2025. 3. 12. 18:11ㆍ개발/개발 방법론
2.2 시스템 설계 단계
시스템 설계 단계는 요구사항 분석을 기반으로 전체 시스템의 구조를 정의하는 과정입니다.
이 단계에서는 시스템이 어떤 방식으로 동작할 것인지(구성 요소, 인터페이스, 데이터 흐름 등)를 설계하며,
이후 구현 단계에서 개발자들이 이를 기반으로 상세한 기능을 구현할 수 있도록 명확한 아키텍처를 수립합니다.
📌 학습 목표
✔ 전체 시스템의 아키텍처 설계를 이해하고, 주요 구성 요소를 정의할 수 있다.
✔ 모듈 간 인터페이스 설계를 익히고, 데이터 흐름을 고려한 구조를 설계할 수 있다.
✔ 하드웨어 및 소프트웨어 설계 고려 사항을 이해하여 시스템의 안정성을 높인다.
✔ 설계 단계에서 검증 기법을 활용하여 오류를 사전에 예방한다.
📖 학습 내용
1. 시스템 수준의 설계 개념
시스템 설계(System Design)는 요구사항을 충족하는 소프트웨어 및 하드웨어 구조를 정의하는 과정으로,
전체적인 아키텍처(Architecture)를 설계하고, 시스템의 기능 및 데이터 흐름을 정의합니다.
📌 시스템 설계의 주요 목표
- 요구사항을 충족하는 구조적 설계
- 성능, 확장성, 유지보수성을 고려한 최적의 아키텍처 구축
- 모듈 간 원활한 데이터 흐름 및 인터페이스 정의
- 구현 단계에서 효율적으로 개발할 수 있도록 구조화
📌 시스템 설계 단계의 주요 개념
| 개념 | 설명 |
| 시스템 아키텍처(System Architecture) | 전체 시스템의 구성 요소와 연결 방식 정의 |
| 소프트웨어 아키텍처(Software Architecture) | 프로그램 구조 및 모듈 설계 |
| 데이터 아키텍처(Data Architecture) | 데이터베이스, 데이터 흐름 설계 |
| 하드웨어 아키텍처(Hardware Architecture) | 서버, 네트워크, 장비 구성 정의 |
✔ 이 단계에서 결정된 아키텍처는 이후 모든 개발 프로세스에 영향을 미치므로 신중한 설계가 필요합니다.
2. 모듈 간 인터페이스 설계
모듈 간 인터페이스 설계는 각 구성 요소(모듈)들이 어떻게 상호작용할지를 정의하는 과정입니다.
📌 모듈 간 인터페이스 설계의 주요 요소
| 요소 | 설명 |
| 모듈 분할(Modularization) | 각 기능을 독립적인 모듈로 분리하여 유지보수성을 높임 |
| 인터페이스 정의(Interface Definition) | 모듈 간 데이터 교환 방식(API, 함수 호출 등) 설계 |
| 데이터 흐름(Data Flow) | 입력 및 출력 데이터 정의 |
| 의존성 관리(Dependency Management) | 모듈 간 결합도를 최소화하여 유연한 설계 구현 |
📌 모듈 간 인터페이스 설계 방식
- API(Application Programming Interface) 설계
- RESTful API, gRPC 등 표준 프로토콜 사용
- 클라이언트-서버 간 데이터 교환 방식 정의
- 메시지 큐(Message Queue) 설계
- Kafka, RabbitMQ 등을 활용하여 비동기 방식 통신 구현
- 데이터베이스 연동(Database Integration)
- ERD(Entity-Relationship Diagram)를 활용하여 데이터 관계 정의
✔ 모듈 간 명확한 인터페이스 정의를 통해 시스템이 유연하고 확장 가능하도록 설계하는 것이 중요합니다.
3. 하드웨어 및 소프트웨어 설계 고려 사항
시스템을 효과적으로 설계하기 위해서는 하드웨어 및 소프트웨어의 균형 있는 설계가 필요합니다.
📌 하드웨어 설계 고려 사항
✔ 서버 및 네트워크 구성
- 클라우드(AWS, Azure) vs 온프레미스(사내 서버) 선택
- 부하 분산(Load Balancing) 및 가용성 고려
✔ 스토리지 및 데이터 관리
- 데이터베이스 선택(MySQL, PostgreSQL, MongoDB 등)
- 데이터 백업 및 복구 전략 수립
✔ 보안(Security) 설계
- 사용자 인증(Authentication), 권한 관리(Authorization)
- 데이터 암호화(Encryption) 및 방화벽 구성
📌 소프트웨어 설계 고려 사항
✔ 설계 패턴(Design Patterns) 활용
- MVC(Model-View-Controller), MVVM, Microservices 등 패턴 선택
✔ 확장성(Scalability) 및 성능 최적화
- 동시 사용자 증가 시 대응 방안 (Auto Scaling, Caching)
✔ 에러 처리 및 로깅 전략
- 예외 처리(Exception Handling) 및 로깅 시스템 구축
✔ CI/CD(Continuous Integration/Continuous Deployment) 고려
- 지속적 배포 환경 구성(GitHub Actions, Jenkins 등)
✔ 배포 전략 선택
- 블루-그린 배포(Blue-Green Deployment), Canary 배포 등
4. 설계 단계에서의 검증 기법(Verification Techniques)
설계 단계에서의 검증(Verification)은 설계가 올바르게 이루어졌는지를 평가하는 과정입니다.
이 단계에서 오류를 조기에 발견하면 개발 및 유지보수 비용을 크게 절감할 수 있습니다.
📌 설계 검증 기법
| 검증 기법 | 설명 | 활용 사례 |
| 설계 리뷰(Design Review) | 설계 문서를 검토하여 논리적 오류 및 일관성을 확인 | 아키텍처 리뷰, 코드 리뷰 |
| FMEA(Failure Mode and Effects Analysis) | 고장 발생 가능성과 영향도를 분석하여 위험 요소를 제거 | 안전-critical 시스템 (자동차, 항공기) |
| 시뮬레이션(Simulation) | 설계된 시스템의 성능을 가상 환경에서 테스트 | 네트워크 성능 테스트, 부하 테스트 |
| 프로토타이핑(Prototyping) | UI/UX 및 기능 시뮬레이션을 통해 사용자 피드백을 받음 | 모바일 앱, 웹 애플리케이션 |
✔ 설계 검증을 통해 개발 초기에 오류를 예방하고, 품질을 높이는 것이 핵심 목표입니다.
🛠 실습: 시스템 다이어그램 및 아키텍처 설계 문서 작성
📌 실습 목표
- 전체 시스템 아키텍처를 설계하고 문서화한다.
- 모듈 간 인터페이스 및 데이터 흐름을 정의한다.
- 설계 검증 기법을 적용하여 설계의 논리적 일관성을 점검한다.
📌 실습 과제
- 시스템 다이어그램 작성
- 예제 프로젝트: 온라인 쇼핑몰 시스템
- 시스템 구성 요소(사용자, 서버, 데이터베이스) 다이어그램 작성
- 클라이언트-서버 간 인터페이스 정의
- 아키텍처 설계 문서 작성
- 요구사항에 기반한 설계 문서(SAD, Software Architecture Document) 작성
- 모듈 간 인터페이스 및 API 명세 정리
- 설계 검토 진행
- 설계 리뷰 미팅 진행
- 설계의 논리적 오류 및 개선 사항 피드백 반영
✔ 이 실습을 통해 실무에서 활용할 수 있는 설계 문서를 작성하고, 시스템 아키텍처를 체계적으로 설계하는 방법을 익힐 수 있습니다.
✅ 결론
✔ 시스템 설계 단계는 개발의 토대를 마련하는 중요한 과정이며, 전체적인 구조를 명확하게 정의해야 합니다.
✔ 모듈 간 인터페이스 설계를 통해 유지보수성과 확장성을 고려해야 합니다.
✔ 설계 검증 기법을 활용하여 오류를 조기에 발견하고, 품질을 보장해야 합니다. 🚀