KR102518269B1 - 트래픽 유실 방지장치 및 그 트래픽 유실 방지방법 - Google Patents

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Abstract

트래픽 유실 방지장치 및 그 트래픽 유실 방지방법이 개시된다. 본 발명에 따른 트래픽 유실 방지장치는, 가상화 환경에서 스캐일 아웃(Scale-out)이 진행하는 동안의 트래픽의 유실을 방지하는 트래픽 유실 방지장치에 있어서, 각각의 가상 머신(Virtual Machine)에 대한 자원 사용량을 수집하며, 각각의 가상 머신 별 자원 사용량의 임계값 및 전체 가상 머신에 대한 자원 사용량의 임계값을 관리하는 기능매니저; 가용 자원을 관리하는 구조매니저; 및 구조매니저에 가용 자원여부를 확인하며, 확인된 결과에 대응하여 기능매니저에 스캐일 아웃 여부를 지시하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 기능매니저는 수집되는 자원 사용량에 기초하여 각각의 가상 머신 별 자원 사용량의 임계값 또는 전체 가상 머신에 대한 자원 사용량의 임계값의 초과여부를 판단하고, 그에 대응하여 제어부에 스캐일 아웃을 요청한다.

Description

트래픽 유실 방지장치 및 그 트래픽 유실 방지방법{Apparatus and Method for Preventing Carrying Away Traffic}
본 발명은 트래픽 유실 방지장치 및 그 트래픽 유실 방지방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가상 머신 전체에 대한 자원 사용량 및 부하를 감시하여 가상 머신 단위가 아닌 VNF(Virtualized Network Function) 단위의 감시 기능을 통해 가상 머신의 스캐일 아웃 기능을 수행하여 스캐일 아웃이 진행하는 동안의 트래픽 유실을 방지할 수 있는, 트래픽 유실 방지장치 및 그 트래픽 유실 방지방법에 관한 것이다.
IDC(Internet Data Center)에 따르면, 물리적인 네트워크 장비의 구매비용은 크게 증가하지 않으나, 소모전력 및 냉각 비용은 8배, 서버관리 및 운용비용은 4배 가까이 증가할 것으로 예측된 바 있다. 실제로, 자원의 효율성보다는 효과만을 중시하여 데이터센터를 운영해옴에 따라 운영, 전력, 냉각 비용은 9 내지 24개월마다 두 배로 증가하고 있다. 때문에, 물리적으로 데이터센터의 크기를 줄임으로써 운영/전력/냉각 등으로 발생하는 비용을 절감하는 등의 IT 자원을 효율적으로 사용할 필요성이 증가하였다.
이러한 필요성에 따라, 웹 서버, 웹 응용 서버, 대용량 연산을 위한 클러스터에 가상화 기술을 적용하여 일부 자원이 유휴상태에 머무르는 것을 방지하고 있다. 즉, 프로세서, 메모리, I/O(Input/Output) 자원 등의 컴퓨팅 자원에서 사용되는 응용 패턴에 따라 물리적인 네트워크 장비를 프로세서 중심 또는 I/O 중심의 응용으로 운용함으로써, 물리적인 네트워크 장비의 자원 사용률을 높이는 것이다. 다시 말해, 가상화 기술은 물리적인 네트워크가 아닌 물리적인 네트워크 장비 내의 프로세서, 메모리 및 I/O 수준에서 자원을 관리하여 응용에 있어 높은 중첩율과 높은 사용율을 지원하고자 한다.
네트워크의 가상화는 하나의 물리적 네트워크 위에서 복수 개의 독립적인 가상 네트워크가 동시에 동작하도록 하기 때문에, 오늘날 테스트베드 네트워크의 기반 기술로써 널리 이용되고 있다.
이러한 네트워크 가상화 기반 테스트베드 환경에서는 각 사용자가 필요한 양의 자원(노드 및 링크 대역폭 등)을 요청하면 관리자는 현재 사용 가능한 자원을 고려하여 새로운 가상 네트워크를 배정한다. 사용자들은 자신만의 독립적인 네트워크를 할당받아, 그 위에서 다양한 기술 혹은 네트워크 프로토콜을 구현하고 성능을 분석할 수 있다.
한편, 가상화 환경에서는 트래픽 부하의 증가로 가상 머신(VM: Virtual Machine)이 스캐일 아웃(Scale-out) 되는 경우, 스캐일 아웃이 진행되는 동안에 트래픽 부하가 지속적으로 증가하면 스캐일 아웃이 완료될 때까지 트래픽의 유실이 발생한다.
트래픽의 유실이 발생하면, VoLTE(Voice over Long Term Evolution)와 같은 실시간 트래픽의 품질이 저하되거나 호가 단절되며, 인터넷 트래픽의 경우에 재전송이 증가하여 다운로드 속도가 저하되고, 시그널링 트래픽이 유실되는 경우에는 반복적인 재시도에 의해 부하가 증폭되는 문제점이 있다.
공개특허공보 제10-2001-0060693호 (공개일자: 2001. 07. 07)
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 가상 머신 전체에 대한 자원 사용량 및 부하를 감시하여 가상 머신 단위가 아닌 VNF(Virtualized Network Function) 단위의 감시 기능을 통해 가상 머신의 스캐일 아웃 기능을 수행하여 스캐일 아웃이 진행하는 동안의 트래픽 유실을 방지할 수 있는, 트래픽 유실 방지장치 및 그 트래픽 유실 방지방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 트래픽 유실 방지장치는, 가상화 환경에서 스캐일 아웃(Scale-out)이 진행하는 동안의 트래픽의 유실을 방지하는 트래픽 유실 방지장치에 있어서, 각각의 가상 머신(Virtual Machine)에 대한 자원 사용량을 수집하며, 각각의 가상 머신 별 자원 사용량의 임계값 및 전체 가상 머신에 대한 자원 사용량의 임계값을 관리하는 기능매니저; 가용 자원을 관리하는 구조매니저; 및 구조매니저에 가용 자원여부를 확인하며, 확인된 결과에 대응하여 기능매니저에 스캐일 아웃 여부를 지시하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 기능매니저는 수집되는 자원 사용량에 기초하여 각각의 가상 머신 별 자원 사용량의 임계값 또는 전체 가상 머신에 대한 자원 사용량의 임계값의 초과여부를 판단하고, 그에 대응하여 제어부에 스캐일 아웃을 요청한다.
기능매니저는, 제어부의 지시에 따라 가상 머신의 스캐일 아웃 여부를 수행한다.
또한, 기능매니저는, 스캐일 아웃이 수행된 가상 머신에 대한 자원 사용량을 자동으로 수집한다.
또한, 기능매니저는, 각각의 가상 머신의 CPU(Central Processing Unit), 메모리, 네트워크 인터페이스 중의 적어도 하나에 대한 자원 사용량을 수집한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 트래픽 유실 방지방법은, 트래픽 유실 방지장치에 의해 수행되는 트래픽 유실 방지방법에 있어서, 각각의 가상 머신 별 자원 사용량의 임계값 및 전체 가상 머신에 대한 자원 사용량의 임계값을 설정하는 단계; 각각의 가상 머신에 대한 자원 사용량을 수집하는 단계; 수집되는 자원 사용량에 기초하여 각각의 가상 머신 별 자원 사용량의 임계값 또는 전체 가상 머신에 대한 자원 사용량의 임계값의 초과여부를 판단하는 단계; 임계값의 초과로 판단되면, 가용 자원여부를 확인하는 단계; 및 가용자원 여부의 확인된 결과에 대응하여 스캐일 아웃 여부를 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
전술한 트래픽 유실 방지방법은, 스캐일 아웃이 수행된 가상 머신에 대한 자원 사용량을 자동으로 수집하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
여기서, 자원 사용량 수집단계는, 각각의 가상 머신의 CPU, 메모리, 네트워크 인터페이스 중의 적어도 하나에 대한 자원 사용량을 수집한다.
본 발명에 따르면, 가상 머신 전체에 대한 자원 사용량 및 부하를 감시하여 가상 머신 단위가 아닌 VNF(Virtualized Network Function) 단위의 감시 기능을 통해 가상 머신의 스캐일 아웃 기능을 수행함으로써 스캐일 아웃이 진행하는 동안의 트래픽 유실을 방지할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 트래픽 유실 방지장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 트래픽 유실의 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 트래픽 유실의 방지 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 트래픽 유실 방지방법을 나타낸 흐름도이다.
도 5는 기능매니저에 의한 자원사용량 감시방법을 나타낸 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 트래픽 유실 방지장치 및 그 트래픽 유실 방지방법을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 트래픽 유실 방지장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 트래픽 유실 방지장치(100)는 기능매니저(110), 구조매니저(120) 및 제어부(130)를 포함한다.
기능매니저(110)는 이동성관리장치(MME: Mobility Management Entity), 서빙 게이트웨이(SGW: Serving Gateway), 패킷 데이터 게이트웨이(PGW: Packet Data Network Gateway) 등의 장비를 VNF(Virtualized Network Function) 방식으로 가상화하여 소프트웨어(software) 적으로 구현한 각각의 가상머신(VM: Virtual Machine)(10)에 연결되며, 각각의 가상머신(10)에 대한 자원 사용량을 수집한다. 이때, 기능매니저(110)는 각각의 가상 머신(10)의 CPU(Central Processing Unit), 메모리, 네트워크 인터페이스 중의 적어도 하나에 대한 자원 사용량을 수집할 수 있다. 또한, 기능매니저(110)는 각각의 가상 머신(10) 별 자원 사용량의 임계값 및 전체 가상 머신에 대한 자원 사용량의 임계값을 관리한다. 즉, 기능매니저(110)는 각각의 가상 머신(10)에 대응하여 자원 사용량의 임계값 및 각각의 가상머신(10)의 전체 자원 사용량의 임계값을 설정하여 관리한다. 이때, 기능매니저(110)는 각각의 가상머신(10)의 자원 사용량의 총합을 전체 자원 사용량의 임계값으로 관리하거나 전체 가상머신들의 평균값을 전체 자원 사용량의 임계값으로 관리할 수 있다. 이 경우, 기능매니저(110)는 각각의 가상머신(10)의 자원 사용량의 임계값이 초과되기 이전에 가상머신(10)들의 전체 자원 사용량의 임계값이 먼저 판단될 수 있도록 가상머신들의 전체 자원 사용량의 임계값을 충분히 낮게 설정하는 것이 바람직하다. 이를 통해, 전체 자원 사용량의 임계값이 초과되기 이전에 적어도 하나의 가상머신(10)의 임계값이 초과되는 것을 방지한다.
한편, 기능매니저(110)는 각각의 가상머신(10)으로부터 수집되는 자원 사용량에 기초하여 각각의 가상 머신 별 자원 사용량의 임계값 또는 전체 가상 머신에 대한 자원 사용량의 임계값의 초과여부를 판단한다. 즉, 기능매니저(110)는 각각의 가상머신(10)으로부터 수집되는 자원 사용량에 기초하여 설정된 각각의 가상머신(10)의 자원 사용량의 임계값을 초과하였는지 또는 전체 가상머신들의 전체 자원 사용량의 임계값을 초과하였는지를 판단한다.
구조매니저(120)는 가용 자원을 관리한다. 이때, 구조매니저(120)는 가상화 환경의 인프라구조(infrastructure)가 구축되면, 해당 가상화 환경에서 이용이 가능한 자원들을 관리한다.
제어부(130)는 구조매니저(120)에 가용 자원여부를 확인하며, 확인된 결과에 대응하여 기능매니저(110)에 스캐일 아웃 여부를 지시한다. 이때, 제어부(130)는 기능매니저(110)에 의해 특정 가상머신(10)의 자원 사용량이 그에 대응하여 설정된 임계값을 초과하거나 각각의 가상머신(10)의 자원 사용량의 합 또는 평균이 전체 자원사용량에 대응하여 설정된 임계값 또는 평균 임계값을 초과하는 경우에 기능매니저(110)로부터 스캐일 아웃의 요청신호를 수신하며, 그에 대응하여 구조매니저(120)로부터 가용 자원여부를 확인하고, 확인된 가용 자원에 기초하여 기능매니저(11)에 스캐일 아웃 여부를 지시한다. 이 경우, 기능매니저(110)는 제어부(130)의 지시에 따라 가상 머신(10)의 스캐일 아웃 여부를 수행한다. 즉, 기능매니저(110)는 제어부(130)에 의해 확인된 가용 자원의 가상 머신(10)으로 스캐일 아웃을 수행한다. 또한, 기능매니저(110)는 스캐일 아웃이 수행된 가상 머신(10)에 대한 자원 사용량을 자동으로 수집한다. 즉, 기능매니저(110)는 스캐일 아웃된 가상 머신(10)에 대하여 CPU, 메모리, 네트워크 인터페이스 중의 적어도 하나에 대한 자원 사용량을 자동으로 수집한다.
일반적으로 가상화 환경에서는 트래픽 부하의 증가로 가상 머신이 스캐일 아웃 되는 경우에 스캐일 아웃이 진행되는 동안 트래픽 부하가 지속적으로 증가하면, 도 2에 도시한 바와 같이 스캐일 아웃이 완료될 때까지 최대 수용량을 초과하는 트래픽에 대해서는 트래픽의 유실이 발생할 수 있다. 그런데, 본 발명의 실시예에 따른 트래픽 유실 방지장치(100)는 각각의 가상 머신(10)의 자원 사용량을 감시하며, 감시되는 자원 사용량이 각각의 자원 사용량의 임계값을 초과하거나 전체 가상 머신에 대한 자원 사용량이 대응하는 임계값을 초과하는 경우에 스캐일 아웃을 수행하기 때문에, 도 3에 도시한 바와 같이 스캐일 아웃이 진행되는 동안에 트래픽 부하가 지속적으로 증가하여 트래픽의 유실이 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 트래픽 유실 방지방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 기능매니저(110)는 이동성관리장치, 서빙 게이트웨이, 패킷 데이터 게이트웨이 등의 네트워크 장비에 각각 대응하는 가상머신(10)과 연결되며, 각각의 가상머신(10)에 대한 자원 사용량을 수집한다(S110). 이때, 기능매니저(110)는 각각의 가상 머신(10)의 CPU, 메모리, 네트워크 인터페이스 중의 적어도 하나에 대한 자원 사용량을 수집할 수 있다.
기능매니저(110)는 각각의 가상 머신(10) 별 자원 사용량의 임계값 및 전체 가상 머신에 대한 자원 사용량의 임계값을 관리한다. 즉, 기능매니저(110)는 각각의 가상 머신(10)에 대응하여 자원 사용량의 임계값 및 각각의 가상머신(10)의 전체 자원 사용량의 임계값을 설정하여 관리한다. 이때, 기능매니저(110)는 각각의 가상머신(10)의 자원 사용량의 총합을 전체 자원 사용량의 임계값으로 관리하거나 전체 가상머신들의 평균값을 전체 자원 사용량의 임계값으로 관리할 수 있다.
기능매니저(110)는 각각의 가상머신(10)으로부터 수집되는 자원 사용량에 기초하여 각각의 가상 머신 별 자원 사용량의 임계값 또는 전체 가상 머신에 대한 자원 사용량의 임계값의 초과여부를 판단한다. 즉, 기능매니저(110)는 각각의 가상머신(10)으로부터 수집되는 자원 사용량에 기초하여 설정된 각각의 가상머신(10)의 자원 사용량의 임계값을 초과하였는지 또는 전체 가상머신들의 전체 자원 사용량의 임계값을 초과하였는지를 판단한다. 이때, 기능매니저(110)는 도 5에 도시한 바와 같이, 각각의 가상 머신(10)의 자원 사용량을 감시하며(S210), 특정 가상 머신(10)의 부하가 대응하여 설정된 임계값을 초과하였는지를 판단한다(S220). 또한, 기능매니저(110)는 전체 가상 머신의 평균부하 또는 각각의 부하의 합이 대응하여 설정된 평균부하의 임계값 또는 전체 부하의 임계값을 초과하는지 판단한다(S230). 이 경우, 기능매니저(110)는 특정 가상 머신(10)의 부하가 대응하여 설정된 임계값을 초과하거나, 전체 가상 머신의 평균부하 또는 각각의 부하의 합이 대응하여 설정된 평균부하의 임계값 또는 전체 부하의 임계값을 초과하는 경우에 제어부(130)에 가상 머신의 스케일 아웃 과정을 수행한다(S230).
이때, 특정 가상머신(10)의 자원 사용량이 그에 대응하여 설정된 임계값을 초과하거나 각각의 가상머신(10)의 자원 사용량의 합 또는 평균이 전체 자원사용량에 대응하여 설정된 임계값 또는 평균 임계값을 초과하는 경우, 기능매니저(110)는 제어부(130)에 스캐일 아웃 요청신호를 전송한다(S120).
제어부(130)는 기능매니저(110)로부터 스캐일 아웃 요청신호가 수신되면, 구조매니저(120)에 가용 자원여부를 확인한다(S130). 구조매니저(120)에 대한 가용 자원여부의 확인에 대응하여 구조매니저(120)로부터 스캐일 아웃이 가능하다는 신호가 수신되면(S140), 제어부(130)는 확인된 가용 자원에 기초하여 기능매니저(11)에 스캐일 아웃의 수행을 지시한다(S150). 이 경우, 기능매니저(110)는 제어부(130)의 지시에 따라 가상 머신(10)의 스캐일 아웃을 수행한다(S160). 즉, 기능매니저(110)는 제어부(130)에 의해 확인된 가용 자원의 가상 머신(10)으로 스캐일 아웃을 수행한다. 또한, 기능매니저(110)는 스캐일 아웃이 수행된 가상 머신(10)에 대한 자원 사용량을 자동으로 수집한다. 즉, 기능매니저(110)는 스캐일 아웃된 가상 머신(10)에 대하여 CPU, 메모리, 네트워크 인터페이스 중의 적어도 하나에 대한 자원 사용량을 자동으로 수집한다.

Claims (7)

  1. 가상화 환경에서 스캐일 아웃(Scale-out)이 진행하는 동안의 트래픽의 유실을 방지하는 트래픽 유실 방지장치에 있어서,
    각각의 가상 머신(Virtual Machine)에 대한 자원 사용량을 수집하며, 각각의 상기 가상 머신 별 자원 사용량의 임계값 및 전체 가상 머신에 대한 자원 사용량의 임계값을 관리하는 기능매니저;
    가용 자원을 관리하는 구조매니저; 및
    상기 구조매니저에 가용 자원여부를 확인하며, 확인된 결과에 대응하여 상기 기능매니저에 스캐일 아웃 여부를 지시하는 제어부;
    를 포함하며,
    상기 기능매니저는 수집되는 자원 사용량에 기초하여 각각의 상기 가상 머신 별 자원 사용량의 임계값 또는 전체 가상 머신에 대한 자원 사용량의 임계값의 초과여부를 판단하고, 그에 대응하여 상기 제어부에 스캐일 아웃을 요청하는 것을 특징으로 하는 트래픽 유실 방지장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기능매니저는,
    상기 제어부의 지시에 따라 가상 머신의 스캐일 아웃 여부를 수행하는 것을 특징으로 하는 트래픽 유실 방지장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 기능매니저는,
    스캐일 아웃이 수행된 가상 머신에 대한 자원 사용량을 자동으로 수집하는 것을 특징으로 하는 트래픽 유실 방지장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기능매니저는,
    각각의 상기 가상 머신의 CPU(Central Processing Unit), 메모리, 네트워크 인터페이스 중의 적어도 하나에 대한 자원 사용량을 수집하는 것을 특징으로 하는 트래픽 유실 방지장치.
  5. 트래픽 유실 방지장치에 의해 수행되는 트래픽 유실 방지방법에 있어서,
    각각의 가상 머신 별 자원 사용량의 임계값 및 전체 가상 머신에 대한 자원 사용량의 임계값을 설정하는 단계;
    각각의 상기 가상 머신에 대한 자원 사용량을 수집하는 단계;
    수집되는 자원 사용량에 기초하여 각각의 가상 머신 별 자원 사용량의 임계값 또는 전체 가상 머신에 대한 자원 사용량의 임계값의 초과여부를 판단하는 단계;
    임계값의 초과로 판단되면, 가용 자원여부를 확인하는 단계; 및
    가용자원 여부의 확인된 결과에 대응하여 스캐일 아웃 여부를 수행하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 트래픽 유실 방지방법.
  6. 제5항에 있어서,
    스캐일 아웃이 수행된 가상 머신에 대한 자원 사용량을 자동으로 수집하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 트래픽 유실 방지방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 자원 사용량을 수집하는 단계는,
    각각의 상기 가상 머신의 CPU, 메모리, 네트워크 인터페이스 중의 적어도 하나에 대한 자원 사용량을 수집하는 것을 특징으로 하는 트래픽 유실 방지방법.






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