CAP 이론

CAP 이론은 분산 데이터베이스 시스템을 바탕으로,
네트워크 분할 허용(Network Partition)이 이루어지는 경우에
일관성(Consistency) / 가용성(Availability)을 동시에 만족하는 것은 불가능하며,
‘일관성’과 ‘가용성’ 중 ‘하나만 가질 수 있다’는 이론이다
(블록체인 트릴레마와 비슷한 개념)

‘모든’ 노드에 정보를 업데이트하여
‘일관성’을 지키되 ‘가용성’을 포기할 것인가?

혹은 ‘일부’ 노드에만 정보를 업데이트하여
‘가용성’을 지키되 ‘일관성’를 포기할 것인가?

CAP 요소

  • 분할 허용(P, Partition Tolerance)

    👉 노드간 통신이 실패하는 경우라도 시스템은 정상 동작 한다
    ‘여러 개의 네트워크’가 동작하고 있을 때 접속이 단절되어🚫 서로 메시지를 주고받지 못하더라도 서비스가 잘 동작해야 한다

  • 일관성(C, Consistency)

    👉 모든 요청은 최신 데이터 또는 에러를 응답받는다
    분산 시스템에서의 요청 및 응답 과정에서, ‘노드가 여러 개’ 있더라도 마치 '한 노드에서 실행되는 것처럼' 동작해야 한다

  • 가용성(A, Availability)

    👉 모든 요청은 정상 응답을 받는다
    분산 시스템이 지속해서 가용하기 위해서 장애 없는(Non-Failing) 노드에 수신된 모든 요청은 반드시 응답돼야 한다

CAP의 상관관계

  • CA 👉 일관성과 / 가용성을 충족하지만 / 분할 허용을 충족하지 못한다
    데이터에 대한 강한 신뢰를 부여할 수 있지만,
    네트워크 문제가 시스템의 중단을 야기할 수 있다

  • CP 👉 일관성과 / 분할 허용을 충족하지만 / 가용성을 충족하지 못한다
    높은 확장성으로부터 성능을 확보할 수 있지만 일부 데이터가 비가용할 수 있다

  • AP 👉 가용성과 / 분할 허용을 충족하지만 / 일관성을 충족하지 못한다
    부정확한 응답을 허용하는 고성능 시스템에 적합하다

AP 예시

철수는 근처 펍에 가서 2018 월드컵 조별리그, 한국 대 독일의 경기를 보고 있고, 영희는 한국이 이기지 못할 것으로 생각해서 학교에서 시험 공부를 하고 있습니다. 경기가 끝나고 한국이 2:0 으로 이겼을 때, 철수는 감격한 나머지 포털 사이트에 접속해서 경기 결과를 재확인한 후 영희에게 카카오톡으로 메시지를 보내 경기 결과를 알려주었습니다.

한국이 무려 2:0 으로 승리했다는 소식을 듣고 영희는 포털 사이트에 접속했으나 영희가 접속한 포털 사이트에는 여전히 게임이 진행되고 있다라는 표시가 나타났습니다.

즉, 철수는 최신 업데이트가 된 정보를 받을 수 있었지만, 영희는 최신 업데이트가 된 정보를 받지 못했습니다. 다른 말로 철수와 연결된 서버 노드는 월드컵 경기가 끝나고 결과를 확인했지만, 영희와 연결된 서버 노드는 새로운 결과를 받지 못한 것입니다. 이러한 경우는 가용성을 우선시하고 Linearizable한 ‘일관성을 포기’한 것이라 할 수 있습니다.

PACELC 이론

CAP 이론에 따르면 ‘일관성’과 ‘가용성’은 완전한 대립 관계에 있지만,
사실 완벽한 CP 시스템과 AP 시스템은 쓸모가 없다
그리고 완벽한 CA 시스템은 가질 수 없다

CAP 이론의 단점들을 보완하기 위해 나온 이론이 바로 ‘PACELC’ 이론이다

  • 네트워크 분할(P) 상황
    분할 상황(P)에서는 단절된 노드에 접근할 수 없기 때문에
    👉 ‘일관성’을 포기하고 ‘가용성’을 제공할지(PA)
    👉 ‘가용성’을 포기하고 ‘일관성’을 유지할지(PC)의 정도를 결정해야 한다

  • 네트워크 정상(E) 상황
    정상 상황(E)에서는 모든 노드에 업데이트를 반영해
    👉 ‘일관성’을 유지하기 위한 긴 ‘대기 및 응답시간’을 가질지(EC),
    👉 ‘일관성’을 포기하고 ‘짧은 지연시간’을 가질지(EL)의 정도를 결정해야 한다

CAP / PACELC 관점에서의 블록체인

  • CAP 관점에서의 블록체인 ‘가용성’과 ‘분할 허용’을 충족하는 AP 시스템이다

  • PACELC 관점에서 보면 블록체인은 ‘일관성’보다는 ‘가용성’과 ‘지연시간’을 중시한 분산 시스템이다

네트워크 분할 상황

분할 상황에서 블록체인은 일관성보다는 가용성에 초점을 둔다
👉 채굴자는 자신이 참조하고 있는 블록이 네트워크에서 아직 합의를 이루지 못했다 할지라도 이전 블록으로 삼아 채굴을 이어간다 >

네트워크 정상 상황


정상 상황에서 블록체인은 일관성보다는 짧은 지연시간에 초점을 둔다
👉 블록체인에서는 채굴된 새 블록 혹은 더 무거운 체인 등을 통해 원장의 업데이트가 제안되는데, 모든 노드가 이를 따를 필요는 없다

⭐ 블록체인은 ‘가용성’과 ‘지연시간’을 중시하지만 충분한 완결성이 부여된 블록에 대해서는 높은 확률로 '일관성'을 보장하는 분산 시스템이다

현재 상태에 대해서는 👉 가용성과 지연시간을 중시하고
과거 상태에 대해서는 👉 일관성을 중시하는 분산 시스템이다

참고 했던 사이트 🖥

http://happinessoncode.com/2017/07/29/cap-theorem-and-pacelc-theorem/