이점

항목	설명	기대 효과
고가용성 보장	일부 노드 장애 시에도 시스템 운영 가능	서비스 연속성 유지
데이터 일관성 유지	모든 복제본 간 로그 일치	정합성 기반 상태머신 작동
리더 선출 메커니즘	장애 발생 시 빠른 리더 교체 가능	시스템 복구 시간 단축
명확한 단계 구분	View → Prepare → Commit으로 구조화	구현 및 디버깅 용이

운영 중 발생하는 장애에 유연하게 대응할 수 있도록 설계되어 있습니다.

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6. 주요 활용 사례 및 고려사항

사례	설명	고려사항
데이터베이스 로그 복제	분산 데이터베이스에서 변경 사항 동기화	로그 순서 보장 필수
분산 스토리지 시스템	장애 발생 시 데이터 무결성 확보	View Number 관리 주의
마이크로서비스 상태 유지	상태 기반 서비스 간 일관성 확보	리더 선출 충돌 방지 필요
클라우드 기반 복제 시스템	고가용 인프라에서 상태머신 복제	네트워크 분할 대응 설계 필수

복잡한 장애 상황에서도 일관성을 유지하는 설계가 중요합니다.

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7. 결론

Viewstamped Replication은 분산 시스템에서 리더 기반으로 일관성과 가용성을 동시에 보장하는 복제 프로토콜입니다. Paxos 대비 구조가 명확하고, Raft와 유사한 설계 덕분에 시스템 설계 및 디버깅이 쉬운 장점을 가집니다. 클러스터 기반의 상태머신 복제, 로그 동기화, 장애 복구 환경 등에서 핵심 역할을 하며, 분산 시스템 구현에 있어 필수적인 개념입니다.