KR101739100B1

KR101739100B1 - 서비스 체이닝 가능한 오픈플로우 스위치 제어 방법 및 그 제어기

Info

Publication number: KR101739100B1
Application number: KR1020150044613A
Authority: KR
Inventors: 박성용; 공석환; 사이키아 딥죠이티; 말릭 닉힐
Original assignee: 쿨클라우드(주)
Priority date: 2015-03-30
Filing date: 2015-03-30
Publication date: 2017-05-24
Also published as: KR20160116624A

Abstract

본 발명은 SDN(Software Defined Network) 기반의 네트워크에서 서비스 체이닝을 제공하는 방법에 관한 것으로, 서비스 마다 최적화된 네트워크 경로를 제공하며, 트래픽 상태에 따라 네트워크 기능을 가변적으로 제공하며, 관리가 편리하며, 동적으로 서비스 체이닝을 구현하며, 운용의 자동화를 구현하고, 오픈플로우 스위치의 플로우 테이블의 크기를 줄이며, 엔트리 검색 시간을 단축시킬 수 있는 서비스 체이닝 방법에 관한 것이다.

Description

서비스 체이닝 가능한 오픈플로우 스위치 제어 방법 및 그 제어기{METHOD OF CONTROLLING OPENFLOW SWITCH CAPABLE OF SERVICE CHAINING AND CONTROLLER THEREOF}

기존 네트워크의 경우, 서비스 호스팅 시 네트워크 경로가 정적으로 설정되어, 네트워크의 상태 변화에 따라 사람이 일일이 수동으로 망을 재구성해야 한다. 이와 같은 일련의 과정은 매우 복잡하다. 특히 서비스 체이닝과 같이 개별 서비스마다 특화된 네트워크를 구성하고 이를 관리하는 경우, 그 과정이 매우 복잡하기 때문에 서비스 마다 최적화된 네트워크를 제공하는 것은 불가능에 가깝다.

사용자 마다 서비스 체이닝을 제공하는 경우, 사용자 마다의 플로우 엔트리를 관리해야 한다. 이 경우 구간마다 제어기로의 트래픽(패킷-인 메시지)이 발생하고, 필요시 vLAN 스와핑(swapping) 해야할 경우도 있다. 이에 성능상의 오버헤드가 발생하고, 문제 발생시 디버깅에 곤란한 면이 있다. 또한 모든 사용자의 IP나 vLAN등의 조합으로 포워딩 테이블(플로우 테이블)을 관리하므로, 포워딩 테이블의 크기가 매우 커야만 했다. 오픈플로우 스위치의 테이블 사이즈에 제한이 있는 경우, 지원 가능한 사용자와 서비스의 수가 제한될 수도 있다. 또한 사용가능한 네트워크 기능(NF; Network Function)의 수가 증가할 경우, 단일 스위치로 제공 가능한 서비스와 사용자 수에 한계가 있다.

1. OpenFlow Switch Specification version 1.4.0(Wire Protocol 0x05), October 14, 2013 [https://www.opennetworking.org/images/stories/downloads/sdn-resources/onf-specifications/openflow/openflow-spec-v1.4.0.pdf] 2. Software-Defined Networking: The New Norm for Netwrks, ONF White Paper, April 13, 2012 [https://www.opennetworking.org/images/stories/downloads/sdn-resources/white-papers/wp-sdn-newnorm.pdf] 3. ETSI GS NFV 002 v1.1.1 (2013-10) [http://www.etsi.org/deliver/etsi_gs/NFV/001_099/002/01.01.01_60/gs_NFV002v010101p.pdf]

본 발명의 목적은 서비스 체인닝에 필요한 테이블의 크기를 최소화할 수 있는 서비스 체이닝 제공 방법을 제공하는 데 있다. 아울러 개별 사용자 마다의 서비스 체인 룰을 적용하는 것이 아닌, 각각의 서비스 체인 리스트(NF 리스트; NFv 리스트)에 아이디를 적용 및 관리하여, 서비스 체이닝 룰이 보다 쉽고 효율적으로 기능하도록 한다.

또한, SDN을 활용하여 서비스 제공자와 사용자의 서비스 레벨 규약(Service Level Agreement)에 따라 최적화된 네트워크 경로를 제공하는 SDN 기반 네트워크의 서비스 체이닝 방법을 제공하는 데 있다.

이를 통해 네트워크의 상태 변화, 서비스 별 또는 사용자 별 SLA에 따라 동적으로 망을 운영하여, 사용자에게 하여금 최적의 서비스를 제공하고, 망 사업자 입장에서는 이러한 시스템이 자동적으로 운용될 수 있도록 하며, 이동 통신망을 사용하지 않더라도 서비스의 종류 및 사용량 등에 따라 쉽게 과금할 수 있도록 하는데 있다.

본 발명에 따른 서비스 체이닝 제공 방법은, NF(Netwrok Function; 네트워크 기능) 서비스를 제공하는 NF 노드를 포함하는 NF 그룹으로 패킷을 포워딩하는 오픈플로우(openflow) 스위치에서 서비스 체이닝 제공 방법으로서,상기 오픈플로우 스위치에서 처리할 패킷에 서비스 체인 아이디에 대응하는 플로우 정보가 있는지 판단하는 단계; 및 상기 처리할 패킷의 상기 서비스 체인 아이디에 대응하는 플로우 정보가 있는 경우, 상기 플로우 정보에 대응하는 인스트럭션을 처리하는 단계를 포함하며, 상기 서비스 체인 아이디는 NF 서비스들의 종류 및 순서가 정의된 NF 리스트와 대응할 수 있다.

또한, 상기 서비스 체인 아이디에 대응하는 플로우 정보는 상기 처리할 패킷이 유입되는 포트 정보에 기초하여 업데이트될 수 있는 오더 아이디를 더 포함하고, 상기 인스트럭션 처리 단계는, 상기 처리할 패킷의 상기 서비스 체인 아이디 및 상기 오더 아이디에 대응하는 플로우 정보에 대응하는 액션을 처리하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 처리할 패킷이 유입되는 포트가 NF 그룹과 직접 연결되어 있는 다른 오픈플로우 스위치와 연결된 포트인 경우, 상기 오더 아이디를 업데이트하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 오더 아이디 업데이트 단계는, NF 리스트와 관련된 NF 서비스가 하나의 오픈플로우 스위치에 있는 경우, 상기 오더 아이디 업데이트를 제외하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 인스트럭션 및 상기 오더 아이디 업데이트 중 적어도 하나와 관련된 복수의 플로우 엔트리 중 적어도 하나의 플로우 엔트리는 상기 오픈플로우 스위치를 제어하는 제어기로부터 상기 처리할 패킷이 유입되기 전에 존재할 수 있다.

또한, 상기 적어도 하나의 플로우 엔트리는 상기 제어기로부터 삭제 명령 메시지를 받은 경우에만 플로우 테이블에서 삭제될 수 있다.

또한, 상기 플로우 엔트리가 기설정된 사용률 보다 낮은 사용률을 가지는 경우, 상기 제어기로 상기 저사용 엔트리 정보를 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제어기로부터 상기 저사용률 플로우 엔트리 변경 메시지를 받는 단계; 및 상기 저사용률 플로우 엔트리 변경 메시지에 대응하는 저사용률 플로우 엔트리가 유입된 패킷과 일정시간 이상 매칭되지 않으면, 상기 저사용률 플로우 엔트리를 파기하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 서비스 체인 아이디에 대응하는 플로우 정보가 없는 경우, 상기 오픈플로우 스위치를 제어하는 제어기로 상기 처리할 패킷을 포워딩할 수 있다.

또한, 상기 NF 그룹은 상기 오픈플로우 스위치의 논리 포트에 연결되어 적어도 네트워크 상태에 기초하여 해당 NF 노드의 개수가 조정될 수 있다.

또한, 상기 서비스 체인 아이디와 대응하는 플로우 엔트리 필드는 메타데이터(metadata) 필드의 적어도 일부일 수 있다.

또한, 상기 서비스 체인 아이디는 사용자 및 요청 서비스 종류 중 적어도 하나에 기초하여 결정될 수 있다.

본 발명에 따른 오픈플로우 스위치는, NF(Netwrok Function; 네트워크 기능) 서비스를 제공하는 NF 노드를 포함하는 NF 그룹으로 패킷을 포워딩하는 오픈플로우(openflow) 스위치로서, 다른 스위치 및 네트워크 디바이스 중 적어도 하나와 통신하는 포트부; 상기 오픈플로우 스위치를 제어하는 제어기와 통신하는 제어기 통신부; 플로우 테이블, 그룹 테이블, 및 미터 테이블 중 적어도 플로우 테이블을 구비하는 테이블 저장하는 저장부; 및 수신 패킷으로부터 플로우 정보를 추출하여 상기 테이블에 상기 추출된 플로우 정보가 존재하는 엔트리를 검색하고, 상기 검색된 엔트리에 기술된 절차에 따라 플로우의 액션을 처리하고, 상기 플로우 처리 모듈에 의해 처리된 패킷을 지정한 포트로 출력하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 수신 패킷에 대한 서비스 체인 아이디에 대응하는 플로우 정보가 있는지 판단하는 플로우 검색 모듈; 및 상기 처리할 패킷의 상기 서비스 체인 아이디에 대응하는 플로우 정보가 있는 경우, 상기 플로우 정보에 대응하는 인스트럭션을 처리하는 플로우 처리 모듈를 포함하고, 상기 서비스 체인 아이디는 NF 서비스들의 종류 및 순서가 정의된 NF 리스트와 대응할 수 있다.

또한, 상기 서비스 체인 아이디에 대응하는 플로우 정보는 상기 처리할 패킷이 유입되는 포트 정보에 기초하여 업데이트될 수 있는 오더 아이디를 더 포함하고, 상기 인스트럭션 처리는, 상기 처리할 패킷의 상기 서비스 체인 아이디 및 상기 오더 아이디에 대응하는 플로우 정보에 대응하는 액션을 처리하는 것을 포함할 수 있다.

또한, 상기 플로우 처리 모듈은 상기 처리할 패킷이 유입되는 포트가 NF 그룹과 직접 연결되어 있는 다른 오픈플로우 스위치와 연결된 포트인 경우, 상기 오더 아이디를 업데이트할 수 있다.

또한, 상기 오더 아이디 업데이트는, NF 리스트와 관련된 NF 서비스가 하나의 오픈플로우 스위치에 있는 경우, 상기 오더 아이디 업데이트를 제외할 수 있다.

또한, 상기 제어부는, 상기 플로우 엔트리가 기설정된 사용률 보다 낮은 사용률을 가지는 경우, 상기 제어기로 상기 저사용 엔트리 정보를 전송할 수 있다.

또한, 상기 제어기로부터 상기 저사용률 플로우 엔트리 변경 메시지를 수신하는 제어기 통신부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 저사용률 플로우 엔트리 변경 메시지에 대응하는 저사용률 플로우 엔트리가 유입된 패킷과 일정시간 이상 매칭되지 않으면, 상기 저사용률 플로우 엔트리를 파기할 수 있다.

또한, 상기 제어부는, 상기 서비스 체인 아이디에 대응하는 플로우 정보가 없는 경우, 상기 오픈플로우 스위치를 제어하는 제어기로 상기 처리할 패킷을 포워딩할 수 있다.

또한, 상기 서비스 체인 아이디와 대응하는 플로우 엔트리 필드는 메타데이터(metadata) 필드의 적어도 일부인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 서비스 체인 아이디는 사용자 및 요청 서비스 종류 중 적어도 하나에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 포트부는 가상화된 논리 포트를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 플로우 처리 모듈에 의해 처리된 패킷을 상기 플로우 처리 모듈에서 지정한 상기 포트부의 적어도 하나의 포트로 출력하는 패킷 처리 모듈을 더 포함하고, 상기 NF 그룹은 복수의 NF 노드를 구비하고, 상기 패킷 처리 모듈은, 상기 논리 포트에서 유입되는 패킷을 상기 복수의 NF 노드 중 어느 하나로 전달하는 발산 유닛; 및 상기 복수의 NF 노드 중 어느 하나로부터 유입되는 패킷을 상기 논리 포트로 전달하는 수렴 유닛을 구비할 수 있다.

또한, 상기 발산 유닛은 상기 논리 포트에서 유입되는 패킷을 포트의 연결 상태 및 트래픽 상태 중 적어도 하나를 고려하여 상기 복수의 NF 노드 중 어느 하나로 전달할 수 있다.

또한, 상기 복수의 NF 노드는 트래픽 상태에 따라 개수가 조정될 수 있다.

본 발명에 따른 제어 방법은, NF(Network Fnuction) 서비스를 제공하는 NF 노드를 구비하는 NF 그룹으로 패킷을 포워딩하는 적어도 하나의 오픈플로우(openflow) 스위치를 제어하는 제어기의 제어 방법으로서, 상기 적어도 하나의 오픈플로우 스위치에 연결되어 있는 복수의 NF 그룹의 토폴로지 정보를 구축하는 단계; 상기 복수의 NF 그룹의 종류 및 순서에 대응하는 NF 리스트들을 구비하는 NF 리스트 그룹 및 상기 NF 리스트 그룹의 각각의 NF 리스트와 각기 대응하는 복수의 서비스 체인 아이디를 생성하는 단계; 및 상기 토폴로지 정보에 기초하여 상기 복수의 NF 리스트에 대응하는 경로로 패킷이 이동되도록 하는 복수의 엔트리를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 복수의 엔트리 중 적어도 하나가 상기 오픈플로우 스위치로부터 패킷 문의 메시지를 수신하기 전에, 상기 오픈플로우 스위치에 등록되도록 하는 메시지를 생성하여 상기 오픈플로우 스위치로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 오픈플로우 스위치로부터 수신한 상기 오픈플로우 스위치에 유입된 패킷에 대한 제어 요청 메시지에 구비된 상기 유입 패킷의 정보에 기초하여, 상기 복수의 서비스 체인 아이디 중 어느 한 체인 아이디를 선택하는 단계; 및 상기 선택된 체인 아이디를 상기 유입 패킷에 연관되도록 하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 복수의 엔트리 중 적어도 하나는 타임아웃 필드가 최고값 또는 0인 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 따른 제어기는, NF(Network Fnuction) 서비스를 제공하는 NF 노드를 구비하는 NF 그룹으로 패킷을 포워딩하는 적어도 하나의 오픈플로우(openflow) 스위치를 제어하는 제어기로서, 상기 적어도 하나의 오픈플로우 스위치와 통신하는 스위치 통신부; 및 상기 적어도 하나의 오픈플로우 스위치에 연결되어 있는 복수의 NF 그룹의 토폴로지 정보를 구축하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 복수의 NF 그룹의 종류 및 순서에 대응하는 NF 리스트들을 구비하는 NF 리스트 그룹 및 상기 NF 리스트 그룹의 각각의 NF 리스트와 각기 대응하는 복수의 서비스 체인 아이디를 생성할 수 있다.

또한, 상기 제어부는 상기 토폴로지 정보에 기초하여 상기 복수의 NF 리스트에 대응하는 경로로 패킷이 이동되도록 하는 복수의 엔트리를 생성할 있다.

또한, 상기 제어부는 상기 복수의 엔트리 중 적어도 하나가 상기 오픈플로우 스위치로부터 패킷 문의 메시지를 수신하기 전에, 상기 오픈플로우 스위치에 등록되도록 하는 메시지를 생성하여 상기 오픈플로우 스위치로 전송할 수 있다.

또한, 상기 제어부는 상기 오픈플로우 스위치로부터 수신한 상기 오픈플로우 스위치에 유입된 패킷에 대한 제어 요청 메시지에 구비된 상기 유입 패킷의 정보에 기초하여, 상기 복수의 서비스 체인 아이디 중 어느 한 체인 아이디를 선택하고, 상기 선택된 체인 아이디를 상기 유입 패킷에 연관되도록 할 수 있다.

또한, 데이터를 저장하는 저장부를 더 포함하고, 상기 저장부는 사용자가 사용하는 서비스 마다의 일련의 NF 서비스들의 리스트를 엔트리로 저장하는 NF 리스트 DB를 구비할 수 있다.

본 발명에 따르면, 사용자의 트래픽이 들어올 때마다 체이닝 룰을 만들고 적용할 필요가 없어, 체이닝 룰 및 제어기 및 스위치 간 트래픽이 감소될 수 있다. 또한 서비스 체이닝 룰(플로우 엔트리)를 정의한 순간 미리 배포되기 때문에, 사용자의 트래픽이 유입될 때마다 해당 패킷의 처리 방법을 스위치에서 제어기로 문의할 필요가 없다. 아울러 기정의된 서비스 체인 아이디 등을 사용함으로써, 플로우 테이블의 사이즈를 최소화할 수 있다. 이에 의해 플로우 엔트리의 선배포도 가능하며, 메모리 자원을 효율적으로 사용할 수 있다.

또한, 자동 및 동적으로 망을 운영하므로, 네트워크 설계가 자유로우며, 논리 포트 기반의 네트워크 기능을 제공하여 포트의 연결 상태 및 트래픽 상태에 따른 효율적인 네트워크 기능 엔트리 관리가 가능하며 확장성 및 유연성이 높으며, 링크가 다운된 경우 대체 경로를 쉽고 자동으로 복구할 수 있다. 또한 모바일 트래픽의 경우 엑세스 네트워크와 코어 네트워크 사이의 터널링을 이루어져, 사용자의 IP 정보 등을 알 수 없으나, 본 발명에 따르면 터널링에 따른 캡슐화된 패킷을 네트워크 기능을 이용하여 캡슐화된 패킷 정보를 알 수 있으며, 모바일 망의 엑세스 단에서 SDN 네트워크를 이용한 서비스 체인을 제공함으로써, 모바일 망에서의 부하를 낮춤과 동시에 사용자 경험을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 SDN 네트워크 시스템의 블록 구성도(block diagram),
도 2는 도 1의 네트워크 시스템의 제어기의 블록 구성도,
도 3은 도 1의 네트워크 시스템의 스위치의 블록 구성도,
도 4는 플로우 엔트리의 필드 테이블 및 플로우 엔트리에 따른 동작 종류를 나타내는 동작 테이블,
도 5는 그룹 및 미터 테이블의 필드 테이블,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 SDN 네트워크 시스템의 블록 구성도,
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제어기의 블록 구성도,
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스위치의 블록 구성도,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 포트 관리부의 블록 구성도,
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 오픈플로우 스위치의 서비스 체이닝 제공 방법에 대한 순서도,
도 11은 제어기에서의 서비스 체이닝 제공 방법에 관한 순서도,
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 네트워크 시스템의 블록 구성도,
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 NFv 리스트 데이터 베이스 테이블,
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 아이디 패킷의 예시도,
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 플로우 테이블,
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 네트워크 시스템의 블록 구성도,
도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 플로우 테이블,
도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스위치의 서비스 체인 제공 방법에 관한 순서도,
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어기의 오픈플로우 스위치 제어 방법에 관한 순서도, 및
도 20은 제어기와 오픈플로우 스위치 사이의 메시지 흐름도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 또한 네트워크 상의 제1 구성요소와 제2 구성요소가 연결되어 있거나 접속되어 있다는 것은, 유선 또는 무선으로 제1 구성요소와 제2 구성요소 사이에 데이터를 주고 받을 수 있음을 의미한다.

또한, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.

이와 같은 구성요소들은 실제 응용에서 구현될 때 필요에 따라 2 이상의 구성요소가 하나의 구성요소로 합쳐지거나, 혹은 하나의 구성요소가 2 이상의 구성요소로 세분되어 구성될 수 있다. 도면 전체를 통하여 동일하거나 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 부여하였고, 동일한 도면 부호를 가지는 구성요소에 대한 자세한 설명은 전술한 구성요소에 대한 설명으로 대체되어 생략될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 SDN 네트워크 시스템의 블록 구성도(block diagram), 도 2는 도 1의 네트워크 시스템의 제어기의 블록 구성도, 도 3은 도 1의 네트워크 시스템의 스위치의 블록 구성도, 도 4는 플로우 엔트리의 필드 테이블 및 플로우 엔트리에 따른 동작 종류를 나타내는 동작 테이블, 도 5는 그룹 및 미터 테이블의 필드 테이블이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 일 실시예에 따른 SDN 네트워크 시스템은 제어기(contoller)(10), 복수의 스위치(20) 및 복수의 네트워크 디바이스(30)를 포함할 수 있다.

네트워크 디바이스(30)는 데이터나 정보를 주고 받고자 하는 사용자 단말 장치, 또는 특정 기능을 수행하는 물리 장치 또는 가상 장치를 포함할 수 있다. 하드웨어 관점에서, 네트워크 디바이스(30)는 PC, 클라이언트 단말기, 서버, 워크스테이션, 수퍼컴퓨터, 이동통신 단말기, 스마트폰, 스마트패드 등이 있을 수 있다. 또한 네트워크 디바이스(30)는 물리 장치 상에 생성된 가상 머신(VM)일 수 있다.

네트워크 디바이스(30)는 여러가지 네트워크 상의 기능을 수행하는 네트워크 기능(network function)으로 지칭될 수 있다. 네트워크 기능은 안티(anti) DDoS, 침입 감지/차단 (IDS/IPS), 통합 보안 서비스, 가상 사설망 서비스, 안티 바이러스, 안티 스팸, 보안 서비스, 접근관리 서비스, 방화벽, 로드 밸런싱, QoS, 비디오 최적화 등을 포함할 수 있다. 이러한 네트워크 기능은 가상화될 수 있다.

가상화된 네트워크 기능으로 ETSI(유럽전기통신표준협회)에서 발행한 NFV 관련 백서(비특허문헌 3 참조)에서 정의된 네트워크 기능 가상화(Network Function Virtualiztion; NFV)가 있다. 본 명세서에서 네트워크 기능(NF)은 네트워크 기능 가상화(NFV)와 혼용하여 사용될 수 있다. NFV는 테넌트(tenant)별 필요한 L4-7 서비스 연결을 동적으로 생성하여 필요한 네트워크 기능을 제공하거나, DDoS 공격의 경우 정책 기반으로 필요한 방화벽, IPS 및 DPI 기능 등을 일련의 서비스 체이닝으로 빠르게 제공되는데 이용될 수 있다. 또한 NFV는 방화벽이나 IDS/IPS를 쉽게 온오프 할 수 있으며, 자동으로 프로비저닝(provisioning)할 수 있다. NFV는 오버 프로비저닝의 필요성도 줄일 수 있다.

제어기(controller)(10)는 SDN 시스템을 제어하는 일종의 지휘 컴퓨터로서, 다양하고 복잡한 기능들, 예를 들어, 라우팅, 정책 선언, 및 보안 체크 등을 할 수 있다. 제어기(10)는 하위 계층의 복수의 스위치(20)에서 발생하는 패킷의 플로우를 정의할 수 있다. 제어기(10)는 네트워크 정책 상 허용되는 플로우에 대해 네트워크 토폴로지 등을 참조하여 플로우가 경유할 경로(데이터 경로)를 계산한 후, 경로 상의 스위치에 상기 플로우의 엔트리가 설정되도록 할 수 있다. 제어기(10)는 특정 프로토콜, 예를 들어, 오픈플로우 프로토콜을 이용하여 스위치(20)와 통신할 수 있다. 제어기(10)와 스위치(20)의 통신 채널은 SSL에 의해 암호화 될 수 있다.

도 2를 참조하면, 제어기(10)는 스위치(20)와 통신하는 스위치 통신부(110), 제어부(100), 및 저장부(190)를 포함할 수 있다.

저장부(190)는 제어부(100)의 처리 및 제어를 위한 프로그램을 저장할 수 있다. 저장부(190)는 입력되거나 출력되는 데이터들(패킷, 메시지 등)을 임시 저장을 위한 기능을 수행할 수 있다. 저장부(190)는 플로우 엔트리를 저장하는 엔트리 데이터베이스(DB)(191)를 포함할 수 있다.

제어부(100)는 통상적으로 상기 각 부의 동작을 제어하여 제어기(10)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 제어부(100)는 토폴로지 관리 모듈(120), 경로 계산 모듈(125), 엔트리 관리 모듈(135) 및 메시지 관리 모듈(130)을 포함할 수 있다. 각 모듈은 제어부(100) 내에 하드웨어로 구성될 수 있고, 제어부(100)와 별개의 소프트웨어로 구성될 수도 있다.

토폴로지 관리 모듈(120)은 스위치 통신부(110)를 통하여 수집된 스위치(20)의 접속 관계를 기초로 네트워크 토폴로지 정보를 구축 및 관리할 수 있다. 네트워크 토폴로지 정보는 스위치들 사이의 토폴로지 및 각 스위치에 연결되어 있는 네트워크 디바이스 토폴로지를 포함할 수 있다.

경로 계산 모듈(125)은 토폴로지 관리 모듈(120)에서 구축된 네트워크 토폴로지 정보를 기초로 스위치 통신부(110)를 통해 수신한 패킷의 데이터 경로 및 상기 데이터 경로 상의 스위치에서 실행될 액션 열을 구할 수 있다.

엔트리 관리 모듈(135)은 경로 계산 모듈(125)에서 계산된 결과, QoS 등의 정책, 및 사용자 지시 등을 기초로 하는 엔트리를 엔트리 DB(191)에 등록할 수 있다. 엔트리는 플로우 테이블, 그룹 테이블, 및 미터 테이블 등 중 어느 하나일 수 있다. 엔트리 관리 모듈(135)은 스위치(20)에 미리 각 테이블의 엔트리가 등록되도록 하거나(proactive), 스위치(20)로부터의 엔트리의 추가 또는 갱신 요구에 응답(reactive)할 수 있다. 엔트리 관리 모듈(135)은 필요에 따라 또는 스위치(10)의 엔트리 소멸 메시지 등에 의해 엔트리 DB(191)의 엔트리를 변경하거나 삭제할 수 있다.

메시지 관리 모듈(130)은 스위치 통신부(110)를 통해 수신한 메시지를 해석하거나, 스위치 통신부(110)를 통해 스위치로 전송되는 후술할 제어기-스위치 메시지를 생성할 수 있다. 제어기-스위치 메시지 중 하나인 상태 변경 메시지는 엔트리 관리 모듈(135)에 따른 엔트리 또는 엔트리 DB(191)에 저장된 엔트르에 기초하여 생성될 수 있다.

스위치(20)는 오픈플로우 프로토콜을 지원하는 물리적인 스위치 또는 가상 스위치일 수 있다. 스위치(20)는 수신한 패킷을 처리하여, 네트워크 디바이스(30) 사이의 플로우를 중계할 수 있다. 이를 위해 스위치(20)는 하나의 플로우 테이블 또는 비특허문헌 1에 상술되어 있는 파이프라인(pipeline) 처리를 위해 다중 플로우 테이블을 구비할 수 있다.

플로우 테이블은 네트워크 디바이스(30)의 플로우를 어떻게 처리할 지의 규칙을 정의한 플로우 엔트리를 포함할 수 있다.

플로우(flow)는 하나의 스위치 관점에서 적어도 하나의 헤더 필드의 값을 공유하는 일련의 패킷들 또는 다중 스위치의 여러 플로우 엔트리(flow entry)들의 조합에 따른 특정 경로의 패킷 흐름을 의미할 수 있다. 오픈플로우 네트워크는 플로우 단위로 경로 제어, 장애 회복, 부하 분산 및 최적화를 행할 수 있다.

스위치(20)는 다중 스위치의 조합에 따른 플로우의 입구 및 출구 측 에지 스위치(edge switch)(ingress switch and egress switch)와 에지 스위치 사이의 코어 스위치(core switch)로 구분될 수 있다.

도 3을 참조하면, 스위치(20)는 다른 스위치 및/또는 네트워크 디바이스와 통신하는 포트부(205), 제어기(10)와 통신하는 제어기 통신부(210), 스위치 제어부(200), 및 저장부(290)를 포함할 수 있다.

포트부(205)는 스위치 또는 네트워크 디바이스에서 유출입되는 한 쌍의 포트를 다수 구비할 수 있다. 한 쌍의 포트는 하나의 포트로 구현될 수 있다.

저장부(290)는 스위치 제어부(200)의 처리 및 제어를 위한 프로그램을 저장할 수 있다. 저장부(290)는 입력되거나 출력되는 데이터들(패킷, 메시지 등)을 임시 저장을 위한 기능을 수행할 수 있다. 저장부(290)는 플로우 테이블, 그룹 테이블, 및 미터 테이블 등의 테이블(291)을 구비할 수 있다. 테이블(230) 또는 테이블의 엔트리는 제어기(10)의 메시지에 기초하여 추가, 수정, 삭제될 수 있다. 테이블 엔트리는 자체적으로 파기될 수 있다.

플로우 테이블은 오픈플로우의 파이프라인(pipeline)을 처리하기 위해 다중 플로우 테이블로 구성될 수 있다. 도 4를 참조하면, 플로우 테이블의 플로우 엔트리는 패킷과 매치하는 조건(대조 규칙)을 기술한 매치 필드(match fields), 우선 순위(priority), 매치되는 패킷이 있는 경우 업데이트되는 카운터(counters), 플로우 엔트리에 매치되는 패킷이 있으면 발생하는 다양한 액션들의 집합인 인스트럭션(instruction), 스위치에서 파기될 시간을 기술하는 타임아웃(timeouts), 튜플(tuple)을 포함할 수 있다. 튜플(tuple)은 제어기에 의해 선택되어지는 오파큐(opaque) 타입으로, 제어기에 의해 플로우 통계, 플로우 변경, 및 플로우 삭제를 필터하기 위해 사용될 수 있으며, 패킷 처리시 사용되지 않는 쿠키(cookie)이다.

인스트럭션(instruction)은 다른 플로우 테이블로 패킷을 전달하는 것과 같은 파이프라인 프로세싱의 변경할 수 있다. 또한 인스트럭션은 액션 셋(action set)에 액션을 더하는 액션(action)들의 집합, 또는 패킷에 바로 적용하기 위한 액션들의 리스트를 포함할 수 있다. 액션(action)은 특정 포트로 패킷을 전송하거나, TTL 필드를 감소시키는 것과 같이 패킷을 수정하는 작업을 의미한다. 액션은 플로우 엔트리와 연관된 인스트럭션 집합의 일부 또는 그룹 엔트리와 연관된 액션 버킷에 속할 수 있다. 액션 셋(action set)은 각 테이블에서 지시된 액션이 누적된 집합을 의미한다. 액션 셋은 매치되는 테이블이 없을 때 수행될 수 있다. 도 5는 플로우 엔트리에 의한 여러 패킷 처리를 예시한다.

파이프라인(pipleline)은 패킷과 플로우 테이블 사이의 일련의 패킷 처리 과정을 의미한다. 스위치(20)에 패킷이 유입되면, 스위치(20)는 첫번째 플로우 테이블의 우선 순위가 높은 순서대로 패킷과 매칭되는 플로우 엔트리를 탐색한다. 매칭이 되면 해당 엔트리의 인스트럭션을 수행한다. 인스트럭션은 매칭되면 바로 수행하는 명령(apply-action), 액션 셋의 내용을 지우거나 추가/수정하는 명령(clear-action; write-action), 메타데이터(metadata) 수정 명령(write-metadata), 지정된 테이블로 메타데이터와 함께 패킷을 이동시키는 고우투 명령(goto-table) 등이 있다. 패킷과 매칭되는 플로우 엔트리가 없는 경우, 테이블 설정에 따라 패킷을 폐기(drop)하거나 제어기(10)로 패킷을 패킷-인 메시지(packet-in message)에 실어서 보낼 수 있다.

그룹 테이블은 그룹 엔트리들을 포함할 수 있다. 그룹 테이블은 플로우 엔트리에 의해 지시되어 추가적인 포워딩 방법들을 제시할 수 있다. 도 5(a)를 참조하면, 그룹 테이블의 그룹 엔트리는 다음과 같은 필드를 구비할 수 있다. 그룹 엔트리를 구분할 수 있는 그룹 식별자(group identifier), 그룹 엔트리에 정의된 액션 버킷들을 일부(select) 또는 전부(all) 수행할 것이 여부에 대한 규칙을 명시한 그룹 타입(group type), 플로우 엔트리의 카운터와 같이 통계를 위한 카운터(counters), 및 그룹을 위해 정의된 파라미터들과 연관된 액션들의 집합인 액션 버킷(action buckets)을 포함할 수 있다.

미터 테이블(meter table)은 미터 엔트리들(meter entries)로 구성되며, 플로우 미터-당(per-flow meters)을 정의한다. 플로우 미터-당은 오픈플로우가 다양한 QoS 작동을 적용될 수 있도록 할 수 있다. 미터(meter)는 패킷의 레이트(rate of packets)를 측정 및 제어할 수 있는 일종의 스위치 요소이다. 도 5(b)를 참조하면, 미터 테이블(meter table)은 미터를 식별하는 미터 식별자(meter identifier), 밴드(band)에 지정된 속도와 패킷 동작 방법을 나타내는 미터 밴드(meter bands), 및 패킷이 미터에서 동작될 때 업데이트되는 카운터(counters) 필드들로 구성된다. 미터 밴드(meter bands)는 패킷이 어떻게 처리되는 지를 나타내는 밴드 타입(band type), 미터에 의해 미터 밴드를 선택하는데 사용되는 레이트(rate), 미터 밴드에 의해 패킷들이 처리될 때 업데이트되는 카운터(counters), 및 선택적인 아규먼트(argument)를 가지는 배드 타입들인 특정 아규먼트 타입(type specific argument)과 같은 필드들로 구성될 수 있다.

스위치 제어부(200)는 통상적으로 상기 각 부의 동작을 제어하여 스위치(200)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 제어부(200)는 테이블(291)을 관리하는 테이블 관리 모듈(240), 플로우 검색 모듈(220), 플로우 처리 모듈(230), 및 패킷 처리 모듈(235)를 포함할 수 있다. 각 모듈은 제어부(200) 내에 하드웨어로 구성될 수 있고, 제어부(200)와 별개의 소프트웨어로 구성될 수도 있다.

테이블 관리 모듈(240)은 제어기 통신부(210)를 통해 제어기(10)로부터 수신한 엔트리를 적절한 테이블에 추가하거나, 타임 아웃(time out)된 엔트리를 주기적으로 제거할 수 있다.

플로우 검색 모듈(220)은 유저 트래픽으로서 수신한 패킷으로부터 플로우 정보를 추출할 수 있다. 플로우 정보는 에지 스위치의 패킷 유입 포트인 입구 포트(ingress port)의 식별 정보, 해당 스위치의 패킷 유입 포트(incoming port)의 식별 정보, 패킷 헤더 정보(송신원 및 목적지의 IP 주소, MAC 주소, 포트, 및 VLAN 정보 등), 및 메타데이터 등을 포함할 수 있다. 메타데이터는 이전 테이블에서 선택적으로 추가되거나, 다른 스위치에서 추가된 데이터일 수 있다. 플로우 검색 모듈(220)은 추출한 플로우 정보를 참조하여 테이블(291)에 수신 패킷에 대한 플로우 엔트리가 있는지 검색할 수 있다. 플로우 검색 모듈(220)은 플로우 엔트리가 검색되면, 플로우 처리 모듈(260)에 검색된 플로우 엔트리에 따라 수신 패킷을 처리하도록 요청할 수 있다. 만일 플로우 엔트리 검색이 실패하면, 플로우 검색 모듈(220)은 수신 패킷 또는 수신 패킷의 최소한의 데이터를 제어기 통신부(210)를 통해 제어기(100)로 전송할 수 있다.

플로우 처리 모듈(230)는 플로우 검색 모듈(220)에서 검색된 엔트리에 기술된 절차에 따라 패킷을 특정 포트 또는 다중 포트로 출력하거나, 드롭시키거나 또는 특정 헤더 필드를 수정하는 등의 액션을 처리할 수 있다.

플로우 처리 모듈(230)는 플로우 엔트리의 파이프라인 프로세스를 처리하거나 액션을 변경하기 위한 인스트럭션을 실행하거나 다중 플로우 테이블에서 더 이상 다음 테이블로 갈 수 없을 때 액션 세트를 실행할 수 있다.

패킷 처리 모듈(235)은 플로우 처리 모듈(230)에 의해 처리된 패킷을 플로우 처리 모듈(230)에서 지정한 포트부(205)의 하나 또는 2 이상의 포트로 실제로 출력할 수 있다.

도 1에 도시되어 있지 않지만, SDN 네트워크 시스템은 가상 네트워크 디바이스, 가상 스위치 등을 생성, 변경 및 삭제하는 오케스트레이터를 더 포함할 수 있다. 오케스트레이터는 가상 네트워크 디바이스를 생성하는 경우, 가상 네트워크가 접속할 스위치의 식별 정보, 해당 스위치에 연결되는 포트 식별 정보, MAC 주소, IP 주소, 터넨트(tenant) 식별 정보 및 네트워크 식별 정보 등의 네트워크 디바이스의 정보를 제어기(10)로 제공할 수 있다.

제어기(10)와 스위치(20)는 다양한 정보를 주고 받는데, 이를 오픈플로우 프로토콜 메시지(openflow protocol message)라 칭한다. 이러한 오픈플로우 메시지는 제어기-스위치 메시지(controller-to-switch message), 비동기 메시지(asynchronous message), 및 대칭 메시지(symmetric message) 등의 타입이 있다. 각 메시지는 엔트리를 식별하는 트랜잭션 식별자(transaction id; xid)를 헤더에 구비할 수 있다.

제어기-스위치 메시지는 제어기(10)가 생성하여 스위치(20)에 전달하는 메시지로써, 주로 스위치(20)의 상태를 관리하거나 점검하기 위해 사용된다. 제어기-스위치 메시지는 제어기(10)의 제어부(100), 특히 메시지 관리 모듈(130)에 의해 생성될 수 있다.

제어기-스위치 메시지는 스위치의 능력(capabilities)을 문의하는 기능(features), 스위치(20)의 구성 매개 변수 등의 설정을 문의하고 설정하기 위한 설정(configuration), 오픈플로우 테이블의 플로우/그룹/미터 엔트리들을 추가/삭제/수정하기 위한 상태 변경 메시지(modify state message), 패킷-인 메시지를 통해 스위치로부터 수신한 패킷을 해당 스위치 상의 특정한 포트로 전송하도록 하는 패킷-아웃 메시지(packet-out message) 등이 있다. 상태 변경 메시지는 플로우 테이블 변경 메시지(modify flow table message), 플로우 엔트리 변경 메시지(modify flow entry message), 그룹 엔트리 변경 메시지(modify group entry message), 포트 변경 메시지(prot modification message), 및 미터 엔트리 변경 메시지(meter modification message) 등이 있다.

비동기 메시지는 스위치(20)가 생성하는 메시지로서, 스위치의 상태 변경 및 네트워크 이벤트 등을 제어기(10)에서 업테이트하기 위해 사용된다. 비동기 메시지는 스위치(20)의 제어부(200), 특히 플로우 검색 모듈(220)에 의해 생성될 수 있다.

비동기 메시지로 패킷-인 메시지(packet-in message), 플로우 삭제 메시지(flow-removed), 에러 메시지 등이 있다. 패킷-인 메시지는 스위치(20)가 제어기(10)에게 패킷을 전송하여 패킷에 대한 제어를 받기 위해 사용된다. 패킷-인 메시지는 스위치(20)가 미지의 패킷을 수신한 경우, 데이터 경로를 요구하기 위해, 오픈플로우 스위치(20)에서 제어기(10)로 전송되는 수신 패킷 또는 그 사본의 전부 또는 일부를 포함하는 메시지이다. 유입 패킷에 연관된 엔트리의 액션이 제어기로 보내라고 정해져 있을 때에도 패킷-인 메시지가 사용된다. 삭제된 플로우(flow-removed) 메시지는 플로우 테이브에서 삭제할 플로우 엔트리 정보를 제어기(10)로 전달하기 위해 사용된다. 이 메시지는 제어기(10)가 스위치(20)에 해당 플로우 엔트리 삭제를 요청하였거나 플로우 타임아웃(timeout)에 의한 플로우 만기 처리(flow expiry process)에서 발생한다.

대칭 메시지는 제어기(10) 및 스위치(20) 모두에서 생성되며, 상대방의 요청이 없어도 전송되는 특징이 있다. 제어기와 스위치 간에 연결을 개시할 때 사용되는 헬로(hello), 제어기 및 스위치 간 연결에 이상이 없음을 확인하기 위한 에코(echo), 및 제어기나 스위치에 의해 사용되며 문제를 반대측에 알리기 위한 에러 메시지(error message) 등을 포함할 수 있다. 에러 메시지는 대부분 제어기에 의해 개시된 요청에 따른 실패를 나타나기 위해 스위치에서 사용된다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 SDN 네트워크 시스템의 블록 구성도, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제어기의 블록 구성도, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스위치의 블록 구성도, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 포트 관리부의 블록 구성도이다.

도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 네트워크 시스템은 제어기(10), 복수의 오픈플로우 스위치(20; SW1~SW3), 복수의 네트워크 디바이스(35)(40; NF1~NF6), 및 오케스트레이터(50)를 포함할 수 있다. 동일하거나 유사한 구성요소에 대한 자세한 설명은 도 1 내지 도 5를 참조한다.

네트워크 디바이스는 데이터나 정보를 주고 받고자 하는 사용자 단말 장치(35), 및 특정 기능을 수행하는 네트워크 기능 그룹(40)(NF: NF1 ~ NF6)을 포함할 수 있다.

네트워크 기능 그룹(40)는 일련의 서비스 체이닝 중 각각의 기능을 제공하는 장치로서, 유연성 및 확장성, 안정성을 담보하기 위해 가상 장치인 것이 바람직하다. 네트워크 기능 그룹은 하나 이상의 네트워크 기능 노드를 포함할 수 있다. 네트워크 기능 노드들은 네트워크 기능 가상화(Network Function Virturalisatoin) 노드인 것이 바람직하다. 이하, 네트워크 기능 노드는 네트워크 기능 가상화 노드로 가정하고 기술한다.

도 9를 참조하면, 네트워크 기능 그룹(40)은 동일한 기능의 네트워크 기능 가상화 노드들(NFv)(301~304)로 구성되는 것이 바람직하다. 동일 기능 그룹의 NFv 노드들은 오픈플로우 스위치(20)의 논리 포트에 연결되어 하나의 네트워크 디바이스처럼 작동되도록 집성(aggregation)화 되어 있는 것이 바람직하다. 자세한 설명은 후술한다.

사용자 단말 장치(35)는 데이터나 정보를 요청하는 장치로서, PC, 서버, 클라이언트, 이동 통신이 가능한 다양한 단말기 등을 포함할 수 있다.

도 7을 참조하면, 제어기(10)는 스위치(20)와 통신하는 스위치 통신부(110), 토폴로지 관리 모듈(120), 경로 계산 모듈(125), 메시지 관리 모듈(130), 엔트리 관리 모듈(135), 추출 모듈(140), 및 과금 모듈(145)을 구비하는 제어부(100), 및 저장부(190)를 포함할 수 있다. 동일한 도면 부호에 대한 구성요소의 설명은 도 2를 참조한다.

제어부(100)는 통상적으로 상기 각 부의 동작을 제어하여 제어기(100)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 제어부(100)에 속한 각 모듈은 제어부(110) 내에 하드웨어로 구성될 수 있고, 제어부(110)와 별개의 소프트웨어로 구성될 수도 있다.

추출 모듈(140)은 스위치 통신부(110)로부터 수신한 패킷-인 메시지(packet-in message)로부터 요청 서비스의 종류를 나타내는 서비스 식별자 및 서비스 요청한 사용자를 식별할 수 있는 사용자 식별자를 추출할 수 있다.

서비스 식별자는 네트워크에서 제공하는 서비스의 타입을 나타낸다. 서비스 타입은 웹 트래픽, 동영상 트래픽, SNS(social network service) 트래픽 등을 포함할 수 있다. 서비스 식별자는 서비스를 요청하는 사용자 단말 장치(35)에서 미리 정의되거나, 트래픽을 SDN 네트워크로 전송하는 게이트웨이 또는 SDN 네트워크의 에지 스위치에서 요청 패킷에 서비스 식별자를 정의할 수 있다. 서비스 식별자의 정의 방법은, 서비스 요청 패킷의 기정의되어 있는 필드 중 어느 필드에 서비스 식별자를 할당하거나, 서비스 요청 패킷에 서비스 종류를 나타내는 메타데이터를 추가하는 방법을 포함할 수 있다. 서비스의 종류를 나타내기 위해, 패킷 필드 중 vLAN 필드에 서비스 식별자를 태깅(tagging)할 수 있다. vLAN(virtual Local Area Network)은 물리적 배치와 상관없이 논리적으로 LAN을 구성할 수 있는 기술로, 사용자의 요청 서비스 별로 네트워크를 설정할 수 있다. vLAN은 별개의 네트워크를 설정할 수 있어, 네트워크 리소스 보안을 높이며, 비용 절감이 가능하고, 관리자의 네트워크 설정 작업이 용이해지며, 서로 다른 네트워크 그룹을 생성하기 때문에 불필요한 트래픽을 줄일 수 있다. 서비스 종류를 나타내기 위해, 패킷 필드 중 vxLAN(eXtendsible vLAN) 필드를 이용할 수도 있다.

vLAN 태깅은 오픈플로우 스위치(20), 특히 에지 스위치(SW1)에서 실행되는 것이 바람직하다. 에지 스위치(SW1)는 패킷으로부터 취득한 사용자 IP 및 목적기 IP에 따라, 서비스 타입에 대응하는 vLAN 태깅을 할 수 있다. 즉 서비스 식별자로서 vLAN 태깅은 제어기(10)에 패킷이 전달 되기 전에 실행되어야, 추출 모듈(140)에서 서비스 식별자를 추출할 수 있다.

추출 모듈(140)은 사용자 식별자를 패킷의 사용자(송신원) IP(src IP)로부터 추출할 수 있다.

추출 모듈(145)은 패킷-인 메시지로부터 서비스 체인 아이디를 추출할 수 있다. 서비스 체인 아이디는 서비스 식별자 및/또는 사용자 식별자에 대응하거나 동일할 수 있다.

경로 계산 모듈(125)은 토폴로지 관리 모듈(120)에서 구축된 네트워크 토폴로지 정보를 기초로 스위치 통신부(110)를 통해 수신한 패킷의 전송 경로 및 상기 전송 경로 상의 오픈플로우 스위치(20)에서 실행될 액션 열을 구할 수 있다.

엔트리 관리 모듈(135)은 경로 계산 모듈(125)에서 계산된 결과를 플로우 엔트리로서 엔트리 DB(191)에 등록하고, 스위치(10)로부터의 플로우 엔트리 또는 엔트리들의 추가 또는 갱신 요구에 응답할 수 있다.

과금 모듈(145)은 통계 DB(196)의 데이터를 기초로, 정책에 따라 사용자 별로 각각 과금할 수 있다.

저장부(190)는 제어부(110)의 처리 및 제어를 위한 프로그램을 저장할 수 있다. 저장부(190)는 입력되거나 출력되는 데이터들(패킷, 메시지 등)을 임시 저장을 위한 기능을 수행할 수 있다. 저장부(190)는 엔트리 DB(191), NFv 리스트 DB(192), 토폴로지 DB(193), 사용자 DB(194), 서비스 DB(195), 및 통계 DB(196)를 포함할 수 있다.

토폴로지 DB(193)는 토폴로지 관리부(130)에 의한 스위치와 네트워크 디바이스 정보, 및 스위치들 간의 연결 정보인 토폴로지를 저장 및 관리 할 수 있다. 토폴로지는 네트워크 디바이스들의 연결 정보를 포함할 수 있다.

서비스 DB(195)는 서비스 엔트리를 저장 및 관리할 수 있다. 서비스 엔트리는 SDN 네트워크에서 제공하는 서비스의 타입을 구분할 수 있도록 하며, 서비스 식별자와 대응한다.

사용자 DB(194)는 사용자의 엔트리를 저장 및 관리할 수 있다. 사용자 엔트리는 사용자가 사용하는 서비스 마다의 NFv들의 리스트를 관리할 수 있다. 사용자는 소스 IP를 통해 구분될 수 있다.

NFv 리스트 DB(192)는 사용자가 사용하는 서비스 마다의 일련의 NFv 리스트 엔트리를 저장 및 관리할 수 있다. 즉, NFv 리스트의 네트워크 기능 순서는 고정되거나, 토폴로지 상태나 트래픽 처리 상태 등을 참조하여 동적으로 변경될 수 있다. 서비스 및 사용자 별로 NFv 기능들인 NFv 리스트가 결정되는 것은, 서비스 제공자와 사용자의 서비스 협약(Service Level Agreement)에 따라 결정될 수 있다.

NFv 리스트 DB(192)는 서비스 DB(195) 및 사용자 DB(194)와 연관되지 않는 디폴트 NF 리스트 엔트리를 더 포함할 수 있다. 디폴트 NF 리스트 엔트리는 수신 패킷이 SDN 네트워크의 필수 NF에 의해 처리되어야 할 NF들의 리스트인 것이 바람직하다.

엔트리 DB(191)는 토폴로지 테이블(191), 서비스 테이블(192), 사용자 테이블(193), 및 네트워크 기능 테이블(194)을 기초로 작성된 적절한 패킷 경로에 대한 엔트리들을 저장 및 관리할 수 있다.

통계 DB(196)는 각 플로우 마다의 트래픽 양, 처리 속도, 경유한 NF의 개수 및 그 타입 등의 통계를 저장 및 관리할 수 있다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 오픈플로우 스위치(20; SW1, SW2, SW3)(27; GW-SW)는 다른 스위치 및/또는 네트워크 디바이스와 통신하는 포트부(205), 제어기(10)와 통신하는 제어기 통신부(210), 스위치 제어부(200), 및 저장부(290)를 포함할 수 있다. 자세한 설명은 도 3을 참조한다.

스위치 제어부(200)는 추출 모듈(245)를 더 포함할 수 있다. 추출 모듈(245)은 수신 패킷 또는 플로우로부터 요청 서비스의 종류를 나타내는 서비스 식별자 및/또는 서비스 요청자(사용자)를 식별할 수 있는 사용자 식별자를 추출할 수 있다. 추출 모듈(245)은 서비스 체인 아이디를 추출할 수 있다. 서비스 체인 아이디는 서비스 식별자 및/또는 사용자 식별자에 대응하거나 동일할 수 있다. 본 실시예에서 스위치(20, 27)는 제어기(10)에 의해 서비스 체인 아이디가 삽입된 플로우를 처리하므로, 본 추출 모듈(245)은 플로우 검색 모듈(220)에 의해 구현될 수 있다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 오픈플로우 스위치들 중 일부(SW2, SW3, GW-SW)(이하, '스위치 SW2'를 대표로 기술하기로 함)의 포트부(205)는 논리 포트(205-1, 205-2)를 포함할 수 있고, 패킷 처리 모듈(235)은 발산 유닛(236) 및 수렴 유닛(237)을 포함할 수 있다.

발산 유닛(236)은 스위치 SW2의 논리 출력 포트(205-1)에서 유입되는 패킷을 복수의 NFv 노드(301~304) 중 어느 하나로 전달할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 복수의 NFv 노드(301~304)는 동일한 네트워크 기능을 제공한다. 수렴 유닛(237)은 복수의 NFv 노드(301~304)에서 유입되는 패킷을 스위치 SW2의 논리 입력 포트(205-2)로 전달할 수 있다. 스위치 SW2의 논리 포트(205-1, 205-2)와 발산 및 수렴 유닛(236, 237)의 집성화 기능(aggregation)은 복수의 NFv(301~304) 노드가 하나의 NFv 노드 처럼 기능하도록 할 수 있다.

패킷 처리 모듈(235)은 스위치 SW2의 논리 출력 포트(205-1)를 통해 유입되는 패킷을 포트의 연결 상태, 트래픽 상태 등을 고려하여 복수의 NFv(301~304) 중 적절한 NFv 노드로 전달되도록 발산 유닛(236)을 제어할 수 있다. 적절한 NFv 노드의 예로, 포트의 연결 상태가 좋은 NFv 노드 또는 트래픽이 제일 적은 NFv 노드 등이 있다.

스위치 SW2에 연결되는 NFv의 생성 및 삭제는 오케스트레이터(50)에 의해 실행될 수 있다. 오케스트레이터(50)는 트래픽 상태 등에 따라 하나의 논리 포트에 연결되는 NFv들의 개수를 조정할 수 있다.

이러한 논리 포트 및 집성 기능은 제어기(10) 및 스위치 SW2가 패킷 경로 상의 NFv 타입만 고려하게 할 수 있다. 패킷 경로 및 플로우 엔트리 등은 해당 기능의 NFv 그룹의 논리 포트로 간단히 기술될 수 있다.

본 발명에 따른 네트워크 시스템은 사용자 단말 장치(35)와 스위치 SW1을 중계하는 기지국(25)을 더 포함할 수 있다. 본 실시예에 따른 기지국(25)은 사용자 단말 장치(35)와 스위치 SW1 사이의 무선 연결을 제공할 수 있다. 기지국(25)은 LTE 통신망에서의 eNB(evolved Node B)를 포함할 수 있다.

사용자 단말 장치(이하, 'UE')(35)로부터 IP 패킷을 수신한 eNB는 "UE(35)가 보낸 패킷" 앞에 GTP 헤더, UDP 헤더, 및 GTP 터널링을 위한 IP 헤더가 덧 붙여지는 캡슐링이 일어난다. 이러한 캡슐링은 원 전송처인 UE(35)의 IP 주소를 외부에서 못 보도록 하기 때문에, 캡슐링된 패킷은 오픈플로우 스위치(20)의 추출 모듈(245) 또는 제어기(10)의 추출 모듈(140)에서 사용자 식별 정보를 추출할 수 없는 문제점이 있다. 이에 스위치 SW1은 기지국(25)을 통해 수신하는 패킷을 디캡슐할 수 있는 디캡 기능의 NF1가 연결되는 것이 바람직하다. 디캡 기능의 NF1은 스위치 SW1에서 수신한 패킷에서 사용자 IP 및 목적지 IP를 포함하는 헤더를 덧 붙이여서, 메타데이터로 추가 한 후, 다시 스위치 SW1으로 전송할 수 있다.

스위치 SW1은 기지국(25) 이외에 모바일 코어 네트워크(80) 및 공용 인터넷망(90)과 연결될 수 있다. 스위치 SW1은 모마일 코어 망(80)을 거치지 않고 상대적으로 저렴한 비용의 공용 인터넷망(90)으로 운용이 가능하고, 기존의 모바일 코어 망(80)에 있던 방화벽이나 IDS, 로드 밸런서 등의 NF를 사용자 가까운 위치에서 운영함으로써 모바일 코어 망의 부하를 줄일 수 있다.

스위치 SW1은 게이트웨이 스위치(27)와 직접 연결될 수 있다. 게이트웨이 스위치(27)는 데이터 센터 네트워크(85)와 스위치 SW1의 도메인을 동일한 도메인으로 보이게 하여, 데이터 센터 네트워크(85)의 네트워크 기능 들(NF4~NF6)에 의한 서비스 체인이 이용되도록 할 수 있다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 오픈플로우 스위치의 서비스 체이닝 제공 방법에 대한 순서도이다. 도 1 내지 도 9를 참조한다.

도 10을 참조하면, 에지 스위치 단 중 제1 오픈플로우 스위치(SW1)는 UE(35)로부터 서비스 요청 패킷을 수신하면, 패킷-인 이벤트가 발생한 것을 알 수 있다(S510).

제1 오픈플로우 스위치(SW1)에 기지국(25)이 연결된 경우, 제1 오픈플로우 스위치(SW1)는 캡슐화된 패킷에서 소스 및 목적지 IP 주소를 추출할 수 있다(S515). 캡슐화된 패킷의 소스 및 목적지 IP 주소를 알 기 위해, 상술한 바와 같이 제1 오픈플로우 스위치(SW1)는 디캡 기능의 NF이 연결되는 것이 바람직하다.

제1 오픈플로우 스위치(SW1)는 서비스 요청 패킷을 분석하여 서비스의 타입에 따라 서비스 요청 패킷의 vLAN에 서비스 타입에 대응하는 값을 할당할 수 있다(S520).

제1 오픈플로우 스위치(SW1)는 서비스 요청 패킷의 vLAN과 일치하는 엔트리가 있는지 플로우 테이블0을 탐색할 수 있다(S530). 일치하는 플로우 엔트리가 있는 경우, 플로우 처리 모듈(230)은 다음 플로우 테이블1과 패킷을 비교하여(S540), 테이블1에 소스의 IP와 일치하는 플로우 엔트리가 있는지 판단할 수 있다(S550). 플로우 엔트리가 있는 경우, 제1 오픈플로우 스위치(SW1)는 플로우 엔트리의 액션 또는 액션 세트를 실행하여 서비스 요청 패킷을 지정 포트로 포워딩할 수 있다(S560).

서비스 요청 패킷의 vLAN에 대응하는 플로우 엔트리가 플로우 테이블0에 없는 경우, 제1 오픈플로우 스위치(SW1)는 상위 계층의 제어기(10)로 패킷-인 메시지를 송신한 후(S570), 제어기(10)로부터 패킷을 전송할 정보를 포함하는 패킷-아웃 메시지를 수신할 수 있다(S580). 제1 오픈플로우 스위치(SW1)는 패킷-아웃 메시지 이외에 플로우 변경 메시지(Flow Mod Msg.)를 수신할 수 있다. 플로우 변경 메시지를 수신하는 경우, 제1 오픈플로우 스위치(SW1)는 플로우 변경 메시지에 구비된 플로우 엔트리를 플로우 테이블에 등록시킬 수 있다.

도 3과 같은 내부 블록을 구비하는 제1 오픈플로우 스위치(SW1)의 서비스 체이닝 방법과 달리, 코어 네트워크의 제2 오픈플로우 스위치(SW2)는 패킷-인 인벤트가 발생하면(S510), vLAN과 일치하는 엔트리가 있는지 탐색할 수 있다(S520). 제1 오픈플로우 스위치(SW1)에서 디캡 및 추출, vLAN 태깅이 이루어졌기 때문이다. 수신한 플로우에 경로 식별정보가 구비되어 있는 경우, 제2 오픈플로우 스위치(NF2)는 vLAN 또는 소스 IP가 아닌 경로 식별 정보와 대응하는 플로우 엔트리가 엔트리 DB에 있는지 판단할 수 있다. 경로 식별 정보를 매치 필드에 구비하는 플로우 엔트리는 제어기(10)에 의해 생성될 수 있다. 도 7과 같은 내부 구조를 구비하는 제2 오픈플로우 스위치(SW2)의 플로우 엔트리에 의한 패킷 포워딩은 논리 포트로 지정되는 것이 바람직하다.

도 11은 제어기에서의 서비스 체이닝 제공 방법에 관한 순서도이다. 도 1 내지 도 10을 참조한다.

도 11을 참조하면, 제어기(10)는 오픈플로우 스위치(20)으로부터 패킷-인 메시지를 수신할 수 있다(S610).

패킷-인 메시지를 수신하는 경우, 제어기(10)는 서비스 식별자 및 사용자 식별자를 위해 패킷-인 메시지의 패킷으로부터 vLAN 및 소스 IP를 추출할 수 있다(S615). 다만 제어기(10)는 패킷-인 메시지에 경로 식별 정보가 존재하는 경우, vLAN 및 소스 IP를 추출하지 않고, 경로 식별 정보가 패킷에 할당되도록 하는 플로우 엔트리를 검색하여 오픈플로우 스위치(20) 전송록 할 수 있다(S670).

제어기(10)는 수신 패킷의 vLAN에 대응하는 서비스가 서비스 테이블(192)에 있는지 판단할 수 있다(S620). 서비스 테이블(192)에 vLAN에 대응하는 서비스가 없는 경우, 제어기(10)는 해당 패킷이 드롭되도록 하는 메시지-아웃을 하위 스위치에 전송할 수 있다(S). 이후, 제어기(10)는 관리자에게 보고하거나 에러 처리 루틴에 의해, 패킷 전송 실패에 대한 관리를 할 수 있다.

제어기(10)는 vLAN에 대응하는 서비스가 서비스 테이블(192)에 있는 경우, 해당 서비스에 따른 사용자(즉, 소스 IP)가 사용자 테이블(193)에 있는지 판단할 수 있다(S630). vLAN에 대응하는 서비스에 연관된 사용자가 있는 경우 이에 연관된 NF 리스트를 추득하며(S635), 그렇지 않은 경우 기본 NF 리스트를 취득할 수 있다(S640). 제어기(10)는 NF 리스트에 관련된 플로우 엔트리가 데이터베이스(190)에 존재하는 지 판단할 수 있다. 관련 플로우 엔트리가 존재하면 데이터베이스(190)에 업그레이드 할 수 있다(S660). NF 리스트에 관련된 플로우 엔트리는, NF 리스트, 토폴로지 정보나 트래픽 상태 등에 따라 계산된 패킷 경로에 따른 결과물인 것이 바람직하다. 제어기(10)는 플로우 엔트리를 해당 경로의 오픈플로우 스위치(20)에 전송하는 플로우 변경 메시지를 전송할 수 있다.

도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 네트워크 시스템의 블록 구성도, 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 NFv 리스트 데이터 베이스 테이블, 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 아이디 패킷의 예시도, 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 플로우 테이블이다. 도 1 내지 도 11을 참조한다.

도 12를 참조하면, 네트워크 시스템은 클라이언트, 서버, 오픈플로우 베이스 스위치(20), 오픈플로우 가상 스위치(20'), 및 복수의 NFv 그룹(G1~G4)를 포함할 수 있다.

클라이언트 및 서버는 도 1 및 도 6의 네트워크 디바이스에 대응될 수 있다. 클라이언트는 최종 단말단의 단말기 또는 이동통신망의 기지국이나 eNode 등 오픈플로우 스위치에 패킷을 전송하는 요소를 의미한다. 서버는 베이스 스위치(20)에서 패킷이 서비스 체이닝된 후 패킷을 수신하는 요소로, 다른 스위치나 라우터, 서버 컴퓨터 등이 이에 해당될 수 있다.

베이스 스위치(20) 및 가상 스위치(20')는 오픈플로우 프로토콜의 스위치로, 도 1 또는 도 6의 오픈플로우 스위치에 대응될 수 있다. 베이스 스위치(20)는 클라이언트 및 서버와 직접 연결되어 있는 오픈플로우 스위치로, 자체적으로 NFv 서비스를 제공할 수 있다. 가상 스위치(20')는 베이스 스위치(20)와 직접 또는 다른 가상 스위치와 연결된 오픈플로우 스위치로 가상 머신에 의해 생성될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 실제 물리적인 스위치일 수도 있다. 다만 NFv와의 연동을 위해 가상 스위치인 것이 바람직하다. 베이스 스위치(20) 및 가상 스위치(20')는 도 1 또는 도 6의 제어기(10)의 제어를 받을 수 있다.

복수의 NFv 그룹(G1~G4)는 각기 다른 기능, 즉 서로 다른 서비스를 제공할 수 있다. 복수의 NFv 그룹(G1~G4)은 가상 스위치(20')에 연결되어, 통과하는 패킷에 일련의 서비스 즉 서비스 체인을 제공할 수 있다. 각 NFv 그룹은 하나 이상의 NFv 노드를 포함할 수 있다. 도 9와 같이, NFv 제1 그룹에 속한 NFv 노드들은 오픈플로우 스위치의 하나의 논리 입출력 포트로 집성(aggregation) 되어 연결되어 있는 것이 바람직하다. 동일 그룹에 속한 NFv 노드들이 오픈플로우 스위치의 여러 입출력 포트에 연결되어 있는 경우, 패킷 포워딩, 트래픽 분배, 로드 밸런싱 등이 플로우 테이블을 통해 제어 또는 관리될 수 있다. 플로우 테이블 변경을 통해 로드 밸런싱 등을 하는 것 보다 하나의 논리 입출력 포트로 로드 밸런싱 등을 하는 것이, 트래픽 제어 또는 트래픽 효율 등의 면에서 더 유리하다.

제어기(10)는 오픈플로우 스위치(20, 20')가 구동(power on; wake up)되면, 오픈플로우 스위치의 메시지를 통해, 스위치 간의 토폴로지 및 각 스위치에 연결된 네트워크 디바이스들(NFv)의 위치 정보를 알 수 있다.

도 13을 참조하면, 제어기(10)는 NFv 그룹들의 종류 및 순서에 따른 가능한 모든 조합의 리스트를 생성하여 NFv 리스트들을 생성할 수 있다. 제어기(10)는 생성된 NFv 리스트들 각각에 체인 아이디를 생성하여 연관시킬 수 있다. 이러한 NFv 리스트 그룹과 체인 아이디 그룹은 NFv 리스트 데이터베이스로 제어기에 저장될 수 있다. 도 13은 NFv 리스트 데이터베이스의 일례로, NFv 리스트가 서비스 A인 경우엔 체인 아이디를 100, NFv 리스트가 서비스 A, B, 및 C 순인 경우엔 체인 아이디를 300으로 지정하였다.

체인 아이디는 오픈플로우 스위치에 유입되는 패킷의 일부 또는 오픈플로우 스위치에서 플로우 테이블의 인스트럭션에 의해 패킷에 부과되는 메타데이터의 일부일 수 있다. 체인 아이디는 도 7에서 언급된 추출 모듈(140)에서 추출된 서비스 식별자 및/또는 사용자 식별자와 연관될 수 있다. 즉 체인 아이디는 서비스 식별자 및 사용자 식별자 중 적어도 하나에 기초하여 생성되거나, 서비스 식별자 및 사용자 식별자 중 어느 하나에 대응하거나 동일한 값을 가질 수 있다.

체인 아이디는 vLAN 필드 또는 vxLAN 필드를 이용할 수 있다. vxLAN 사이즈가 vLAN 보다 크므로, 서비스 체인 리스트를 미리 지정하기 위해서는, vxLAN 필드를 사용하는 것이 더 유리할 수 있다. 도 14(a)는 24비트의 vxLAN 필드를 체인아이디로 사용하는 것에 대한 예시이다.

제어기(10)는 NFv 리스트 데이터베이스 및 스위치 토폴로지에 기초하여, 각 체인 아이디에 따른 패킷의 데이터 경로를 도출한 후, 도출된 데이터 경로에 기초하여, 각 오픈플로우 스위치의 엔트리 리스트를 생성하여 해당 경로의 오픈플로우 스위치들에 엔트리 리스트에 따른 엔트리 변경 메시지를 전송할 수 있다. 이러한 엔트리 변경 메시지는 오픈플로우 스위치에 미리 전송하여, 각 오픈플로우 스위치가 해당 엔트리 정보를 가지게 하는 것이 바람직하다. 오픈플로우 스위치에서 패킷이 유입되면 즉시 처리할 수 있기 때문이다. 경우에 따라서는 사용률이 적을 것 같은 플로우에 해당하는 엔트리는 선-배포(proactive)하지 않고, 오픈플로우 스위치로부터 패킷-인 메시지를 수신한 경우에 해당 엔트리를 배포할 수도 있다.

제어기(10)는 선 배포하는 플로우 엔트리의 타임아웃 값을 최대값 또는 0으로 지정할 수 있다. 타임아웃 값이 0인 경우 오픈플로우 스위치는 해당 엔트리의 히트(hit) 여부와 무관하게 엔트리가 존속할 수 있어, 영구 배포가 가능하다. 본 명세서가 작성되는 시점의 오픈플로우 스위치 백서 1.4.0은 타임아웃 값으로 idle_timeout 및 hard_timeout의 두 종류를 정의하고 있는데, idle_timeout 및 hard_timeout 모두 0으로 지정하는 것이, 엔트리 영구 존속을 위해 바람직하다. 필요에 의해 제어기(10)는 0으로 지정된 플로우 엔트리를 삭제하거나 0이 아닌 타임아웃 값으로 변경하는 메시지를 오픈플로우 스위치로 전송할 수 있다.

도 15는 오픈플로우 가상 스위치(20')의 플로우 테이블을 도시한 것이다. 가상 스위치(20')는 유입 패킷의 서비스 체인 아이디와 유입 포트 정보만의 매치 필드를 가지는 플로우 엔트리를 운영할 수 있다. 이에, 메모리를 절약할 수 있으며, 플로우 정보에 매칭하는 엔트리를 검색하는 시간을 단축할 수 있다.

도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 네트워크 시스템의 블록 구성도, 도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 플로우 테이블, 도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스위치의 서비스 체인 제공 방법에 관한 순서도, 도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어기의 오픈플로우 스위치 제어 방법에 관한 순서도, 도 20은 제어기와 오픈플로우 스위치 사이의 메시지 흐름도이다. 도 1 내지 도 15를 참조한다.

도 16을 참조하면, 네트워크 시스템은 클라이언트, 서버, 오픈플로우 베이스 스위치(20), 제1 및 제2 오픈플로우 가상 스위치(20'-1, 20'-2), 및 복수의 NFv 그룹(G1~G4)를 포함할 수 있다. 도 12의 네트워크 시스템과 비교하면, 본 실시예에 따른 네트워크 시스템은 오픈플로우 가상 스위치의 개수가 2 이상인 경우를 예시한다. 가상 스위치가 2 이상인 경우, 도 14(b)와 같이 서비스 체인 아이디 이외에 오더 아이디가 필요하다. 이에 대한 자세한 설명은 후술한다.

베이스 스위치(20) 및 제1 및 제2 가상 스위치(20'-1, 20'-2)는 오픈플로우 프로토콜의 스위치로, 도 1 또는 도 6의 오픈플로우 스위치에 대응될 수 있다. 베이스 스위치(20)는 클라이언트 및 서버와 직접 연결되어 있는 오픈플로우 스위치로, 자체적으로 NFv 서비스를 제공할 수 있다. 제1 및 제2 가상 스위치(20'-1, 20'-2)는 베이스 스위치(20)와 직접 또는 다른 가상 스위치와 연결된 오픈플로우 스위치로 가상 머신에 의해 생성될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 실제 물리적인 스위치일 수도 있다. 다만 NFv와의 연동을 위해 가상 스위치인 것이 바람직하다. 베이스 스위치(20) 및 제1 및 제2 가상 스위치(20'-1, 20'-2)는 도 1 또는 도 6의 제어기(10)의 제어를 받을 수 있다.

복수의 NFv 그룹(G1~G4)는 각기 다른 기능, 즉 서로 다른 서비스를 제공할 수 있다. 복수의 NFv 그룹(G1~G4)은 제1 및 제2 가상 스위치(20'-1, 20'-2)에 연결되어, 통과하는 패킷에 일련의 서비스 즉 서비스 체인을 제공할 수 있다. 각 NFv 그룹은 하나 이상의 NFv 노드를 포함할 수 있다. 도 9와 같이, NFv 제1 그룹에 속한 NFv 노드들은 오픈플로우 스위치의 하나의 논리 입출력 포트로 집성(aggregation) 되어 연결되어 있는 것이 바람직하다. 동일 그룹에 속한 NFv 노드들이 오픈플로우 스위치의 여러 입출력 포트에 연결되어 있는 경우, 패킷 포워딩, 트래픽 분배, 로드 밸런싱 등이 플로우 테이블을 통해 제어 또는 관리될 수 있다. 플로우 테이블 변경을 통해 로드 밸런싱 등을 하는 것 보다 하나의 논리 입출력 포트로 로드 밸런싱 등을 하는 것이, 트래픽 제어 또는 트래픽 효율 등의 면에서 더 유리하다.

도 19를 참조하면, 제어기(10)는 오픈플로우 스위치(20, 20'-1, 20'-2)가 구동(power on; wake up)되면, 오픈플로우 스위치의 메시지를 통해, 스위치 간의 토폴로지 및 각 스위치에 연결된 네트워크 디바이스들(NFv)의 위치 정보를 알 수 있다(S410).

제어기(10)는 NFv 그룹들의 종류 및 순서에 따른 가능한 모든 조합의 리스트를 생성하여 NFv 리스트들을 생성할 수 있다(S420). 제어기(10)는 생성된 NFv 리스트들 각각에 서비스 체인 아이디를 생성하여 연관시킬 수 있다. 이러한 NFv 리스트들의 NFv 리스트 그룹과 서비스 체인 아이디들의 서비스 체인 아이디 그룹은 데이터베이스화될 수 있다. 이러한 데이터베이스는 NFv 리스트 데이터베이스로 제어기에 저장될 수 있다. 도 13은 NFv 리스트 데이터베이스의 일례로, NFv 리스트가 서비스 A인 경우엔 체인 아이디를 100, NFv 리스트가 서비스 A, B, 및 C 순인 경우엔 체인 아이디를 300으로 지정하였다.

서비스 체인 아이디는 오픈플로우 스위치에 유입되는 패킷의 일부 또는 오픈플로우 스위치에서 플로우 테이블의 인스트럭션에 의해 패킷에 부과되는 메타데이터의 일부일 수 있다. 체인 아이디는 도 7에서 언급된 추출 모듈(140)에서 추출된 서비스 식별자 및/또는 사용자 식별자와 연관될 수 있다. 즉 체인 아이디는 서비스 식별자 및 사용자 식별자 중 적어도 하나에 기초하여 생성되거나, 서비스 식별자 및 사용자 식별자 중 어느 하나에 대응하거나 동일한 값을 가질 수 있다.

체인 아이디는 vLAN 필드 또는 vxLAN 필드를 이용할 수 있다. vxLAN 사이즈가 vLAN 보다 크므로, 서비스 체인 리스트를 미리 지정하기 위해서는, vxLAN 필드를 사용하는 것이 더 유리할 수 있다. 도 14(a)는 24비트의 vxLAN 필드를 체인아이디로 사용하는 것에 대한 예시이고, 도 14(b)는 24비트의 vxLAN 필드 중 일부를 체인아이디로 사용하는 것에 대한 예시이다.

제어기(10)는 NFv 리스트 데이터베이스 및 스위치 토폴로지에 기초하여, 각 체인 아이디에 따른 패킷의 데이터 경로를 도출한 후, 도출된 데이터 경로에 기초하여, 각 오픈플로우 스위치의 엔트리 리스트를 생성할 수 있다(S430). 생성된 엔트리들은 제어기(10)의 데이터베이스화되어 엔트리 DB로 저장될 수 있다. 제어기(10)는 해당 경로의 오픈플로우 스위치들에 엔트리 리스트에 따른 엔트리 변경 메시지를 전송할 수 있다(S440). 이러한 엔트리 변경 메시지는 오픈플로우 스위치에 미리 전송하여, 각 오픈플로우 스위치가 해당 엔트리 정보를 가지게 하는 것이 바람직하다. 즉 오픈플로우 스위치가 스위칭이나 라우팅 등의 작동을 하기 전에 해당 엔트리들을 배포하는 것이 바람직하다. 오픈플로우 스위치에서 패킷이 유입되면 즉시 처리할 수 있기 때문이다. 경우에 따라서는 사용률이 적을 것 같은 플로우에 해당하는 엔트리는 선-배포(proactive)하지 않고, 오픈플로우 스위치로부터 패킷-인 메시지를 수신한 경우에 해당 엔트리를 배포할 수도 있다.

제어기(10)는 미리 배포하는 플로우 엔트리의 타임아웃 값을 최대값 또는 0으로 지정할 수 있다. 타임아웃 값이 0인 경우 오픈플로우 스위치는 해당 엔트리의 히트(hit) 여부와 무관하게 엔트리가 존속할 수 있어, 영구 배포가 가능하다. 본 명세서가 작성되는 시점의 오픈플로우 스위치 백서 1.4.0은 타임아웃 값으로 idle_timeout 및 hard_timeout의 두 종류를 정의하고 있는데, idle_timeout 및 hard_timeout 모두 0으로 지정하는 것이, 엔트리 영구 존속을 위해 바람직하다. 필요에 의해 제어기(10)는 0으로 지정된 플로우 엔트리를 삭제하거나 0이 아닌 타임아웃 값으로 변경하는 메시지를 오픈플로우 스위치로 전송할 수 있다.

도 18을 참조하면, 오픈플로우 스위치들(20, 20'-1, 20'-2) 각각은 제어기(10)로부터 플로우 엔트리를 미리 배포받아, 플로우 테이블로 저장할 수 있다(S310). 각 플로우 테이블에 대한 예시는 도 17과 같다. 도 17은 특히 서비스 체인 아이디가 350인 경우를 각기 예시한 것으로, 도 17(a)는 베이스 스위치(20), 도17(b)는 제1 가상 스위치(20'-1), 도 17(c)는 제2 가상 스위치(20'-2)의 플로우 테이블을 예시한다.

서비스 체인 아이디가 350인 경우의 서비스 리스트는 도 13을 참조하면, A -> C -> B 이다. 서비스 체인 아이디 및 인입 포트만으로 플로우 테이블의 매치 필드를 구성하는 경우 다음과 같은 문제점이 발생할 수 있다. 패킷이 베이스 스위치(20)의 3번 포트에서 제1 가상 스위치(20'-1)의 11번 포트로 유입되는 경우, 패킷을 NFv 그룹 G1(서비스 A) 및 G2(서비스 B) 중 어느 그룹으로 보내야할지 알 수 없다. 이에 본 발명은 NFv와 관련된 오픈플로우 스위치 또는 NFv 그룹을 통과할 때, 업데이트되는 값을 패킷 또는 테이블과 관련된 메타데이터에 삽입하여 정확한 출력 포트를 지정할 수 있도록 하였다. 이러한 패킷 구조는 도 14(b)의 패킷 구조와 같다. 앞서 설명한 바와 같이, vxLAN 필드의 일부는 서비스 체인 아이디로 나머지는 오더 아이디로 구성하여, NFv 그룹와 직접 연결된 오픈플로우 스위치가 2 이상이어도 패킷 흐름에 지장이 없도록 하였다.

오더 아이디 업데이트는 오픈플로우 스위치의 임의의 포트로 패킷이 유출될 때, 임의의 포트에서 패킷이 유입될 때, 및 NFv 그룹과 직접 연결되어 있는 다른 오픈플로우 스위치와 연결된 포트에서 패킷이 유입될 때 중 어느 한 경우 또는 조합으로 실행되도록 할 수 있다. 다만 이에 한정되지 않고, 패킷이 유출될 포트를 정확히 지정할 수 있는 오더 아이디 업데이트 요건이면 본 발명에 해당할 수 있다. 메모리 절약, 오더 아이디 업데이트 실행회수의 최소화 등을 위해, NFv 그룹과 직접 연결되어 있는 다른 오픈플로우 스위치에 연결된 포트에서 패킷이 업데이트되는 경우에 오더 아이디를 업데이트하는 것이 바람직하다. 아울러 도 13의 서비스 체인 아이디 100 또는 200과 같이, 하나의 오픈플로우 스위치에서 서비스 체이닝이 일어날 경우, 오더 아이디 업데이트는 이루어지지 않도록 하는 것이 자원 소모를 줄일 수 있어서 바람직하다.

구체적으로 베이스 스위치(20)에 유입된 패킷의 서비스 체인 아이디가 350인 경우를 패킷의 흐름에 따라 예시한다. 오더 아이디의 초기값은 0으로 한다. 제어기(10)는 후술할 패킷 경로를 기초로 도 17의 (a) 내지 (c)와 같은 베이스 스위치(20), 제1 가상 스위치(20'-1), 및 제2 가상 스위치(20'-2)의 플로우 엔트리를 생성하여, 각 스위치에 엔트리 생성(변경) 메시지를 전송할 수 있다.

우선 베이스 스위치(20)는 1번 포트로 유입된 패킷을 3번 포트로 포워딩한다. 해당 서비스 체인 아이디의 초기 경로이므로, 오더 아이디와 무관하다. 이에 오더 아이디의 매칭 여부는 생략할 수 있다. 오더 아이디 매칭 생략을 통해, 검색 시간을 단축시킬 수 있다. 이와 대응하는 플로우 엔트리의 오더 아이디는 마스크하여 구현될 수 있다.

제1 가상 스위치(20'-1)는 오더 아이디가 0인 11번 포트로 유입된 패킷을 1번 포트로 포워딩한다. 제1 가상 스위치(20'-1)는 2번 포트로 유입된 패킷을 12번 포트로 포워딩한다. 해당 서비스 체인 아이디의 경우, NFv 그룹에서 유입되는 모든 패킷은 베이스 스위치(20)의 12번 포트로 포워딩하면 되므로, 오더 아이디는 마스킹하고 인입 포트(in port)는 2번 또는 4번 포트로 매치 필드를 구성할 수 있다.

베이스 스위치(20)는 오더 아이디가 0인 4번 포트로 유입된 패킷의 오더 아이디를 업데이트(1단계 상승)한 후, 패킷을 5번 포트로 포워딩한다. NFv 그룹과 직접 연결되어 있는 오픈플로우 스위치에서 인입된 패킷이기 때문이다.

제2 가상 스위치(20'-2)는 21번 포트로 유입된 패킷을 1번 포트로 포워딩한 후, 2번 포트로 유입된 패킷을 22번 포트로 포워딩한다. 해당 서비스 체인 아이디의 경우, 오더 아이디와 무관하게 패킷 포워딩을 할 수 있다. 다만 패킷 흐름에 에러가 있는 지 판단하기 위한 요건으로, 오더 아이디가 정확한지 판단하기 위해 오더 아이디를 마스크하지 않을 수도 있다. 도 17(c)를 참조하면, 제2 가상 스위치(20'-2)의 플로우 테이블 중 21번 포트로 유입되는 패킷과 관련된 플로우 엔트리에 오더 아이디가 매치되도록 하여 에러 탐색을 할 수 있도록 하였다.

베이스 스위치(20)는 6번 포트로 유입된 패킷을 3번 포트로 포워딩한다. 이 경우 오더 아이디는 무관하므로, 오더 아이디 필드는 마스킹할 수 있다. 다만 베이스 스위치(20)는 패킷을 3번 포트로 포워딩하기 전에 해당 패킷의 오더 아이디를 업데이트해야 한다.

제1 가상 스위치(20'-1)는 오더 아이디가 2인 11번 포트로 유입된 패킷을 3번 포트로 포워딩한 한다. 제1 가상 스위치(20'-1)는 4번 포트로 유입된 패킷을 12번 포트로 포워딩한다. 이 경우, 오더 아이디는 무관하므로 마스킹할 수 있다. 앞서 서술한 바와 같이, 해당 플로우 엔트리는 인입 포트가 2번인 포트와 통합될 수 있다.

베이스 스위치(20)는 4번 포트로 유입된 패킷을 2번 포트로 포워딩하여 서버로 전송한다. 더 이상 오더 아이디가 사용되지 않으므로, 오더 아이디를 업데이트할 필요는 없다.

위에 설명한 바와 같이, 각 오픈플로우 스위치는 제어기(10)로부터 해당 플로우 엔트리를 미리 배포받아, 엔트리 테이블로 저장할 수 있다. 각 오픈플로우 스위치 중 베이스 스위치(20)에 대해 도 18의 순서도를 적용하면 다음과 같다. 베이스 스위치(20)에 클라이언트로부터 패킷이 유입되면(S315), 유입된 패킷에 서비스 체인 아이디가 있는지 판단할 수 있다(S320). 서비스 체인 아이디는 클라이언트 측에서 패킷에 지정되거나, 오픈플로우 스위치의 플로우 테이블을 통해 지정될 수 있다. 서비스 체인 아이디와 관련된 필드가 클라이언트에서 패킷에 미리 지정되어 올 수도 있다. 인입된 패킷 자체에 서비스 체인 아이디에 대응하는 필드 값이 있거나 해당 값이 없는 경우, 베이스 스위치(20)는 플로우 테이블에 서비스 체인 아이디를 부여할 수 있는 엔트리를 검색할 수 있다. 서비스 체인 아이디 부여 엔트리가 없는 경우, 베이스 스위치(20)는 제어기(10)로 해당 패킷을 패킷-인 메시지로 전송할 수 있다. 제어기(10)는 패킷-인 메시지를 받으면, 해당 패킷의 소스 IP 주소, 목적지 IP 주소, 소스 MAC 주소 등의 조합을 통해, 사용자 정보나 요청 서비스 종류를 파악할 수 있다. 제어기(10)는 파악된 사용자 정보 및/또는 요청 서비스에 대응하는 서비스 체인 아이디를 부여하도록 하는 액션을 패킷-아웃 메시지로 베이스 스위치(20)로 전송할 수 있다. 제어기(10)는 이후의 패킷이 플로우 테이블에 적용될 수 있도록 플로우 변경 메시지를 같이 전송할 수 있다. 베이스 스위치(20)의 플로우 테이블에 서비스 체인 아이디를 부여하는 플로우 엔트리가 있는 경우, 다중 플로우 테이블로 구성되어 파이프라인될 수 있다. 서비스 체인 아이디 부여 플로우 엔트리는 패킷-인 메시지 전에 미리 배포되어 베이스 스위치(20)의 플로우 테이블의 엔트리로 존재할 수도 있다.

베이스 스위치(20)는 서비스 체인 아이디를 부여하라는 제어기(10)의 패킷-아웃 메시지 또는 서비스 체인 아이디를 부여하라는 플로우 엔트리에 의해, 인입된 패킷에 서비스 체인 아이디를 부여할 수 있다(S325). 베이스 스위치(20)는 서비스 체인 아이디가 있는 또는 부여된 패킷에 부합하는 플로우 엔트리가 있는지, 플로우 테이블을 검색한다(S330). 매칭되는 엔트리에 오더 아이디를 업데이트해야 하는지 판단하여(S335), 업데이트하라는 액션이 있으면 오더 아이디를 업데이트한다(S340). 이 후, 해당 엔트리의 피켓 포워딩 액션에 따라 해당 패킷을 포워딩한다(S345).

제어기(10)는 NFv 서비스와 관련된 엔트리의 타임아웃 값을 0 또는 최대값으로 지정하여, 해당 엔트리가 오픈플로우 스위치의 플로우 테이블에 영구적 또는 최대한 오래 존재하도록 할 수 있다. 그러나 사용률이 적은 플로우 엔트리는 삭제하는 것이 메모리 관리 면에 유리하다. 저 사용률 엔트리에 관리와 관련하여, 도 20을 참조한다. 임의의 오픈플로우 스위치는 NFv 서비스와 관련된 엔트리의 사용률을 체크하여, 저사용된 엔트리를 발견할 수 있다(S510). 이는 타임아웃 값이 0이 아닌 값으로 지정되고, 엔트리 히팅이 없어 기설정된 값으로 타임아웃 값이 감소하는 경우 또는 별도의 타이머를 이용하는 방법 등으로 저사용 엔트리를 오픈플로우 스위치에서 발견될 수 있다. 저사용 엔트리가 발견되면 해당 저사용 엔트리 정보를 제어기(10)로 전송할 수 있다(S520). 제어기(10)는 해당 저사용 엔트리를 삭제하도록 하는 메시지를 해당 오픈플로우 스위치로 전송하거나(S530), 해당 저사용 엔트리의 타임아웃 값을 변경하는 메시지를 전송(S540)함으로써, 저사용 엔트리를 오픈플로우 스위치에서 즉시 또는 임의의 시간이 경과한 후에 삭제되도록 할 수 있다.

상기 본 발명은 하드웨어 또는 소프트웨어에서 구현될 수 있다. 구현은 상기 본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.

본 발명의 실시예들은 여기에 설명된 방법들 중 하나가 실행되는 프로그램가능 컴퓨터 시스템으로 운영될 수 있는, 전자적으로 판독가능한 제어 신호들을 갖는 캐리어 웨이브를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예들은 프로그램 코드를 갖는 컴퓨터 프로그램 제품으로서 구현될 수 있으며, 프로그램 코드는 컴퓨터 프로그램이 컴퓨터 상에서 구동될 때 방법들 중 하나를 실행하기 위하여 운영된다. 프로그램 코드는 예를 들면 기계 판독가능 캐리어 상에 저장될 수 있다. 본 발명의 일실시예는 컴퓨터 프로그램이 컴퓨터 상에 구동될 때, 여기에 설명된 방법들 중 하나를 실행하기 위한 프로그램 코드를 갖는 컴퓨터 프로그램일 수 있다. 본 발명은 위에서 설명한 방법들 중 하나를 실행하기 위한 컴퓨터, 또는 프로그램가능 논리 장치를 포함할 수 있다. 위에서 설명한 방법들의 일부 또는 모든 기능을 실행하기 위하여 프로그램가능 논리 장치(예를 들면, 필드 프로그램가능 게이트 어레이, 상보성 금속 산화물 반도체 기반 논리 회로)가 사용될 수 있다.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 될 것이다.

Claims

NF(Network Fnuction) 서비스를 제공하는 NF 노드를 구비하는 NF 그룹으로 패킷을 포워딩하는 적어도 하나의 오픈플로우(openflow) 스위치를 제어하는 제어기의 제어 방법으로서,
상기 적어도 하나의 오픈플로우 스위치에 연결되어 있는 복수의 NF 그룹의 토폴로지 정보를 구축하는 단계;
상기 복수의 NF 그룹의 종류 및 순서에 대응하는 NF 리스트들을 구비하는 NF 리스트 그룹 및 상기 NF 리스트 그룹의 각각의 NF 리스트와 각기 대응하는 복수의 서비스 체인 아이디를 생성하는 단계; 및
상기 토폴로지 정보에 기초하여 상기 복수의 NF 리스트에 대응하는 경로로 패킷이 이동되도록 하는 복수의 엔트리를 생성하는 단계를 포함하고,
상기 복수의 엔트리 중 적어도 하나는 타임아웃 필드가 최고값 또는 0인 것을 특징으로 하는 오픈플로우 스위치 제어 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 엔트리 중 적어도 하나가 상기 오픈플로우 스위치로부터 패킷 문의 메시지를 수신하기 전에, 상기 오픈플로우 스위치에 등록되도록 하는 메시지를 생성하여 상기 오픈플로우 스위치로 전송하는 단계를 더 포함하는 오픈플로우 스위치 제어 방법.
제 2 항에 있어서,
상기 오픈플로우 스위치로부터 수신한 상기 오픈플로우 스위치에 유입된 패킷에 대한 제어 요청 메시지에 구비된 상기 유입 패킷의 정보에 기초하여, 상기 복수의 서비스 체인 아이디 중 어느 한 체인 아이디를 선택하는 단계; 및
상기 선택된 체인 아이디를 상기 유입 패킷에 연관되도록 하는 단계를 더 포함하는 오픈플로우 스위치 제어 방법.
삭제
NF(Network Fnuction) 서비스를 제공하는 NF 노드를 구비하는 NF 그룹으로 패킷을 포워딩하는 적어도 하나의 오픈플로우(openflow) 스위치를 제어하는 제어기로서,
상기 적어도 하나의 오픈플로우 스위치와 통신하는 스위치 통신부; 및
상기 적어도 하나의 오픈플로우 스위치에 연결되어 있는 복수의 NF 그룹의 토폴로지 정보를 구축하는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는, 상기 복수의 NF 그룹의 종류 및 순서에 대응하는 NF 리스트들을 구비하는 NF 리스트 그룹 및 상기 NF 리스트 그룹의 각각의 NF 리스트와 각기 대응하는 복수의 서비스 체인 아이디를 생성하고,
상기 제어부는, 상기 토폴로지 정보에 기초하여 상기 복수의 NF 리스트에 대응하는 경로로 패킷이 이동되도록 하는 복수의 엔트리를 생성하고,
상기 복수의 엔트리 중 적어도 하나는 타임아웃 필드가 최고값 또는 0인 것을 특징으로 하는 제어기
제 5 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 토폴로지 정보에 기초하여 상기 복수의 NF 리스트에 대응하는 경로로 패킷이 이동되도록 하는 복수의 엔트리를 생성하는 제어기.
제 6 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 복수의 엔트리 중 적어도 하나가 상기 오픈플로우 스위치로부터 패킷 문의 메시지를 수신하기 전에, 상기 오픈플로우 스위치에 등록되도록 하는 메시지를 생성하여 상기 오픈플로우 스위치로 전송하는 제어기.
제 6 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 오픈플로우 스위치로부터 수신한 상기 오픈플로우 스위치에 유입된 패킷에 대한 제어 요청 메시지에 구비된 상기 유입 패킷의 정보에 기초하여, 상기 복수의 서비스 체인 아이디 중 어느 한 체인 아이디를 선택하고, 상기 선택된 체인 아이디를 상기 유입 패킷에 연관되도록 하는 제어기.
제 5 항에 있어서,
데이터를 저장하는 저장부를 더 포함하고,
상기 저장부는 사용자가 사용하는 서비스 마다의 일련의 NF 서비스들의 리스트를 엔트리로 저장하는 NF 리스트 DB를 구비하는, 제어기.