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[칼럼] 네트워크는 변하는데, 라우팅은 하던 대로 하시나요?

Korea Blog Editor
2016-11-02

네트워크 운영 및 관리 측면에서 애플리케이션을 고려한 네트워크 운영은 SD-WAN(Software Defined-WAN)이라는 새로운 서비스 영역을 만들어냈습니다. 그 배경에는 무조건적으로 장비 규모를 확장하던 방식에서 기존 리소스를 최적화하고 의미있는 트래픽을 효과적으로 관리하여 투자 비용은 줄이고, 서비스는 지속적으로 확장할 수 있게 하자는 시대적 요구가 있습니다. 여기에 기존의 복잡한 IP/MPLS 기술을 단순화하면서 확장성을 고려한 솔루션이 있다면, 보다 적극적인 검토가 이루어질 것으로 생각합니다.

그래서 오늘은 세그먼트 라우팅과 애플리케이션 라우팅이라는 새로운 라우팅 방식을 소개해 드리겠습니다.

세그먼트 라우팅(Segment Routing)

세그먼트 라우팅은 기본적으로 소스 라우팅 기술을 사용하며, 트래픽 경로 제어를 위하여 세그먼트 정보의 스택(stack of segments)을 활용합니다. 제공되는 세그먼트 스택 정보는 인입 패킷의 헤더에 추가되며, 제공된 스택를 기반으로 각 노드에서 트래픽 경로 조정 (steering)을 수행합니다.

여기서 세그먼트란 용어가 생소한데, 일반적으로 prefix, 노드, adjacency(link) 및 peer 정보로 대표될 수 있습니다. 가령 MPLS 네트워크의 경우 특정 노드/Prefix로 가는 경로에 대한 label정보이며, IPv6의 경우는 확장 헤더정보(Extended header)를 활용합니다.

MPLS 네트워크에서 세그먼트 라우팅의 기본 동작 개념은 다음과 같이 정리할 수 있습니다.

Data Plane: MPLS label 기반으로 동작하며, 기존 IP/MPLS와 연동성 제공
Control Plane: IGP (OSPF, ISIS)만으로 label 분배 지원, LDP 및 RSVP TE 프로토콜이 필요하지 않음으로 프로토콜 운영의 단순화를 제공
세그먼트(Segment)의 종류: 기본적으로 Prefix Segment / Node Segment / Adjacency Segment
제어방식: SDN 콘트롤러에 의한 중앙 집중식 제어 또는 라우터 박스 단위의 분산 제어

세그먼트 라우팅의 동작 원리

일반적인 세그먼트 라우팅의 동작 원리는 다음과 같습니다. 토폴로지 구성에서 노드-A에서 노드-Z로의 트래픽 경로 설정은 중간 노드-7을 경유하지 않는 경로로 설정할 경우 “세그먼트 라우팅의 일반적인 동작 개념”을 도식화 하였습니다.

노드-A에서 인입되는 패킷 헤더에 Node Segment(16005), Adjacency Segment(56056), Node Segment(16101)가 추가되며, 각 노드에서의 해당 label을 기반으로 트래픽 경로를 처리하고 있습니다.

세그먼트 라우팅의 장점

세그먼트 라우팅은 config 측면에서도 기존의 MPLS 트래픽 엔지니어링 기술에 비해 상당히 간단하며, 대략 3 라인의 config 만으로도 동작이 가능합니다. 또한 운영 측면에서도 필요한 프로토콜은 앞서 소개한 바와 같이 IGP만으로 제어가 가능함으로 신규 서비스 추가 및 장애 발생시 원인 추적이 상당히 용이합니다.

가장 중요한 이점은 SDN 콘트롤러와 결합하여 애플리케이션기반 라우팅 정책 수립이 가능하다는 점입니다.

세그먼트 라우팅은 2012년도부터 기술 검토가 이루어 졌으며 현재 IETF에서 표준화 작업을 진행 중입니다. 또한 RFC7855의 표준화 발표를 시작으로 그 영역이 점차 확대 될 예정입니다. 현재 시스코 외 타사의 라우터 제품군에서도 세그먼트 라우팅 기능이 지원되므로, 멀티벤더 환경에서도 충분히 구현 가능한 기술입니다.

애플리케이션 라우팅이란?

그럼 시스코가 이야기하는 애플리케이션 라우팅(Application Engineered Routing)이 무엇인지 알아봅시다.

애플리케이션 라우팅을 구현하기 위해서는 애플리케이션, SDN 콘트롤러 및 세그먼트 라우팅을 지원하는 네트워크의 세 가지 구성 요소가 필요합니다. 각 구성 요소를 통한 단계적 동작은 아래 그림을 통해 설명할 수 있습니다.

1 단계 : 애플리케이션이 필요한 네트워크의 요구사항을 SDN 콘트롤러에 전달하는 과정입니다.
2 단계 : SDN 콘트롤러는 전체 네트워크의 상태 및 가시성을 확보하기 위해서 관련 데이터를 수집하며, 1단계에서 수집된 애플리케이션 요구사항을 반영한 네트워크 경로를 계산합니다.
3 단계 : SDN 콘트롤러는 계산된 네트워크 경로에 대한 세그먼트 정보를 First-hop 라우터의 인입되는 패킷의 헤더에 추가합니다. 이를 통해 애플리케이션의 요구사항을 만족하는 경로로 트래픽 흐름의 제어가 가능해집니다. 물론 네트워크의 상태의 변화 및 애플리케이션의 요구사항이 변경될 때 마다 SDN 콘트롤러는 이를 반영하여 트래픽을 제어할 수 있습니다.

애플리케이션 라우팅 활용법

그럼, 이 애플리케이션 라우팅은 어떻게 활용될 수 있을까요?

예를 들어, 시스코가 제공하는 SDN 콘트롤러 중 하나인 WAE(WAN Automation Engine)을 살펴보겠습니다. WAE는 현재 네트워크의 현황을 파악하기 위해 관련 정보를 수집하는 기능을 가지고 있습니다. 수집하는 방법은 BGP-LS, Netflow 및 SNMP와 같은 프로토콜을 사용할 수 있으며, 이를 바탕으로 전체 네트워크의 토폴로지, 트래픽 사용량, Congestion 상황을 파악할 수 있습니다. 이를 기반으로 WAE의 시뮬레이션 기능을 활용할 수 있는데요, 현재 및 과거의 상태 정보를 기반으로 신규 서비스 추가 및 대역폭 확대에 따른 네트워크의 영향도를 추정할 수 있습니다.

서비스 시나리오

WAE의 기능과 세그먼트 라우팅 기능을 결합하면 어떤 서비스 시나리오가 탄생할까요?

사업자가 기존 애플리케이션을 통해 새로운 서비스를 추가하려고합니다. 요구되는 조건은 SLA(Service Level Agreement)를 만족하는 신규 대역폭(2Gbps) 추가입니다.

WAE를 통해 현재 네트워크의 상태를 분석해 보았습니다. 일반적인 라우팅 계산에 따르면 해당 애플리케이션은 노드-C와 노드-D구간을 반드시 경유하게 되어 있습니다. 그런데, 노드-C와 노드-D간의 네트워크 구간의 SLA를 저해하는 혼잡도(Congestion)가 발생되고 있습니다. 일반 라우팅만으로는 경로 관리가 되지 않는 것입니다.

이럴 때, 제어가 필요한 것입니다. 앞서 설명드린 애플리케이션 라우팅 개념은 이와 같은 상황에서 SDN 콘트롤러인 WAE에서 해당 혼잡구간을 회피하면서 애플리케이션이 요구하는 수준을 만족하는 네트워크 경로를 계산합니다.

이때 계산되는 네트워크 경로는 아래의 그림의 경우는 노드-C, 노드-D 및 노드-P의 새로운 경로입니다. 해당 경로는 세그먼트 스택정보로 구성되어 WAS 콘트롤러에 의하여 라우터에 전달이 되며, 해당 라우터는 인입되는 트래픽의 헤더에 관련 세그먼트 정보를 추가하여 특정 애플리케이션의 트래픽이 SLA를 만족할 수 있는 경로로 우회하도록 도와줍니다.

이와 같은 사례는 여러 가지 방안으로 활용될 수 있으며, 또한 LAN, WAN뿐 아니라 DC네트워크에서도 충분히 활용될 수 있습니다.

요약하면, SDN 콘트롤러와 세그먼트 라우팅이 결합된 애플리케이션 라우팅은 점점 복잡해지는 네트워크 구조를 단순하고 (Simple), 민첩하며(Agile), SDN기반 네트워크로 진화하는 방안을 제시합니다.

Simple : 복잡하게 동작하는 프로토콜의 통합 (IGP만으로 세그먼트 라우팅 운영)
Agile : 모든 네트워크 영역으로 확대 적용 (DC에서 WAN망을 통해 사용자까지 적용)가능하며, NFV기반의 네트워크 Virtualization에도 적용
SDN Programmable : 엔드 투 엔드로 애플리케이션 중심으로 네트워크를 정의할 수 있는 SDN 네트워크를 손쉽게 구현할 수 있습니다.

이와 같은 애플리케이션 라우팅의 기능은 신규 투자 비용은 최적화, 운영 비용 절감, 신속한 신규 사업모델 확대와 같은 측면에서 다양한 이점을 제공하고 있습니다.