5주차 정리

혼잡 제어)

혼잡 발생 원인) 트래픽 수요가 네트워크 용량을 초과 or 네트워크의 비효율적 트래픽 관리

 

혼잡의 영향)

- 메모리 부족(input이 output 보다 빠르면 메모리 부족으로 포화상태 도달)

- 포화상태를 해결하는 두 가지 전략

1. 버퍼 공간이 없을 경우 수신되는 모든 패킷을 패기

2. 트래픽 플로우를 감당할 수준으로 유지할 수 있도록 이웃 노드에 흐름 제어 실시

 

이웃 노드 들이 각자 자신의 큐를 관리할 경우 한쪽의 패킷 플로우를 재한 하면 한 지점의 혼잡이 매우 빠르게 퍼져 나간다.

따라서 전체 네트워크의 트래픽을 관리하도록 적용할 필요가 있다.

 

<이상적 성능>

 

가정:

버퍼의 크기는 무한하다, 혼잡 제어 오버헤드가 없다.

 

처리율:

처리율이란 송신지에서 목적지 까지 정상적으로 전달된 패킷의 수이다. 

이상적인 경우 네트워크 처리율은 부하가 전체 네트워크 용량과 같아질 때까지 나란히 증가.

네트워크가 처리할 수 있는 만큼 계속 처리중이다.

 

지연시간 그래프:

부하가 아주 작은 경우 지연 시간도 작다.

지연시간 = 네트워크 전파 지연 + 각 노드의 처리 지연 + 큐 지연 

부하가 네트워크 용량을 초과하면(input 속도 > output 속도) 지연 시간은 무한대가 된다.

 

<현실적 성능>

 

 

버퍼 크기는 유한하기에 버퍼 오버플로우가 발생, 혼잡 제어에 오버헤드가 발생

 

약한 혼잡(A 지점) 이후:

일부 노드에서 큐잉 지연 늘어남 -> 지연 시간 증가

일부 노드에서 패킷 폐기 가능 -> 처리율 둔화

 

강한 혼잡(B 지점) 이후:

대부분 노드에 버퍼 가득 참 -> 두 개의 지연 시간 그래프

대부분 노드에서 패킷 폐기 -> 패킷 재전송 -> 악순환 -> 처리율 감소(목적지에 도달하는 패킷 수가 급격히 줄어든다.)

처리율이란 송신지에서 목적지까지 정상적으로 전달된 패킷의 수이다. 따라서 버려지는 패킷이 생기면 점점 처리율이 감소한다.

혼잡 제어 - 기술)

 

백프레셔:

특정 노드가 혼잡 상태에 도달하면 이웃 노드에 들어오는 트래픽을 늦추거나 멈춤 이것이 역방향 전파형식으로 각 노드들에 퍼짐

논리적 연결에 선택적으로 적용하면 가장 많은 트래픽 노드에 대해서만 도 가능 주로 '프레임 릴레이'와 'ATM' 네트워크에 사용

이더넷 캐리어 네트워크와 IP 기반 MLPS 네트워크가 주로 사용되면서 잘 사용하지 않는 기술이 됐다.

 

초크패킷: 

초크패킷은 혼잡 노드에서 생성한 제어패킷이다. 초크패킷을 출발지 노드로 보내서 트래픽 전송 속도를 줄이도록 요청한다. 더 이상 초크 패킷을 받지 않을 때까지 소스 노드는 트래픽 전송 속도를 줄여야 한다. 초크 패킷을 보내는 방법은 두 가지가 있다.

 

1. 라우터나 호스트의 버퍼가 가득 차서 IP 데이터그램을 폐끼해야 하는 경우, 폐기할 패킷 모두에 대하여 초크 패킷 생성

2. 시스템에서 혼잡 발생을 예측, 버퍼 사용량이 최대치에 근접하면 미리 초크 패킷 생성 -> 초크 패킷이 가리키는 패킷이 이미 목적지에 도착했을 수 있음, 목적지 노드에 도착하지 않은 것을 보장하지 않는다.

 

암시적 혼잡신호:

송신지가 지연 시간 증가 + 패킷 폐기를 탐지 = 암시적 혼잡 신호를 탐지

양쪽 단말 시스템이  책임진다.(IP 기반 네트워크 같은 비연결형, 데이터그램 네트워크에서 효과적 ex: UDP)

양쪽 단말 시스템이 TCP 수준의 프로토콜을 가지고 있기에 논리적 연결 가능

 

명시적 혼잡신호:

네트워크 용량을 최대로 사용, 공평하고 통제된 방식으로 혼잡에 대응

1. 역방향 : 수신 측 -> 송신측 알림 패킷을 전송, 패킷이 혼잡한 자원을 만날 것 이라는 의미

2. 순방향 : 송신측 -> 수신측 알림패킷을 전송, 패킷이 혼잡한 자원을 이미 만났다는 의미

 

2진수 기법(출발지가 비트로 표시된 혼잡 신호를 받으면 트래픽 플로우 감소), 크레디트 기법(출발지에게 명시적 크레디트(보낼 수 있는 바이트 수 or 패킷 수)를 지급), 속도 기반 기법(데이터 속도 한계값 전송)

 

 

SDN & NFV)

등장 배경)

네트워크 트래픽 양 과 다양성 증가(빅데이터, 클라우드, 모바일 트래픽) -> 변화하는 상황에서 엄격한 QoS와 QoE 요구 조건을 만족시키기 위해서 등장

 

SDN)

전통적인 네트워크 모델을 교체할 티핑 포인트(Tipping Point)에 도달, 트래픽 경로와 상대적 우선순위를 정하는 제어 기능, 제어 기능 정책에 따라서 데이터를 전달하는 데이터 기능.

 

기존 네트워크 : 제어 기능, 데이터 기능 모두 각 네트워크 장비에 통합, 제어 기능을 각 네트워크 노드에 구현된 라우팅과 제어 프로토콜이 담당, 유연성 부족 + 모든 네트워크에 동일한 프로토콜 구현 필요

 

 

SDN: 소프트웨어 정의의 네트워크 구조 -> 제어 평면 & 데이터 평면으로 구성

 

제어 평면)

데이터 평면의 데이터 플로우를 정의

SDN 컨트롤러가 복잡한 기능을 수행하기에 스위치는 플로우 테이블에 따라서 패킷 처리만 수행

플로우 테이블에 엔트리 삽입이 가능한 건 컨트롤러뿐

컨트롤러와 스위치 사이 통신에 표준 프로토콜 사용

 

데이터 평면)

스위치로 구성됨

플로우 테이블에 따라서 패킷 처리

 

SDN의 핵심 동인)

1. 서버 가상화: 하나의 컴퓨터를 여러 개의 독립 서버로 파티션 해서 HW 효율 증가, 빠르게 서버 이동 가능, 빅데이터 및 클라우드 컴퓨팅에 핵심 요소, 전통적인 네트워크에서는 VLAN 설정이 어렵기에 서버 가상화 필요. 

 

2. 트래픽 플로우 특성 변화 : DB, 보안으로 인해서 발생하는 트래픽이 많고 서버 간 플로우는 시간의 흐름에 따라 위치와 정도가 달라진다. 따라서 유연한 접근 방법이 필요하다.

 

3. 모바일 장치 확산: 예측 불가능한 대규모 네트워크 부하 발생, 접속 지점의 빠른 변경, 급변하는 QoS, 보안 요구 조건에 대응 필요

 

종합: 네트워크 플로우가 다양해지고 트래픽 양이 증가한다. 또한 대규모 기업에서 새 VM을 띄울 때마다 네트워크 설정을 하는 것은 매우 비효율적. 또한 다양한 제조사의 장비일 경우 더 많은 시간 소요. 따라서 SDN 같은 새로운 기술 필요.

 

NFV)

NFV는 네트워크 기능 가상화이다. 네트워크 기능을 전용 HW 플랫폼으로 부터 분리하고 해당 기능들을 SW로 구현한 것이다. 유무선 네트워크의 어떠한 데이터 평면 프로세싱, 제어 평면 기능에도 적용 가능하다.

 

 

SDN과 공통의 목표를 공유

 

1. HW 기능 -> SW

2. 상용 HW 플랫폼 사용

3. 표준 or 공개 API 사용

4. 네트워크 기능의 더욱 효율적인 개선, 배포, 재배치를 지원

 

NFV는 네트워크 기능의 가상화해서 HW와 분리, SDN은 네트워크 트래픽 제어를 SW기반으로 하는 것.

개별적으로 사용도 가능하고 서로 상호 보완적인 기술이다.

 

 

네트워크 요구 사항의 진화)

수요의 증가: 클라우드 컴퓨팅, 빅데이터, 모바일 트래픽, 사물 인터넷

 

공급의 증가: 네트워크 수용 능력 증가, 4G, 5G, 네트워크 장치 성능, 모니터링 관리 성능 향상, 버퍼의 수용능력 및 메모리 용량도 증가

 

트래픽 패턴의 복잡도 증가: 수평적(서버 to 서버) 트래픽 증가, 멀티미디어 데이터 전송 증가에 따른 트래픽 패턴 예측이 어려움, 모바일 기기 사용 급격한 증가, 로컬 트래픽 상당량이 WAN으로 이동, 물리적 위치의 지속적인 변경

 

전통적 네트워크 구조)

전통적인 TCP/IP 프로토콜 구조 기반의 세 가지 특성

 

1. 두 단계 단말 시스템 주소 체계(HW: MAC 주소, 논리 기반: IP주소)

2. 분산 및 자율 제어: 분산 및 자율제어 방식은 정적 네트워크를 고려한 환경으로 설계됨

3. 목적지 기반 라우팅: 패킷으로 전송, 데이터그램 방식을 사용하면 패킷마다 경로가 달라질 수 있음, 최근에는 Flow 단위로 한다.

 

기존 네트워크는 네 가지 주요 한계점을 갖는다.

 

1. 정적이고 복잡함(요구 사항 반영이 어렵고 벤더마다 설정 값을 일일이 수정)

2. 일관성 없는 정책(재설정 중 일관성 문제 발생 가능)

3. 확장 불가능(트래픽 패턴 예측이 어려워 데이터 링크의 수용정도를 예측하는 것이 어렵다)

4. 벤더 종속성(오픈 인터페이스가 부족하면, 벤더 장비의 느린 제품 개발 주기에 종속된다.)