4주차 정리

네트워크 자원 관리에 큰 부하를 주는 3가지 애플리케이션 영역

빅데이터,  클라우드 컴퓨팅,  모바일 트래픽

1. 빅데이터

좁은 의미: 기존의 데이터분석, 관리도구가 처리할 수 있는 역량을 넘은 대규모 데이터

넓은 의미: 방대한 데이터(테라바이트, 페타바이트, 엑사바이트이상규모의데이터)를 생성, 가공, 관리, 저장하기 위한 모든 기술과 장치

 

예시)

1. 분산 데이터 센터, 데이터 웨어하우스, 클라우드 기반 저장 장치 -> 기업 네트워크

2. 웹 로그, 인터넷 문서, 인터넷 검색 인덱싱, 통화 기록, 과학기술 연구 데이터, 군사 감시 활동, 의학 기록, 영상 아카이브, 전자 상거래 등

-> 디지털로 이루어진 대규모 데이터

 

저장 장치 비용 감소, 데이터 마이닝과 BI(Business Intelligence) 도구의 성숙, 개인 정보가 포함된 대규모 데이터 저장에 대한 정부의 규제 및 판례와 같은 요소들은 빅데이터와 기업 네트워크의 통합에 기여되었다.

 

전통적인 비즈니스 데이터 저장 및 관리 기술)

RDBMS, NAS, SAN(Storage Area Network), 디지털 웨어하우스(DW), 비즈니스 인텔리전스(BI) Analytics

위 기술들은 기업 인프라 내부에 고도로 집중되어 있다. RDBMS, 고성능 저장 장치, 온라인 분석 처리 도구(OLAP) 등으로 구성.

 

NAS는 파일 서버 형태의 스토리지 시스템으로 파일 단위로 데이터를 액세스

SAN은 전용 네트워크를 통해 연결되는 블록 스토리지 시스템으로 블록 단위로 데이터를 액세스

 

빅데이터 네트워크)

 

데이터 웨어하우스: 여러 소스에서 받은 데이터를 통합 보유

데이터 관리 서버: 대규모 서버 집합, 데이터 분석 어플리케이션 실행, 기업 활동 데이터(재무, 전자상거래) 통합 및 구조화

워크스테이션/데이터 처리 시스템: 빅데이터 어플리케이션 실행 명령, 빅데이터 웨어하우스의 입력 생성

네트워크 관리 서버: 네트워크 관리, 제어, 모니터링 수행

 

2. 클라우드 컴퓨팅

 

ITU-T(International Telecommunication Union-Telecommunication Standardization Sector)은 국제전기통신연합(ITU)의 하위 기구 중 하나로, 전기통신 분야의 국제 표준화 기구입니다.

 

 

ITU-T의 클라우드 네트워크 모델)

 

A.  클라우드 서비스 사업자는 지역적 규모의 클라우드 인프라스트럭처를 하나 또는 여럿 운영.

1. 클라우드 내 네트워크

- 데이터베이스 서버, 저장 장치 어레이 및 기타 서버들(방화벽, 부하 분산기, IDS/IPS) 등 인프라스트럭처 구성 요소 연결

- IP 라우터로 연결된 LAN 구간을 포함

 

2. 클라우드 간 네트워크

- 클라우드 인프라 스트럭처들을 연결

- 동일 사업자 혹은 다른 사업자 클라우드를 연결 가능

 

3. 코어 전송 네트워크

- 고객이 클라우드 사업자의 데이터 센터에서 실행되는 클라우드 서비스를 액세스 하기 위해서 사용

 

B.  두가지 유형의 OSS(Operations Support System, 운용 지원 시스템)

1. 네트워크 OSS

- 통신 사업자 전용의 시스템

- 서비스 관리, 네트워크 장비 목록의 유지 관리, 네트워크 구성 요소의 설정 관리, 장애 관리 제공

 

2. 클라우드 OSS

- 클라우드 컴퓨팅 서비스 사업자 전용 시스템

- 클라우드 리소스 유지 관리, 모니터링, 설정 프로세스 제공

 

3. 모바일 트래픽

발전

휴대폰의 성능 발전으로 인한 스마트폰의 등장 ->

통화에서 데이터에 초점이 맞춰짐 ->

스마트폰의 입출력 기능이 제한적 ->

모바일 앱을 통해서 원하는 정보에 즉시 액세스 가능 ->

위치 정보등을 기반으로 맞춤형 정보 제공 가능 ->

사용자가 정보를 찾는 게 아니라, 정보가 사용자를 찾아간다.

 

엔터프라이즈 트래픽의 3가지 유형

1. 모바일 데이터 트래픽: 모바일 연결 지점을 거치는 모든 엔터프라이즈 트래픽

2. 관리된 내부 IP 트래픽: IP계층을 통해서 전송 되지만 기업 WAN 구간을 벗어나지 않는 엔터프라이즈 트래픽

3. 인터넷 트래픽: 공중 인터넷망을 거치는 모든 엔터프라이즈 트래픽

 

엔터프라이즈 네트워크는 급속히 증가하느 모바일 데이터 부하를 다루기 위해 유연해야 한다.

모바일 데이터 부하는 급격히 달라지는 액세스 지점, 매우 다양한 탄력적, 비탄력적 트래픽 유형을 가진다.

SDN과 NFV는 이러한 역동적 부하에 대응하기 적합하다.

 

QoS & QoE

위에서 본 3가지 애플리케이션 영역으로 인해서 네트워크의 부하가 커진 상황에서 기업은 QoS와 QoE라는 네트워크 성능을 정량화하는 두 가지 개념을 도입한다.

 

1) QoS(Quality of Service, 서비스품질)

2) QoE(Quality of Experience, 체감품질)

 

네트워크 관리자가 네트워크가 사용자의 요구 조건을 만족시키는지 확인.

네트워크 관리 및 트래픽 제어의 문제 영역을 진단.

 

1. QoS(Quality of Service, 서비스 품질)

필요성: HW 실행이 아니라 클라우드로 옮겨갔을 때와 같은 경우에도 비즈니스 애플리케이션이 지속적으로 필요한 성능을 보장받을 수 있도록 한다.

 

의미: 인프라스트럭쳐가 제공하는 성능 및 효율성, 특정 작업에 우선순위를 매기고 서비스 수준을 만족시키기 위해 필요한 리소스를 할당하는 능력.

 

활용 예시: 애플리케이션과 가상 게스트에게 프로세스, 메모리, I/O, 네트워크 트래픽 리소스를 할당할 때 활용 가능.

 

특징)

- 정확히 측정 가능

- 네트워크 설계와 운용 가이드함

- 고객과 사업자가 트래픽 플로우의 정량적 네트워크 성능에 대해서 동의할 수 있는 측정 가능한 정량적인 목표를 제시.

 

2. QoE(Quality of Experience, 체감 품질) 

의미: 사용자가 보고하는 성능의 주관적인 척도로 정의한다.

 

유형)

- 지각적 요소: 감각적 측면(사용자 경험), 동영상의 밝기, 대비, 깜빡임, 왜곡 등, 오디오의 명료함, 음색 등

- 심리적 요소: 사용자의 감정(사용 편의성, 기쁨, 유용성, 체감 품질, 만족도, 분노, 지루함 등)

- 상호 작용 요소: 사용자와 애플리케이션의 상호 작용에 대한 경험 측면(응답성, 자연스러움, 의사소통 효율성, 접근성)

 

특징)

- QoE를 정량적 기준으로 변환하여 표현하는 것이 어렵다.

- QoS에 비해서 QoE는 관리하기 까다롭다.

- 개인의 의견에 의존한다.

- QoE는 멀티미디어 전송에 중요하다.

- 동일한 QoS에서도 동영상 인코딩 방식에 따라서 사용자 체감 품질이 달라지는 경우 때문에 QoE 등장.

- QoE는 QoS를 보완하는 역할을 한다.

 

라우팅

라우팅)

 라우팅(Routing)은 컴퓨터 네트워크에서 데이터 패킷을 송수신하는 경로를 결정하는 과정을 의미한다. 즉, 송신자와 수신자 사이의 최적 경로를 선택해 데이터를 전송하는 것이다. 라우터(Router)라는 장비를 이용하여 라우팅 작업을 수행한다. 라우터는 네트워크 상의 다른 장비들과 연결되어 있으며, 다른 네트워크에 속한 장비와 통신할 수 있도록 해준다.

 

경로 결정기준)

간단한 방법: 최소 홉 경로(최소 수의 노드를 통과하는 방식-벨만 포드)

일반적인 방법: 최소 비용 경로(각 링크마다 매겨진 비용을 고려했을 때 최소 비용-다익스트라)

<네트워크 경로 결정 예시>

네트워크 설계 목표를 만족시킬 수 있도록 비용을 할당해야 한다.

1. 데이터 속도에 반비례하게 비용 할당

2. 링크의 지연시간에 비례하게 비용 할당

 

패킷 포워딩)

라우터의 핵심기능은 도착하는 패킷을 받아서 포워딩하는 것. 따라서 라우터는 포워딩 테이블을 관리.

 

 

그림 2.8의 포워딩 정보와는 달리 다음의 정보를 포워딩 결정에 사용할 수 있다.

 

1. 장애: 노드나 링크의 장애 발생 -> 경로 일부 사용 불가능

2. 혼잡: 혼잡 영역을 통과하지 않고 우회해서 패킷 전송

3. 토폴로지 변경: 새로운 링크나 노드의 삽입시 새로운 경로로 변경도 가능하다. -> 적응형 라우팅 사용

 

적응형 라우팅 사용을 위해서는 노드 간의 혹은 노드와 중앙 컨트롤러 사이에 네트워크 상태 정보의 교환이 반드시 필요하다.

노드와 노드 사이의 라우팅 프로토콜 = 전통적

SDN 컨트롤러와 노드 사이의 제어 프로토콜 = 새로운 기술

 

라우팅 프로토콜)

필요성: 

1. 복잡한 네트워크에서 패킷을 전달할 때, 토폴로지 정보, 트래픽 상황, 지연 시간을 고려해서 라우팅 결정,

2. 혼잡 구간 및 장애 구간 회피가 필수적. 따라서 라우터 간의 라우팅 정보 교환이 필요하다.

3. 네트워크 상태와 개별 경로의 지연 시간 특성에 대한 정보가 필요. 라우터는 라우팅 프로토콜로 해당 정보를 교환.

 

AS(Autonomous System, 자율 시스템)

1. 단일 기관이 관리하는 라우터와 네트워크의 집합

2. 일반적인 라우팅 프로토콜로 정보를 주고받는 라우터들로 구성

3. 장애 발생 상황이 아니라면 AS는 연결되어 있다.

 

AS 기반 라우팅 프로토콜)

IRP(Interior Router Protocol, 내부라우터프로토콜)

- AS 내부의 라우터 사이에 라우팅 정보를 전달하는 프로토콜

- AS 내부의 요구 조건에 맞게 IRP를 맞춤형으로 설계 가능(RIP, OSPF)

- IRP 대신에 IGP(Interior Gateway Protocol, 내부게이트웨이프로토콜)

 

ERP(Exterior Router Protocol, 외부라우터프로토콜)

- 서로 다른 AS에 속한 라우터 사이에서 라우팅 정보를 전달하는 프로토콜

- 예시로는 BGP(Border Gateway Protocol)이 있다.

- ERP 대신에 EGP(Exterior Gateway Protocol, 외부게이트웨이프로토콜)

 

그러나 IGP와 EGP는 특정 프로토콜을 의미하기도 하기 때문에 개념 설명은 IRP ERP가 더 적절하다.

 

 

적용사례

 

오피스 단지가 하나의 AS로 구성되고(IRP), 캠퍼스가 하나의 AS로 구성된 상태에서(IRP), 두 개의 AS가 서로 연결(ERP)

 

IRP와 ERP의 정보 전달량

패킷이 목적지에 도착하면 내부의 라우터들이 패킷을 전달하기 위해 서로 협력한다.

따라서 ERP는 AS 내부의 세부 경로를 전달할 필요가 없다. 즉 목적지 정보만 있으면 된다.

-> ERP의 정보량이 IRP보다 적다.

 

라우팅 구성요소)

1. I/O 포트

- 라우터에는 수많은 I/O 포트 존재

- 일부는 다른 라우터, 나머지는 단말기에 연결

- 각 포트에는 두 개의 버퍼나 큐 가 존재한다.

- 수신되는 패킷은 포트의 입력 버퍼에 저장

 

2. 포워딩 테이블

- 라우터는 받은 패킷 검사해서, 포워딩 테이블에 따라, 라우팅 결정 후 출력 버퍼로 패킷을 이동

- 출력 큐에 들어간 패킷은 가능한 한 빨리 전송됨(FIFO, 우선순위를 고려한 복잡한 큐잉 규칙)

 

3. 라우팅 정책

- 포워딩 테이블 구성 및 패킷 처리 방식에 영향을 미침

- 목적지 주소뿐만 아니라, 출발지 주소, 패킷 크기, 페이로드의 프로토콜 등 다른 요소까지 고려해서, 라우팅을 결정하도록 함

 

4. 라우팅 제어

- 라우팅 프로토콜의 실행, 적응적 유지 관리, 혼잡 제어 정책의 관리 감독 수행