L4 と L7 の load balancing の違い、および forward proxy と reverse proxy の違いは何ですか？

Question

IT Interview Practice · Accepted Answer

**load balancer** は、受信トラフィックをバックエンドサーバーのプールに分散させ、どの 1 台も圧倒されず、サーバーが 1 台死んでもシステムが利用可能であり続けるようにします。核心的な区別は、それが動作する*層*です：

```text
        L4 (Transport)                        L7 (Application)
  routes by IP + port only            reads HTTP: path, headers, cookies, host
  ┌──────────────┐                    ┌──────────────┐
  │ balancer     │──▶ server A        │ balancer     │  /api/*   ──▶ API pool
  │ (TCP/UDP)    │──▶ server B        │ (HTTP-aware) │  /img/*   ──▶ static pool
  └──────────────┘──▶ server C        └──────────────┘  cookie=X ──▶ sticky backend
  fast, opaque, protocol-agnostic     smart routing, TLS termination, can inspect
```

**L4 load balancing** は Transport 層で動作します：パケットの中を見ずに、IP とポートだけに基づいて TCP/UDP コネクションを転送します。速くて安く、あらゆるプロトコルで動きますが、内容ベースの判断はできません。**L7 load balancing** は Application 層で動作します：コネクションを終端し、HTTP を解析し、URL path・host・ヘッダ・cookie でルーティングできます — path ベースのルーティング（`/api` 対 `/static`）、sticky session、TLS termination、圧縮、リクエストごとの再試行を可能にします。代償はリクエストごとの処理が増えることです。

**proxy** は仲介者であり、方向がタイプを定めます：

```text
FORWARD proxy: sits in front of CLIENTS, acts on their behalf (outbound)
   clients ──▶ [forward proxy] ──▶ internet    (corp filtering, caching, anonymity)

REVERSE proxy: sits in front of SERVERS, acts on their behalf (inbound)
   internet ──▶ [reverse proxy] ──▶ backend servers  (LB, TLS, cache, WAF)
```

**forward proxy** は*クライアント*を代表します — ユーザーとインターネットの間に立ち、フィルタリング、キャッシング、クライアント同一性の隠蔽を行います（企業 proxy、VPN 的な egress）。**reverse proxy** は*サーバー*を代表します — クライアントはそれと話していると思っていますが、それがバックエンド群の前に立ちます（nginx、Envoy、CDN エッジ）。L7 load balancer は特化した reverse proxy そのものであり、TLS termination、caching、rate limiting、WAF としての役割も自然に担います。

## なぜ重要なのか

load balancer と reverse proxy は、事実上あらゆるスケーラブルなシステムの入口であるため、senior エンジニアはそれらについて流暢に推論できると期待されます。L4 対 L7 のトレードオフは実際の設計判断です — 生の throughput とプロトコル非依存性、対、内容を理解したルーティングと機能 — 誤って選べば、ルーティングが必要な所に「頭の悪い」balancer を置くか、L4 で足りた所で L7 のオーバーヘッドを払うことになります。forward 対 reverse の区別はアーキテクチャの議論を明快にし、system design 面接に絶えず登場します。そこでは TLS の終端、cache の追加、health check、ゼロダウンタイムのデプロイのすべてが、この層を正しく扱うことにかかっています。

なぜ重要なのか

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