KR102454398B1 - 분산형 소프트웨어 정의 네트워킹 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

복수의 SDN(Software-Defined Network) 스위치 및 복수의 SDN 컨트롤러를 포함하는 분산형 SDN에 위치하는 SDN 컨트롤러의 동작 방법으로서, 복수의 SDN 스위치 중 적어도 하나의 SDN 스위치로부터 네트워크 이벤트 정보를 포함하는 트랜잭션을 수신하는 단계, 적어도 다른 하나의 SDN 컨트롤러와 합의 알고리즘을 기초로 블록 생성 주체를 결정하는 단계 및 SDN 컨트롤러가 블록의 생성 주체로 결정된 경우, 트랜잭션을 포함하는 블록을 생성하여 적어도 다른 하나의 SDN 컨트롤러 및 복수의 SDN 스위치로 전파하는 단계를 포함하는, SDN 컨트롤러 동작 방법이 개시된다. 또한, 이와 대응되는 SDN 스위치 동작 방법이 개시된다.

Description

분산형 소프트웨어 정의 네트워킹 방법 및 장치{DECENTRALIZED SOFTWARE-DEFINED NETWORKING METHOD AND APPARATUS}
본 발명은 분산형 소프트웨어 정의 네트워킹 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 네트워크 운영 로직이 물리적 또는 논리적으로 분산된 소프트웨어 정의 네트워킹 방법 및 장치에 관한 것이다.
소프트웨어 정의 네트워킹(Software-Defined Networking, SDN)은 네트워크를 운영하는 로직과 패킷 전달 처리를 분리하여 네트워크 운영 로직의 구현에 따라 네트워크를 능동적이고 다양한 형태로 운영할 수 있는 네트워크 기술을 의미한다. 다만, 네트워크 운영 로직은 일관되고 능동적인 변화를 위해 필연적으로 중앙화되어야 하므로, 이에 따라 성능 확장(scale-out) 또는 장애 허용(fault-tolerance)이 어려운 단점이 있다.
현재 널리 사용되고 있는 SDN 제어기(controller) 프레임워크에서 중앙화된 네트워크 운영 로직을 물리적 또는 논리적으로 분산된 SDN 제어기의 클러스터(cluster)로 구현하기 위해 활발히 연구가 진행되고 있다. 예를 들어, ODL(OpenDayLight)에서는 저장소(data store) 샤딩(sharding)을 통해 분산된 제어기가 각 샤드에 대한 leadership을 Raft 알고리즘을 이용해 합의를 이룰 수 있다. 또한, ONOS(Open Network Operating System)에서는 각각의 서비스마다 강한 일관성(Strong consistency) 또는 최종 일관성(Eventual consistency)으로 저장소 동기화를 이룰 수 있다.
다만, 이러한 SDN 제어기의 클러스터링 방법은 크게 세 가지 문제점이 있다. 첫 번째 문제점은 비잔틴 장애(byzantine fault)를 허용하지 않는 것이다. Raft 알고리즘 및 Kafka 알고리즘 등 현재 사용되는 합의 알고리즘은 fail-stop fault를 가정하고 있으므로 공격자 등에 의해 임의로 동작할 수 있는 비잔틴 장애를 허용하지 않는다. 두 번째 문제점은 분리된 제어 채널을 사용하여 제어 채널에 장애가 생길 경우 네트워크 파티션이 발생할 수 있는 것이다. 네트워크 파티션이 발생하게 되면 가용성(availability) 또는 일관성(consistency)을 동시에 보장하기 어렵다. 세 번째 문제점은 장애가 발생할 때 네트워크 상태(state)의 이력(provenance)를 제공하지 않는 것이다. 특히, 네트워크 공격에 의해 비잔틴 장애(byzantine fault)가 발생할 경우 이력에 대한 임의의 조작도 가능하므로 단순한 로깅(diagnostic logging)을 통해 문제를 해결하기 어렵다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 분산형 소프트웨어 정의 네트워킹 방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은 분산형 소프트웨어 정의 네트워킹 장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 SDN(Software-Defined Network) 스위치 및 복수의 SDN 컨트롤러를 포함하는 분산형 SDN에 위치하는 SDN 컨트롤러 동작 방법은, 복수의 SDN 스위치 중 적어도 하나의 SDN 스위치로부터 네트워크 이벤트 정보를 포함하는 트랜잭션을 수신하는 단계, 적어도 다른 하나의 SDN 컨트롤러와 합의 알고리즘을 기초로 블록 생성 주체를 결정하는 단계 및 SDN 컨트롤러가 블록의 생성 주체로 결정된 경우, 트랜잭션을 포함하는 블록을 생성하여 적어도 다른 하나의 SDN 컨트롤러 및 복수의 SDN 스위치로 전파하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, SDN 컨트롤러가 상기 블록의 생성 주체로 결정되지 않은 경우, 트랜잭션을 포함하는 블록을 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기서, 생성한 블록을 적어도 다른 하나의 SDN 컨트롤러 및 복수의 SDN 스위치로 전파하는 단계는, 생성한 블록을 브로드캐스트(broadcast) 및 멀티캐스트(multicast) 중 어느 하나의 방식으로 전파하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 네트워크 이벤트 정보는, 특정 링크의 단절에 대한 정보, 특정 패킷의 플로우 테이블 미스(flow table miss)에 대한 정보 및 타이머 이벤트에 대한 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
여기서, 합의 알고리즘은, 순차적으로 선택하는 방법, 임의로 선택하는 방법, 리더를 선정하는 방법 및 작업 증명 방법(proof of work) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
여기서, 블록은, 네트워크 상태 정보 및 스위치 명령 목록 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
여기서, 복수의 SDN 스위치 중 적어도 하나의 SDN 스위치로부터 네트워크 이벤트 정보를 포함하는 트랜잭션을 수신하는 단계는, 컨트롤러 프록시를 통해 트랜잭션을 기초로 메시지를 생성하고, 메시지를 통해 네트워크 이벤트 정보를 수신하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 자신이 블록의 생성 주체로 결정된 경우, 트랜잭션을 포함하는 블록을 생성하여 적어도 다른 하나의 SDN 컨트롤러 및 복수의 SDN 스위치로 전파하는 단계는, 컨트롤러 프록시를 통해 플로우 테이블을 포함하는 메시지를 기초로 블록을 생성하고, 블록을 적어도 다른 하나의 SDN 컨트롤러 및 복수의 SDN 스위치로 전파하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 SDN(Software-Defined Network) 스위치 및 복수의 SDN 컨트롤러를 포함하는 분산형 SDN에 위치하는 SDN 스위치 동작 방법은, 네트워크 이벤트 정보를 획득한 경우, 네트워크 이벤트 정보를 포함하는 트랜잭션을 복수의 SDN 컨트롤러로 전파하는 단계, 복수의 SDN 컨트롤러 중 어느 하나로부터 트랜잭션 및 플로우 테이블을 포함하는 블록을 수신하는 단계 및 플로우 테이블을 반영하여 트래픽을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 네트워크 이벤트 정보는, 특정 링크의 단절에 대한 정보, 특정 패킷의 플로우 테이블 미스(flow table miss)에 대한 정보 및 타이머 이벤트에 대한 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
여기서, 네트워크 이벤트 정보를 획득한 경우, 네트워크 이벤트 정보를 포함하는 트랜잭션을 복수의 SDN 컨트롤러로 전파하는 단계는, 스위치 프록시를 통해 네트워크 이벤트 정보를 포함하는 메시지를 기초로 트랜잭션을 생성하고, 트랜잭션을 복수의 SDN 컨트롤러로 전파하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 복수의 SDN 컨트롤러 중 어느 하나로부터 트랜잭션 및 플로우 테이블을 포함하는 블록을 수신하는 단계는, 스위치 프록시를 통해 블록을 기초로 플로우 테이블을 포함하는 메시지를 생성하고, 메시지를 통해 플로우 테이블을 수신하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 SDN(Software-Defined Network) 스위치 및 복수의 SDN 컨트롤러를 포함하는 분산형 SDN에 위치하는 SDN 컨트롤러는, 프로세서(processor) 및 프로세서를 통해 실행되는 적어도 하나의 명령이 저장된 메모리(memory)를 포함하고, 적어도 하나의 명령은, 복수의 SDN 스위치 중 적어도 하나의 SDN 스위치로부터 네트워크 이벤트 정보를 포함하는 트랜잭션을 수신하도록 실행될 수 있고, 적어도 다른 하나의 SDN 컨트롤러와 합의 알고리즘을 기초로 블록 생성 주체를 결정하도록 실행될 수 있고, SDN 컨트롤러가 블록의 생성 주체로 결정된 경우, 트랜잭션을 포함하는 블록을 생성하여 적어도 다른 하나의 SDN 컨트롤러 및 복수의 SDN 스위치로 전파하도록 실행될 수 있다.
여기서, 적어도 하나의 명령은, SDN 컨트롤러가 블록의 생성 주체로 결정되지 않은 경우, 트랜잭션을 포함하는 블록을 수신하도록 실행될 수 있다.
여기서, 적어도 하나의 명령은, 생성한 블록을 브로드캐스트(broadcast) 및 멀티캐스트(multicast) 중 어느 하나의 방식으로 전파하도록 실행될 수 있다.
여기서, 네트워크 이벤트 정보는, 특정 링크의 단절에 대한 정보, 특정 패킷의 플로우 테이블 미스(flow table miss)에 대한 정보 및 타이머 이벤트에 대한 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
여기서, 합의 알고리즘은, 순차적으로 선택하는 방법, 임의로 선택하는 방법, 리더를 선정하는 방법 및 작업 증명 방법(proof of work) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
여기서, 블록은, 네트워크 상태 정보 및 스위치 명령 목록 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 SDN(Software-Defined Network) 스위치 및 복수의 SDN 컨트롤러를 포함하는 분산형 SDN에 위치하는 SDN 스위치는, 프로세서(processor) 및 프로세서를 통해 실행되는 적어도 하나의 명령이 저장된 메모리(memory)를 포함하고, 적어도 하나의 명령은, 네트워크 이벤트 정보를 획득한 경우, 네트워크 이벤트 정보를 포함하는 트랜잭션을 복수의 SDN 컨트롤러로 전파하도록 실행될 수 있고, 복수의 SDN 컨트롤러 중 어느 하나로부터 트랜잭션 및 플로우 테이블을 포함하는 블록을 수신하도록 실행될 수 있고, 플로우 테이블을 반영하여 트래픽을 제어하도록 실행될 수 있다.
여기서, 네트워크 이벤트 정보는, 특정 링크의 단절에 대한 정보, 특정 패킷의 플로우 테이블 미스(flow table miss)에 대한 정보 및 타이머 이벤트에 대한 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 비잔틴 장애(byzantine fault)를 허용하는 소프트웨어 정의 네트워킹을 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 네트워크 파티션에 상대적으로 덜 취약한 소프트웨어 정의 네트워킹을 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 조작 회피형 네트워크 프로브넌스(temper-resistant network provenance)를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 블록체인의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 기존의 소프트웨어 정의 네트워크 구조와 본 발명의 일 실시예에 따른 분산형 소프트웨어 정의 네트워크 구조에서 컨트롤러 및 스위치 간의 연결을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 분산형 소프트웨어 정의 네트워킹 방법을 프록시를 이용하여 구현한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 분산형 소프트웨어 정의 네트워크 컨트롤러의 블록 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 분산형 소프트웨어 정의 네트워킹 방법의 동작을 설명하는 순서도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 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 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 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.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다. 이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 블록체인의 구조를 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 분산형 소프트웨어 정의 네트워크(Software-Defined Network, SDN)는 복수의 분산 SDN 컨트롤러 및 복수의 SDN 스위치가 블록체인 노드로 동작하여 서로 트랜잭션(transaction) 및 블록(block)의 전파를 통해 정보를 교환하는 네트워크를 의미할 수 있다.
더욱 상세하게 설명하면, 네트워크의 상태는 일정 주기에 따라 SDN 컨트롤러에 의해 생성되는 블록에 저장 또는 기록될 수 있고, 다른 SDN 컨트롤러 및 SDN 스위치에 전달되어 네트워크의 상태가 공유될 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 분산형 SDN의 블록은 네트워크 상태에 대한 정보, 현재 블록에 포함된 트랜잭션의 목록에 대한 정보 및 현재 블록에 의해 지시된 SDN 스위치에 대한 명령 목록에 대한 정보를 포함할 수 있다. 여기서, 네트워크 상태에 대한 정보, 트랜잭션의 목록에 대한 정보 및 SDN 스위치에 대한 명령 목록에 대한 정보는 블록의 바디에 포함될 수 있으나, 블록의 설계에 따라 달라질 수 있으므로, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, SDN 스위치에 대한 명령 목록은 플로우 테이블(flow table)을 의미할 수 있다.
순차적으로 생성된 블록은 일반적인 블록체인과 같이 이전에 생성된 블록에 연결될 수 있다. 여기서, 연결은 현재 블록이 이전 블록의 해쉬값을 포함함으로써 이루어질 수 있으나, 이러한 방법에 한정하는 것은 아니다.
또한, 블록체인은 해쉬 함수를 이용할 수 있으며, 해쉬 함수의 제1 역상 저항성(preimage resistance), 제2 역상 저항성(second preimage resistance) 및 충돌 저항성(collision resistance)의 성질에 따라 역상값을 계산하기 어렵기 때문에 이전 블록을 임의로 조작하기 어려울 수 있다. 본 발명은 이러한 블록체인을 통해 네트워크 상태 정보에 대한 조작회피형 프로브넌스(tamper-resistant provenance)를 제공할 수 있다.
트랜잭션은 네트워크 상태를 변화시킬 수 있는 모든 형태의 이벤트를 의미할 수 있다. 예를 들어, SDN 스위치에서 특정 링크가 단절이 되었을 경우(link failure), SDN 스위치는 링크의 단절에 대한 정보를 트랜잭션으로 생성하여 네트워크에 전파할 수 있다. SDN 컨트롤러는 해당 트랜잭션을 수신한 경우, 블록 생성 시 해당 트랜잭션을 포함하여 네트워크 상태를 변화시키는 결정을 수행할 수 있다. 이러한 결정에는 특정 플로우에 대한 전달 경로(forwarding path)를 변경하는 스위치 명령이 생성될 수 있다.
다른 예로는, SDN 스위치에 패킷이 입력 되었는데 플로우 테이블 미스(flow table miss)가 일어날 경우, 해당 이벤트에 대한 정보를 트랜잭션으로 생성하여 네트워크에 전파할 수 있다. 해당 트랜잭션을 수신한 SDN 컨트롤러는 해당 패킷을 어떻게 처리할지에 대한 결정을 수행하여 네트워크 상태에 반영하거나 스위치 명령을 생성할 수 있다. 여기서, 플로우 테이블 미스는 SDN 스위치의 플로우 테이블에서 SDN 스위치에 입력된 패킷의 처리 방법을 찾을 수 없는 경우를 의미할 수 있다.
또 다른 예로는, SDN 컨트롤러에 타이머 이벤트(특정 시간에 도달하였거나 경과되어 발생하는 이벤트)가 발생한 경우, SDN 컨트롤러는 이에 대한 트랜잭션을 생성하여 네트워크에 전파할 수 있으며, 블록 생성 시 이에 대한 트랜잭션을 포함하여 네트워크 상태를 변화시키는 결정을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 분산형 SDN은 복수의 SDN 컨트롤러에 의해 블록이 생성될 수 있다. 여기서, 복수의 SDN 컨트롤러에 의해 블록이 생성되는 방법은 블록체인에서 사용하는 다양한 블록 생성 방법 또는 합의 알고리즘이 이용될 수 있다.
예를 들어, n개의 SDN 컨트롤러가 존재하는 경우, 한 번씩 돌아가며 블록을 생성할 수 있다. 다시 말해, i-1번째 블록이 특정 SDN 컨트롤러에 의해 생성이 되는 경우, 다른 SDN 컨트롤러에 의해 다음 블록인 i번째 블록이 생성될 수 있고, i-1번째 블록이 i번째 블록을 생성한 SDN 컨트롤러로부터 검증 또는 합의될 수 있다. 여기서, n 및 i는 2보다 큰 임의의 양의 정수를 의미할 수 있다.
다른 예로는, raft 프로토콜과 같이, 복수의 SDN 컨트롤러 간에 리더(leader)를 선정하고, 리더에 의해 블록이 생성될 수 있다. 또 다른 예로는, 작업 증명(proof of work) 방법을 이용하여 각각의 SDN 컨트롤러가 생성하고자 하는 블록의 nonce 값을 찾도록하여 가장 길게 체인을 형성한 블록을 합의된 블록체인으로 판단할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 네트워크 상태(network state)에 대한 정보는 일반적으로 네트워크를 구성하고 있는 구성 요소, SDN 컨트롤러가 제공하는 서비스 및 SDN 어플리케이션에서 저장하는 상태 정보를 포함할 수 있으나, 이에 한정하지 않으며, SDN 컨트롤러에 의해 구성되는 네트워크 상의 어떠한 정보든 포함될 수 있다.
도 2는 기존의 소프트웨어 정의 네트워크 구조와 본 발명의 일 실시예에 따른 분산형 소프트웨어 정의 네트워크 구조에서 컨트롤러 및 스위치 간의 연결을 나타낸 도면이다.
도 2에서, S0 내지 S5는 6개의 SDN 스위치를, C0 내지 C2는 3개의 SDN 컨트롤러를 나타낼 수 있다. 도 2를 참조하면, 기존의 분산 SDN 컨트롤러는 각 SDN 컨트롤러가 전체 SDN 스위치에 직접적으로 연결되어 있다. 다시 말해, SDN 컨트롤러와 SDN 스위치는 독립적인 제어 채널(점선)을 이용하여 통신을 수행하였다.
다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 분산형 SDN에서 SDN 컨트롤러는 가 네트워크 경로 상 어디든지 위치할 수 있으며, 데이터 채널과 제어 채널의 구분이 없을 수 있다. 또한, 분산형 SDN에서는 트랜잭션 또는 블록이 생성되어 복수의 이웃 노드에게 전파될 수 있다.
여기서, 전파 방법은 브로드캐스트(broadcast) 또는 멀티캐스트(muti-cast) 방법에 의할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 다만, 본 발명은 브로드캐스트 또는 멀티캐스트 방법으로 전파 방법을 제한하여 특정 스위치가 공격당한 경우(compromised), 서로 다른 노드에게 다른(conflicting) 내용의 메시지를 전달할 수 없도록 할 수 있다(not equivocative).
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 분산형 소프트웨어 정의 네트워킹 방법을 프록시를 이용하여 구현한 개념도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 분산형 SDN은 컨트롤러 프록시(controller proxy) 및 스위치 프록시(switch proxy)를 이용하여 기존의 SDN 컨트롤러 및 SDN 스위치에 추가적인 장치 또는 반경 없이도 구현할 수 있다. 다만, 이러한 방법은 본 발명의 일 실시예에 따른 분산형 SDN을 구현하는 하나의 예일 뿐, 이에 한정되는 것은 아니다.
분산형 SDN을 구현하기 위한 컨트롤러 프록시 및 스위치 프록시에 대하여 설명하면 다음과 같다.
컨트롤러 프록시는 트랜잭션 또는 블록을 수신한 경우, 트랜잭션 또는 블록을 메시지(switch-to-controller message)로 변환할 수 있고, 이를 SDN 컨트롤러에 전달할 수 있다. 또한, 컨트롤러 프록시는 SDN 컨트롤러로부터 네트워크 상태 정보 등을 포함하는 메시지(controller-to-switch message)가 발생한 경우, 이를 반영하여 블록을 생성할 수 있으며, 블록을 네트워크에 전파시킬 수 있다.
스위치 프록시는 SDN 스위치에서 발생한 메시지(switch-to-controller message)를 수신하여 트랜잭션으로 변경(encapsulation)할 수 있고, 이를 네트워크에 전파시킬 수 있다. 또한, 스위치 프록시는 블록을 수신하여, 이를 메시지(controller-to-switch message)로 변환하여 SDN 스위치에 전달할 수 있다.
결과적으로, 컨트롤러 프록시를 통해 트랜잭션을 수신한 SDN 컨트롤러는 이를 기초로 네트워크 상태 변화를 반영할 수 있고, 스위치 명령을 생성할 수 있다. 또한, 컨트롤러 프록시를 통해 블록을 수신한 SDN 컨트롤러는 이를 기초로 자신의 네트워크 상태를 업데이트할 수 있다. 스위치 프록시를 통해 블록을 수신한 SDN 스위치는 블록에 포함된 스위치 명령을 수행할 수 있으며, 이에 따라 트래픽을 제어할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 분산형 소프트웨어 정의 네트워크 컨트롤러의 블록 구성도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 분산형 SDN 컨트롤러(400)는 적어도 하나의 프로세서(410), 메모리(420) 및 저장 장치(430)를 포함할 수 있다.
프로세서(410)는 메모리(420) 및/또는 저장 장치(430)에 저장된 프로그램 명령(program command)을 실행할 수 있다. 프로세서(410)는 중앙 처리 장치(central processing unit, CPU), 그래픽 처리 장치(graphics processing unit, GPU) 또는 본 발명에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다. 메모리(420)와 저장 장치(430)는 휘발성 저장 매체 및/또는 비휘발성 저장 매체로 구성될 수 있다. 예를 들어, 메모리(420)는 읽기 전용 메모리(read only memory, ROM) 및/또는 랜덤 액세스 메모리(random access memory, RAM)로 구성될 수 있다.
메모리(420)는 프로세서(410)를 통해 실행되는 적어도 하나의 명령을 저장하고 있을 수 있다. 적어도 하나의 명령은 복수의 SDN 스위치 중 적어도 하나의 SDN 스위치로부터 네트워크 이벤트 정보를 포함하는 트랜잭션을 수신하는 명령, 적어도 다른 하나의 SDN 컨트롤러와 합의 알고리즘을 기초로 블록 생성 주체를 결정하는 명령 및 SDN 컨트롤러가 블록의 생성 주체로 결정된 경우, 트랜잭션을 포함하는 블록을 생성하여 적어도 다른 하나의 SDN 컨트롤러 및 복수의 SDN 스위치로 전파하는 명령을 포함할 수 있다.
또한, 적어도 하나의 명령은, SDN 컨트롤러가 블록의 생성 주체로 결정되지 않은 경우, 트랜잭션을 포함하는 블록을 수신하는 명령을 더 포함할 수 있다.
더욱 상세히 설명하면, 프로세서(410)는 메모리(420)에 저장된 명령에 따라 생성한 블록을 적어도 다른 하나의 SDN 컨트롤러 및 복수의 SDN 스위치로 전파할 수 있다. 여기서, 프로세서(410)는 생성한 블록을 브로드캐스트(broadcast) 및 멀티캐스트(multicast) 중 어느 하나의 방식으로 전파할 수 있다.
프로세서(410)는 메모리(420)에 저장된 명령에 따라 복수의 SDN 스위치 중 적어도 다른 하나의 SDN 스위치로부터 네트워크 이벤트 정보를 포함하는 트랜잭션을 수신할 수 있다. 여기서, 프로세서(410)는 컨트롤러 프록시를 통해 트랜잭션을 기초로 메시지를 생성하고, 메시지를 통해 네트워크 이벤트 정보를 수신할 수 있다.
또한, 프로세서(410)는 메모리(420)에 저장된 명령에 따라 자신이 블록의 생성 주체로 결정된 경우, 트랜잭션을 포함하는 블록을 생성하여 적어도 다른 하나의 SDN 컨트롤러 및 상기 복수의 SDN 스위치로 전파할 수 있다. 여기서, 프로세서(410)는 컨트롤러 프록시를 통해 플로우 테이블을 포함하는 메시지를 기초로 블록을 생성하고, 블록을 적어도 다른 하나의 SDN 컨트롤러 및 복수의 SDN 스위치로 전파할 수 있다.
여기서, 네트워크 이벤트 정보는, 특정 링크의 단절에 대한 정보, 특정 패킷의 플로우 테이블 미스(flow table miss)에 대한 정보 및 타이머 이벤트에 대한 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 합의 알고리즘은, 순차적으로 선택하는 방법, 임의로 선택하는 방법, 리더를 선정하는 방법 및 작업 증명 방법(proof of work) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 또한, 블록은, 네트워크 상태 정보 및 스위치 명령 목록 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 분산형 SDN 스위치는 분산형 SDN 컨트롤러와 같이 적어도 하나의 프로세서, 메모리 및 저장 장치를 포함할 수 있다.
분산형 SDN 스위치의 메모리는 프로세서를 통해 실행되는 적어도 하나의 명령을 저장하고 있을 수 있다. 적어도 하나의 명령은 네트워크 이벤트 정보를 획득한 경우, 네트워크 이벤트 정보를 포함하는 트랜잭션을 복수의 SDN 컨트롤러로 전파하는 명령, 복수의 SDN 컨트롤러 중 어느 하나로부터 트랜잭션 및 플로우 테이블을 포함하는 블록을 수신하는 명령 및 플로우 테이블을 반영하여 트래픽을 제어하는 명령을 포함할 수 있다.
더욱 상세히 설명하면, 프로세서는 메모리에 저장된 명령에 따라 네트워크 이벤트 정보를 획득한 경우, 네트워크 이벤트 정보를 포함하는 트랜잭션을 복수의 SDN 컨트롤러로 전파할 수 있다. 여기서, 프로세서는 스위치 프록시를 통해 네트워크 이벤트 정보를 포함하는 메시지를 기초로 트랜잭션을 생성하고, 트랜잭션을 상기 복수의 SDN 컨트롤러로 전파할 수 있다.
또한, 프로세서는 메모리에 저장된 명령에 따라 복수의 SDN 컨트롤러 중 어느 하나로부터 트랜잭션 및 플로우 테이블을 포함하는 블록을 수신할 수 있다. 여기서, 프로세서는, 스위치 프록시를 통해 블록을 기초로 플로우 테이블을 포함하는 메시지를 생성하고, 메시지를 통해 상기 플로우 테이블을 수신할 수 있다.
여기서, 네트워크 이벤트 정보는, 특정 링크의 단절에 대한 정보, 특정 패킷의 플로우 테이블 미스(flow table miss)에 대한 정보 및 타이머 이벤트에 대한 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 분산형 소프트웨어 정의 네트워킹 방법의 동작을 설명하는 순서도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 분산형 SDN은 우선, 적어도 하나의 SDN 스위치가 특정 이벤트 정보를 기초로 트랜잭션을 생성할 수 있고(S510), 생성한 트랜잭션을 네트워크에 전파할 수 있다(S520). 여기서, 특정 이벤트 정보는 특정 링크의 단절에 대한 정보, 특정 패킷의 플로우 테이블 미스(flow table miss)에 대한 정보 및 타이머 이벤트에 대한 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정하지 않는다. 또한, 전파 방법은 브로드캐스트 또는 멀티캐스트의 방법 중 어느 하나를 이용할 수 있으나, 이에 한정하지 않는다.
이후, 복수의 분산형 SDN 컨트롤러는 트랜잭션을 수신할 수 있고, 복수의 분산형 SDN 컨트롤러 중 블록을 생성할 SDN 컨트롤러를 합의 알고리즘을 기초로 결정할 수 있다(S530). 여기서, 합의 알고리즘은 순차적으로 선택하는 방법, 임의로 선택하는 방법, 리더를 선정하는 방법 및 작업 증명 방법(proof of work) 중 어느 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정하지 않는다.
결정된 어느 하나의 SDN 컨트롤러는 수신한 트랜잭션을 기초로 블록을 생성할 수 있으며(S540), 생성한 블록을 네트워크에 전파할 수 있다(S550). 여기서, 전파 방법은 브로드캐스트 또는 멀티캐스트의 방법 중 어느 하나를 이용할 수 있으나, 이에 한정하지 않는다. 또한, 블록은 네트워크 상태 정보, 트랜잭션 목록 및 스위치 명령 목록 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정하지 않는다.
이후, 적어도 다른 하나의 SDN 컨트롤러 및 적어도 하나의 SDN 스위치는 블록을 수신하여 특정 이벤트 정보를 획득할 수 있고, 반영할 수 있다(S560). 다시 말해, 복수의 분산형 SDN 컨트롤러 중 블록을 생성하지 않은 SDN 컨트롤러는 블록을 수신하여 네트워크 상태를 업데이트할 수 있으며, SDN 스위치는 블록을 수신하여 블록에 포함된 스위치 명령을 수행할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 동작은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 프로그램 또는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산 방식으로 컴퓨터로 읽을 수 있는 프로그램 또는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 롬(rom), 램(ram), 플래시 메모리(flash memory) 등과 같이 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치를 포함할 수 있다. 프로그램 명령은 컴파일러(compiler)에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터(interpreter) 등을 사용해서 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 측면들은 장치의 문맥에서 설명되었으나, 그것은 상응하는 방법에 따른 설명 또한 나타낼 수 있고, 여기서 블록 또는 장치는 방법 단계 또는 방법 단계의 특징에 상응한다. 유사하게, 방법의 문맥에서 설명된 측면들은 또한 상응하는 블록 또는 아이템 또는 상응하는 장치의 특징으로 나타낼 수 있다. 방법 단계들의 몇몇 또는 전부는 예를 들어, 마이크로프로세서, 프로그램 가능한 컴퓨터 또는 전자 회로와 같은 하드웨어 장치에 의해(또는 이용하여) 수행될 수 있다. 몇몇의 실시예에서, 가장 중요한 방법 단계들의 하나 이상은 이와 같은 장치에 의해 수행될 수 있다.
실시예들에서, 프로그램 가능한 로직 장치(예를 들어, 필드 프로그머블 게이트 어레이)가 여기서 설명된 방법들의 기능의 일부 또는 전부를 수행하기 위해 사용될 수 있다. 실시예들에서, 필드 프로그머블 게이트 어레이는 여기서 설명된 방법들 중 하나를 수행하기 위한 마이크로프로세서와 함께 작동할 수 있다. 일반적으로, 방법들은 어떤 하드웨어 장치에 의해 수행되는 것이 바람직하다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
400: 분산형 SDN 컨트롤러 410: 프로세서
420: 메모리 430: 저장 장치

Claims (20)

  1. 복수의 SDN(Software-Defined Network) 스위치 및 복수의 SDN 컨트롤러를 포함하는 분산형 SDN에 위치하는 SDN 컨트롤러의 동작 방법으로서,
    상기 복수의 SDN 스위치 중 적어도 하나의 SDN 스위치로부터 네트워크 이벤트 정보를 포함하는 트랜잭션을 스위치 프록시(switch proxy)를 통해 수신하는 단계;
    적어도 다른 하나의 SDN 컨트롤러와 합의 알고리즘을 기초로 블록 생성 주체를 결정하는 단계; 및
    상기 SDN 컨트롤러가 상기 블록의 생성 주체로 결정된 경우, 상기 트랜잭션을 포함하는 블록을 생성하여 상기 적어도 다른 하나의 SDN 컨트롤러 및 상기 복수의 SDN 스위치로 전파하는 단계를 포함하며,
    상기 트랜잭션은 상기 네트워크 이벤트 정보를 포함하는 메시지에 기초하여 생성되는, SDN 컨트롤러 동작 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 SDN 컨트롤러가 상기 블록의 생성 주체로 결정되지 않은 경우, 상기 트랜잭션을 포함하는 블록을 수신하는 단계를 더 포함하는, SDN 컨트롤러 동작 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 생성한 블록을 상기 적어도 다른 하나의 SDN 컨트롤러 및 상기 복수의 SDN 스위치로 전파하는 단계는,
    상기 생성한 블록을 브로드캐스트(broadcast) 및 멀티캐스트(multicast) 중 어느 하나의 방식으로 전파하는 단계를 포함하는, SDN 컨트롤러 동작 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 네트워크 이벤트 정보는,
    특정 링크의 단절에 대한 정보, 특정 패킷의 플로우 테이블 미스(flow table miss)에 대한 정보 및 타이머 이벤트에 대한 정보 중 적어도 하나를 포함하는, SDN 컨트롤러 동작 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 합의 알고리즘은,
    순차적으로 선택하는 방법, 임의로 선택하는 방법, 리더를 선정하는 방법 및 작업 증명 방법(proof of work) 중 어느 하나를 포함하는, SDN 컨트롤러 동작 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 블록은,
    네트워크 상태 정보 및 스위치 명령 목록 중 적어도 하나를 더 포함하는, SDN 컨트롤러 동작 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 SDN 스위치 중 적어도 하나의 SDN 스위치로부터 네트워크 이벤트 정보를 포함하는 트랜잭션을 수신하는 단계는,
    컨트롤러 프록시를 통해 상기 트랜잭션을 기초로 메시지를 생성하고, 상기 메시지를 통해 상기 네트워크 이벤트 정보를 수신하는 단계를 포함하는, SDN 컨트롤러 동작 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 SDN 컨트롤러가 상기 블록의 생성 주체로 결정된 경우, 상기 트랜잭션을 포함하는 블록을 생성하여 상기 적어도 다른 하나의 SDN 컨트롤러 및 상기 복수의 SDN 스위치로 전파하는 단계는,
    컨트롤러 프록시를 통해 플로우 테이블을 포함하는 메시지를 기초로 상기 블록을 생성하고, 상기 블록을 상기 적어도 다른 하나의 SDN 컨트롤러 및 상기 복수의 SDN 스위치로 전파하는 단계를 포함하는, SDN 컨트롤러 동작 방법.
  9. 복수의 SDN(Software-Defined Network) 스위치 및 복수의 SDN 컨트롤러를 포함하는 분산형 SDN에 위치하는 SDN 스위치의 동작 방법으로서,
    네트워크 이벤트 정보를 획득한 경우, 상기 네트워크 이벤트 정보를 포함하는 트랜잭션을 상기 복수의 SDN 컨트롤러로 전파하는 단계;
    상기 복수의 SDN 컨트롤러 중 어느 하나로부터 상기 트랜잭션 및 플로우 테이블을 포함하는 블록을 수신하는 단계; 및
    상기 플로우 테이블을 반영하여 트래픽을 제어하는 단계를 포함하고,
    상기 트랜잭션을 상기 복수의 SDN 컨트롤러로 전파하는 단계는, 스위치 프록시를 통해 수신한 상기 네트워크 이벤트 정보를 포함하는 메시지를 기초로 상기 트랜잭션을 생성하고, 생성된 트랜잭션을 상기 복수의 SDN 컨트롤러로 전파하는 단계를 포함하는, SDN 스위치 동작 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 네트워크 이벤트 정보는,
    특정 링크의 단절에 대한 정보, 특정 패킷의 플로우 테이블 미스(flow table miss)에 대한 정보 및 타이머 이벤트에 대한 정보 중 적어도 하나를 포함하는, SDN 스위치 동작 방법.
  11. 삭제
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 복수의 SDN 컨트롤러 중 어느 하나로부터 상기 트랜잭션 및 플로우 테이블을 포함하는 블록을 수신하는 단계는,
    스위치 프록시를 통해 상기 블록을 기초로 상기 플로우 테이블을 포함하는 메시지를 생성하고, 상기 메시지를 통해 상기 플로우 테이블을 수신하는 단계를 포함하는, SDN 스위치 동작 방법.
  13. 복수의 SDN(Software-Defined Network) 스위치 및 복수의 SDN 컨트롤러를 포함하는 분산형 SDN에 위치하는 SDN 컨트롤러로서,
    프로세서(processor); 및
    상기 프로세서를 통해 실행되는 적어도 하나의 명령이 저장된 메모리(memory)를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 명령은,
    상기 복수의 SDN 스위치 중 적어도 하나의 SDN 스위치로부터 네트워크 이벤트 정보를 포함하는 트랜잭션을 스위치 프록시를 통해 수신하도록 실행되고,
    적어도 다른 하나의 SDN 컨트롤러와 합의 알고리즘을 기초로 블록 생성 주체를 결정하도록 실행되고,
    상기 SDN 컨트롤러가 상기 블록의 생성 주체로 결정된 경우, 상기 트랜잭션을 포함하는 블록을 생성하여 상기 적어도 다른 하나의 SDN 컨트롤러 및 상기 복수의 SDN 스위치로 전파하도록 실행되며,
    상기 트랜잭션은 상기 네트워크 이벤트 정보를 포함하는 메시지에 기초하여 생성되는, SDN 컨트롤러.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 적어도 하나의 명령은,
    상기 SDN 컨트롤러가 상기 블록의 생성 주체로 결정되지 않은 경우, 상기 트랜잭션을 포함하는 블록을 수신하도록 실행되는, SDN 컨트롤러.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 적어도 하나의 명령은,
    상기 생성한 블록을 브로드캐스트(broadcast) 및 멀티캐스트(multicast) 중 어느 하나의 방식으로 전파하도록 실행되는, SDN 컨트롤러.
  16. 청구항 13에 있어서,
    상기 네트워크 이벤트 정보는,
    특정 링크의 단절에 대한 정보, 특정 패킷의 플로우 테이블 미스(flow table miss)에 대한 정보 및 타이머 이벤트에 대한 정보 중 적어도 하나를 포함하는, SDN 컨트롤러.
  17. 청구항 13에 있어서,
    상기 합의 알고리즘은,
    순차적으로 선택하는 방법, 임의로 선택하는 방법, 리더를 선정하는 방법 및 작업 증명 방법(proof of work) 중 어느 하나를 포함하는, SDN 컨트롤러.
  18. 청구항 13에 있어서,
    상기 블록은,
    네트워크 상태 정보 및 스위치 명령 목록 중 적어도 하나를 더 포함하는, SDN 컨트롤러.
  19. 복수의 SDN(Software-Defined Network) 스위치 및 복수의 SDN 컨트롤러를 포함하는 분산형 SDN에 위치하는 SDN 스위치로서,
    프로세서(processor); 및
    상기 프로세서를 통해 실행되는 적어도 하나의 명령이 저장된 메모리(memory)를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 명령은,
    네트워크 이벤트 정보를 획득한 경우, 상기 네트워크 이벤트 정보를 포함하는 트랜잭션을 스위치 프록시(switch proxy)를 통해 상기 복수의 SDN 컨트롤러로 전파하도록 실행되고,
    상기 복수의 SDN 컨트롤러 중 어느 하나로부터 상기 트랜잭션 및 플로우 테이블을 포함하는 블록을 수신하도록 실행되고,
    상기 플로우 테이블을 반영하여 트래픽을 제어하도록 실행되며,
    상기 트랜잭션은 상기 네트워크 이벤트 정보를 포함하는 메시지에 기초하여 상기 스위치 프록시에서 생성되는, SDN 스위치.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 네트워크 이벤트 정보는,
    특정 링크의 단절에 대한 정보, 특정 패킷의 플로우 테이블 미스(flow table miss)에 대한 정보 및 타이머 이벤트에 대한 정보 중 적어도 하나를 포함하는, SDN 스위치.
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