KR20120055955A

KR20120055955A - 오픈플로우 네트워크 시스템 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR20120055955A
Application number: KR1020100117421A
Authority: KR
Inventors: 홍원택; 권윤주; 공정욱
Original assignee: 한국과학기술정보연구원
Priority date: 2010-11-24
Filing date: 2010-11-24
Publication date: 2012-06-01
Also published as: KR101155012B1

Abstract

본 발명은 오픈플로우 네트워크 시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 데이터를 송수신하는 복수개의 노드와, 상기 노드 간의 플로우 송수신을 중계하는 오픈플로우 스위치와, 상기 오픈플로우 스위치를 제어하는 플로우 라우팅 컨트롤러를 포함하는 오픈플로우 네트워크 시스템에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 오픈플로우 스위치로부터 수신된 플로우 정보와 사용자의 요구를 반영하여 플로우에 대한 포워딩을 생성하고, 상기 플로우에 대한 포워딩 정보를 플로우 엔트리의 형태로 상기 오픈플로우 스위치에 전송하고; 상기 오픈플로우 스위치는, 상기 컨트롤러로부터 상기 플로우에 대한 포워딩을 플로우 엔트리의 형태로 수신하여 상기 엔트리 안에 포함된 포워딩 규칙에 기반하여 이후의 트래픽을 관리하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 사용자가 정의하는 서비스 품질 요구사항에 맞추어 동적으로 트래픽 전송경로를 할당하고 네트워크 상황에 따라 플로우를 재정의하여 트래픽을 이동시킴으로써 일정 수준 이상의 네트워크 품질을 유지할 수 있고, 동적 플로우 이동을 통해 유휴 대역을 효율적으로 이용할 수 있는 오픈플로우 네트워크 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.

Description

오픈플로우 네트워크 시스템 및 그 제어방법{OPEN FLOW NETWORK SYSTEM AND METHOD OF CONTROLLING THE SAME}

본 발명은 오픈플로우 네트워크 시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 사용자가 정의하는 서비스 품질 요구사항에 맞추어 동적으로 트래픽 전송경로를 할당하고 네트워크 상황에 따라 플로우를 재정의하여 트래픽을 이동시킴으로써 일정 수준 이상의 네트워크 품질을 유지할 수 있고, 동적 플로우 이동을 통해 유휴 대역을 효율적으로 이용할 수 있는 오픈플로우 네트워크 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.

오픈플로우(OpenFlow) 기술은 새로운 프로토콜들을 실제 네트워크상에서 시험하는 기술 표준으로써, 오픈플로우 기술을 이용하면 기존의 애플리케이션을 유지한 상태에서 네트워크 프로토콜을 시험할 수 있다.

오픈플로우 기술이 적용된 네트워크 시스템은, 플로우 테이블(Flow Table), 제어기(Controller) 및 스위치 간 통신 보안을 제공하는 오픈플로우 프로토콜을 포함한다.

플로우 테이블은 스위치에 내장되어, 패킷과 트래픽을 어떻게 처리할지에 대한 룰을 정의한다. 제어기는 오픈플로우 시스템을 제어하는 일종의 지휘 컴퓨터로써, 특별히 정의된 오픈플로우 프로토콜을 이용해 스위치와 통신한다. 이 프로토콜은 SSL(Secure Socket Layer)에 의해 암호화된다.

오픈플로우 시스템에서는 스위치나 라우터 또는 네트워크 컨트롤러에 명령을 내릴 수 있는 API를 제공하며, 엔지니어는 이 API를 이용하여 자신만의 프로토콜을 정의할 수 있다. 예를 들면, 단순한 트래픽은 주어진 IP 주소로 정의할 수 있다.

이러한 명령에 따라, 제어기는 네트워크 지식정보를 이용하여 최적화된 네트워크를 통해 경로를 설정할 수 있다. 즉, 종래의 오픈플로우 기술은, 기존의 스위치와 라우터를 이용하여 소프트웨어로 제어되는 전송 정책이 최적의 트래픽 경로를 결정한다.

한편, 화상 회의와 같은 멀티미디어 트래픽의 경우 패킷 로스에 민감하여 항상 일정량의 유휴 대역폭이 존재하여야 좋은 품질의 화상 및 음성 서비스가 가능하다.

따라서, 멀티미디어 트래픽을 전송하는 경우 주기적으로 사용하고 있는 네트워크 경로의 상태를 모니터링 하여 필요에 따라 우회 경로를 이용하여 트래픽을 전송하는 방법이 요구되고 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 사용자가 정의하는 서비스 품질 요구사항에 맞추어 동적으로 트래픽 전송경로를 할당하고, 네트워크 상황에 따라 플로우를 재정의하여 트래픽을 이동시킴으로써 일정 수준 이상의 네트워크 품질을 유지할 수 있고, 동적 플로우 이동을 통해 유휴 대역을 효율적으로 이용할 수 있는 오픈플로우 네트워크 시스템 및 그 제어방법을 제공하는데 그 기술적 과제가 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 오픈플로우 네트워크 시스템은, 데이터를 송수신하는 복수개의 노드와, 상기 노드 간의 플로우 송수신을 중계하는 오픈플로우 스위치와, 상기 오픈플로우 스위치를 제어하는 플로우 라우팅 컨트롤러를 포함하는 오픈플로우 네트워크 시스템에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 오픈플로우 스위치로부터 수신된 플로우 정보와 사용자의 요구를 반영하여 플로우에 대한 포워딩을 생성하고, 상기 플로우에 대한 포워딩 정보를 플로우 엔트리의 형태로 상기 오픈플로우 스위치에 전송하고; 상기 오픈플로우 스위치는, 상기 컨트롤러로부터 상기 플로우에 대한 포워딩을 플로우 엔트리의 형태로 수신하여 상기 엔트리 안에 포함된 포워딩 규칙에 기반하여 이후의 트래픽을 관리하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 오픈플로우 스위치와 상기 컨트롤러는, TCP 또는 SSL 방식으로 상호 데이터를 송수신할 수 있다.

그리고, 상기 플로우 엔트리는, 플로우의 목적지 및 발신지의 MAC, IP, 서비스 포트 번호를 포함하는 헤더 필드와; 지정된 포트로 포워딩을 수행하는 액션 필드를 포함할 수 있다.

또 다른 측면에서 볼 때, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 오픈플로우 네트워크 시스템은, 데이터를 송수신하는 복수개의 노드와, 상기 노드 간의 플로우 송수신을 중계하는 오픈플로우 스위치를 포함하는 오픈플로우 네트워크 시스템에 있어서, 관리자로부터 입력받은 QoS 정책과 네트워크 연결 상태를 유지하는 네트워크 구성 정보가 저장된 데이터베이스를 포함하는 QoS 및 구성정보 관리기; 상기 오픈플로우 스위치와 호스트의 정보를 주기적으로 모니터링 하여 등록 및 관리하고, 수신된 이벤트 및 메시지의 종류에 따라, 수신된 패킷에 대해 선언된 QoS 프로파일에 기반하여 라우팅 경로를 설정하고 상기 설정된 경로에 포함된 오픈플로우 스위치의 플로우 엔트리를 생성하는 포워딩 및 스위치 통신기; 및 수신된 플로우에 따라 상기 QoS 라우팅 토폴로지와 일반 라우팅 토폴로지 중 어느 하나를 생성하고, 생성된 각 토폴로지에 기초하여 최단 경로를 산출하여 네트워크 구성정보 데이터베이스에 반영을 요청하는 라우팅 처리기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 QoS 및 구성정보 관리기는, 상기 데이터베이스의 테이블을 생성하고 상기 테이블에 상기 QoS 관련 정보 및 네트워크 정보를 저장하여 관리 및 업데이트하는 QoS 적용대상 입력부; 상기 호스트와 오픈플로우 스위치 정보를 등록 및 관리하는 호스트/스위치 정보 처리부; 및 상기 플로우의 경로정보를 저장 및 관리하는 경로정보 처리부를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 포워딩 및 스위치 통신기는, 오픈플로우 메시지 및 이벤트 처리부; 데이터 경로 이벤트에 기반하여 컨트롤러에 감지된 오픈플로우 스위치와 호스트를 등록하는 호스트 및 스위치 등록부; LLDP 패킷을 기반으로 물리 토폴로지를 인식하는 물리 토폴로지 획득부; 포트 상태정보를 이용하여 노드 간의 대역을 얻어오는 대역폭 측정부; 일반 플로우의 송수신을 위한 스위칭을 수행하는 L2 스위칭 처리부; 수신된 패킷에 대해 선언된 QoS 프로파일에 기반하여 라우팅 결정을 내리는 라우팅 선택부; 및 설정된 경로에 따라 포함되는 오픈플로우 스위치로 플로우 엔트리를 생성하여 전송하는 포워딩 처리부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 라우팅 처리기는, 사용자의 네트워크 요구 사항을 반영하는 플로우를 처리하는 QoS 라우팅 토폴로지 생성부; 일반 플로우 처리를 담당하는 일반 라우팅 토폴로지 생성부; 상기 각 토폴로지에 기초하여 최단 경로를 산출하는 최단 경로 계산 처리부를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 데이터베이스에는, 최단경로(Dijkstra Path) 정보, 호스트 정보, 오픈플로우 스위치 연결정보, 오픈플로우 스위치 리스트 정보, QoS 정책정보, QoS 경로정보 및 실패한 패킷 정보중 적어도 하나 이상의 데이터가 저장될 수 있다.

또한, 상기 최단경로(Dijkstra Path) 정보, 정보, QoS 정책정보, QoS 경로정보 및 실패한 패킷 정보는, 송수신 측의 MAC 주소, 송수신 측의 IP 주소, 송수신 측의 서비스 포트 번호, 데이터링크 계층에서의 타입 및 네트워크 프로토콜 번호를 포함하며, 각 정보의 속성에 따른 부가정보를 더 포함할 수 있다.

그리고, 상기 호스트 정보는, 상기 오픈플로우 망에 가입된 호스트의 주소정보 및 접속정보와, 수신측 및 송신측 대역폭 정보와, 호스트가 연결된 시간 및 경로 설정 시 사용 여부 정보를 포함할 수 있다.

또한, 상기 오픈플로우 스위치 연결정보는, 상기 오픈플로우 스위치의 주소정보 및 접속정보와, 수신측 및 송신측 대역폭 정보와, 마지막으로 패킷을 받은 시간 정보를 포함할 수 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 오픈플로우 네트워크 시스템의 제어방법은, 오픈프로우 네트워크 시스템의 제어방법에 있어서, 수신된 패킷의 플로우가 일반 플로우인지 QoS 플로우인지를 판단하는 단계; 상기 QoS 플로우인 경우 QoS 라우팅 토폴로지를 생성하는 단계; 상기 생성된 각 토폴로지에 기초하여 최단 경로를 설정하는 단계; 상기 최단 경로에 기초하여 플로우 엔트리를 생성하는 단계; 상기 플로우 엔트리를 오픈플로우 스위치에 전송하는 단계; 및 상기 오픈플로우 스위치에서 상기 플로우 엔트리에 포함된 포워딩 규칙에 기반하여 이후의 트래픽을 관리하는 단계를 포함한다.

여기서, 상기 수신된 플로우가 일반 플로우인 경우 최단경로(Dijkstra) 라우팅 토폴로지를 생성하는 단계; 상기 생성된 각 토폴로지에 기초하여 최단 경로를 설정하는 단계; 및 상기 경로에 따라 L2 스위치를 제어하여 트래픽을 전송하는 단계를 포함할 수 있다.

한편, 상기 오픈플로우 스위치의 포트 별 통계 자료를 주기적으로 수신하는 단계; 상기 포트별 통계 정보를 이용하여 링크 간의 대역폭을 계산하는 단계; 상기 대역폭에 따라 라우팅 플래그를 셋팅하는 단계; 기 저장된 호스트정보 및 오픈플로우 스위치의 연결정보에 포함된 상기 대역폭정보를 업데이트 하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 데이터 패스(datapath) 이벤트가 발생한 경우, 해당 호스트 및 오픈플로우 스위치의 연결정보를 추가 혹은 삭제하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 오픈플로우 네트워크 시스템 및 그 제어방법은, 사용자가 정의하는 서비스 품질 요구사항에 맞추어 동적으로 트래픽 전송경로를 할당하고 네트워크 상황에 따라 플로우를 재정의하여 트래픽을 이동시킴으로써 일정 수준 이상의 네트워크 품질을 유지할 수 있고, 동적 플로우 이동을 통해 유휴 대역을 효율적으로 이용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 오픈플로우 네트워크 시스템의 구성도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 오픈플로우 네트워크 시스템의 제어블럭도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 오픈플로우 네트워크 시스템의 데이터베이스의 스키마 구조도,
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 오픈플로우 네트워크 시스템의 제어 흐름도,
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 오픈플로우 네트워크 시스템의 제어 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 오픈플로우 네트워크 시스템의 구성도이다.

오픈플로우 네트워크 시스템은, 데이터를 송수신하는 복수개의 노드(10)와 각 노드(10) 간의 플로우 송수신을 중계하는 오픈플로우 스위치(20)와, 오픈플로우 스위치(20)로부터 플로우 정보를 수신하여 플로우의 라우팅을 제어하는 플로우 라우팅 컨트롤러(100)를 포함한다. 여기서, 오픈플로우 스위치(20)와 플로우 라우팅 컨트롤러(100)는 TCP 또는 SSL과 같은 통신방법을 통해 정보를 교환할 수 있다.

노드(10) 간 통신 시, 송신측 노드(10)는 오픈플로우 스위치(20) 측에 연결하고자 하는 수신측 노드(10)로 통신을 요청한다.

오픈플로우 스위치(20)는 송신측 노드(10)로부터 받은 데이터를 버퍼에 저장한 후, 오픈플로우 라우팅 컨트롤러(100) 측에 요청된 플로우에 대한 정보를 전송한다. 이때, 플로우에 대한 정보 교환은 오픈플로우 프로토콜을 이용하여 이루어진다.

컨트롤러(100)는 오픈플로우 스위치(20)로부터 수신된 플로우 정보와 사용자의 요청을 반영하여 플로우에 대한 포워딩 경로를 생성한다. 오픈플로우 라우팅 컨트롤러(100)는 생성된 포워딩 경로를 오픈플로우 스위치(20)에 플로우 엔트리의 형태로 전송한다.

플로우 엔트리를 수신한 오픈플로우 스위치(20)는 엔트리 안에 포함된 포워딩 규칙에 기반하여 이 후의 트래픽을 관리한다. 플로우 엔트리는 목적지/발신지 MAC, IP, 서비스 포트 번호 등을 포함하는 헤더 필드와 지정된 포트로 포워딩을 수행하는 액션 필드 등으로 구성된다.

본 발명에서는 이와 같은 오픈플로우 네트워크 시스템에서 일반 플로우와 망 정책 관리자(110)에 의해 정의되어 차별화된 요구 사항을 보장하는 QoS 플로우를 구별하여 플로우 라우팅을 할 수 있는 시스템을 제안하고 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 오픈플로우 네트워크 시스템의 제어블럭도로서, 트래픽 부하를 고려한 동적 플로우 라우팅 기능을 수행하기 위한 제어 구성을 도시한 것이다.

오픈플로우 네트워크 시스템은 QoS 및 구성정보 관리기(200), 라우팅 처리기(300), 포워딩 및 스위치 통신기(400)를 포함한다.

QoS 및 구성정보 관리기(200)는 오픈플로우 네트워크 정책 관리자(110)로부터 입력받은 QoS 정책과 네트워크 연결 상태를 유지하는 네트워크 구성 정보가 저장되는 QoS 프로파일 및 구성 정보 데이터베이스(220)를 포함한다.

QoS 및 구성정보 관리기(200)는 데이터베이스(220)의 테이블을 생성하고 테이블에 저장된 정보를 관리 및 업데이트하기 위해, QoS 적용대상 입력부(210), 호스트/스위치 정보 처리부(240), 경로정보 처리부(230)를 포함할 수 있다. 여기서, 데이터베이스(220)의 스키마 구조 및 필드에 대한 설명은 후술할 도 3에 대한 설명에서 상세히 서술하기로 한다.

포워딩 및 스위치 통신기(400)는 오픈플로우 메시지 및 이벤트 처리부(410), 호스트 및 스위치 등록부(420), 물리 토폴로지 획득부(430), 대역폭 측정부(440), L2 스위칭 처리부(450), 라우팅 선택부(470), 포워딩 처리부(460)를 포함한다.

오픈플로우 메시지 및 이벤트 처리부(410)는 오픈플로우 프로토콜에 대한 처리 및 대응 기능을 수행한다.

호스트 및 스위치 등록부(420)는 데이터 패스(datapath) 이벤트에 기반하여 컨트롤러(100)에 감지된 오픈플로우 스위치(20)와 호스트를 등록한다.

물리 토폴로지 획득부(430)는 LLDP 패킷을 기반으로 물리 토폴로지를 인식한다.

대역폭 측정부(440)는 포트 상태(port_stats)를 이용하여 노드(10) 간의 대역정보를 획득한다.

L2 스위칭 처리부(450)는 기존의 L2 스위칭 역할을 수행한다.

라우팅 선택부(470)는 3 계층 이상의 패킷에 대해 선언된 QoS 프로파일에 기반하여 라우팅 경로를 설정한다.

포워딩 처리부(460)는 라우팅 선택부(470)에서 설정된 경로에 따라, 경로에 포함된 오픈플로우 스위치(20) 측에 플로우 엔트리를 생성하여 전송한다.

라우팅 처리기(300)는 QoS 라우팅 토폴로지 생성부(310), 일반 라우팅 토폴로지 생성부(320), 최단경로 계산 처리부(330)를 포함한다.

QoS 라우팅 토폴로지 생성부(310)는 사용자의 네트워크 요구 사항을 반영하는 플로우를 처리한다.

일반 라우팅 토폴로지 생성부(320)는 QoS 라우팅이 아닌, 일반적인 플로우를 처리한다. 일반 라우팅 토폴로지 생성부(320)는 최단 거리를 검색하는 데이크스트라(Dijkstra) 알고리즘을 이용하여 일반적인 플로우를 처리할 수 있다.

최단경로 계산 처리부(330)는 각각 생성된 토폴로지에 기초하여 최단경로를 검색하고, 네트워크 구성정보 데이터베이스(220)에 검색된 최단경로의 반영을 요청한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 오픈플로우 네트워크 시스템의 데이터베이스(220)의 스키마 구조도이다.

도 3에서 (a)는 최단경로(Dijkstra Path) 정보, (b)는 호스트 정보, (c)는 오픈플로우 스위치 연결정보, (d)는 오픈플로우 스위치 리스트 정보, (e)는 QoS 정책정보, (f)는 QoS 경로정보, (g)는 실패한 패킷 정보를 도시한 것이다.

최단경로(Dijkstra Path) 정보(a)는 QoS 보장을 필요로 하지 않는 일반 플로우의 경로정보를 저장하는 용도로 사용된다. SM, DM은 각각 송수신 측의 MAC 주소, SP, DP는 각각 송수신 측의 IP 주소, Sp, Dp는 각각 송수신 측의 서비스 포트 번호, DLT는 데이터링크 계층에서의 타입, NWP는 네트워크 프로토콜 번호를 나타낸다. PTH는 해당 플로우가 거쳐 가야 하는 스위치(20)들의 ID를 순차적으로 포함한다. USE는 해당 경로의 사용 여부를 나타내고, EXP는 해당 경로가 마지막으로 사용된 시간을 기록한다.

호스트 정보(b)는 오픈플로우 망에 가입된 호스트의 정보를 저장하는 용도이다. MAC는 연결된 호스트의 MAC 주소, IP는 IP주소, COF는 해당 호스트가 연결된 오픈플로우 스위치(20)의 ID, CPT는 연결된 스위치(20)의 포트번호, RBW는 수신측 대역폭, TBW는 송신측 대역폭, CRT는 호스트가 연결된 시간, USE는 경로 설정 시 사용 여부를 나타낸다.

오픈플로우 스위치 연결정보(c)는 오픈플로우 스위치가 다른 오픈플로우 스위치와 연결된 상태 정보를 나타내고, 오픈플로우 스위치(20)마다 하나의 테이블을 갖게 된다.

오픈플로우 스위치 연결정보(c)에서 PT는 해당 스위치가 다른 스위치와 붙은 포트번호, COF는 해당 스위치가 연결된 다른 오픈플로우 스위치의 ID, RBW는 수신측 대역폭, TBW는 송신측 대역폭, CRT는 마지막으로 LLDP 패킷을 받은 시간으로 연결 상태를 주기적으로 확인하기 위함이다. CST는 링크의cost로 기본 값은 1이다.

오픈플로우 스위치 리스트 정보(d)는 오픈플로우 망에 가입된 스위치(20)의 ID를 저장한다.

QoS 정책정보(e)는 오픈플로우 망 정책 관리자(110)로부터 입력받은 QoS 적용 관련 정보를 저장하는 용도로 사용되고, 와일드 카드(*)를 지원한다. SM, DM은 각각 송수신 측의 MAC 주소, SP, DP는 각각 송수신 측의 IP 주소, Sp, Dp는 각각 송수신 측의 서비스 포트 번호, DLT는 데이터링크 계층에서의 타입, NWP는 네트워크 프로토콜 번호, PRT는 우선순위, TYP는 QoS 플로우 경로 설정 시 사용되는 라우팅 프로토콜 옵션으로 본 발명에서는 CSPF를 이용한다. CT는 제약조건의 만족시키고자 하는 임계치 값으로 주로 대역폭 정보를 이용한다. DRT는 QoS 플로우의 단/양방향 여부, STE는 해당 엔트리의 사용 상태를 나타낸다.

QoS 경로정보(f)는 QoS 플로우의 경로에 대한 정보를 저장하는 용도로 사용되며, 최단경로(Dijkstra Path) 정보(a)의 스키마와 상당 부분 유사하다. SM, DM은 각각 송수신 측의 MAC 주소, SP, DP는 각각 송수신 측의 IP 주소, Sp, Dp는 각각 송수신 측의 서비스 포트 번호, DLT는 데이터링크 계층에서의 타입, NWP는 네트워크 프로토콜 번호, PRT는 우선순위, TYP는 QoS 플로우 경로 설정 시 사용되는 라우팅 프로토콜 옵션으로 본 발명에서는 CSPF를 이용한다. CT는 제약조건의 만족시키고자 하는 임계치 값으로 주로 대역폭 정보를 이용한다.

PTH는 해당 플로우가 거쳐 가야 하는 스위치(20)들의 ID를 순차적으로 포함한다. DRT는 QoS 플로우의 단/양방향 여부, USE는 경로 설정 시 사용 여부, EXP는 해당 경로가 마지막으로 사용된 시간을 기록한다. ABW는 이 경로의 가용 대역폭을 나타내고, CPT는 경로를 구성하는 홉 간의 링크들의 측정 여부를 리스트 형태로 나타낸다. CBW는 여러 링크들 중에 가장 작은 가용 대역폭을 임시로 저장하는 용도이며, CAY는 해당 경로가 다른 경로에 의해 침범 당했는지를 나타낸다.

실패한 패킷 정보(g)는 경로 설정 실패 시에 실패한 패킷에 대한 정보를 저장하는 용도로 사용된다. 실패한 패킷 정보(g)는 QoS 경로정보(f) 스키마의 구조와 유사하며, CRT 값으로 경로 설정 실패 시의 시간을 기록한다.

도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 오픈플로우 네트워크 시스템의 제어 흐름도로써, 본 시스템에서 관장하는 오픈플로우 스위치(20)로부터 메시지 또는 이벤트가 발생할 경우 처리 단계를 보여준다.

오픈플로우 메시지 또는 이벤트가 발생하면 이벤트 또는 메시지의 타입에 따라 대응하게 된다(S410).

이러한 대응은 오픈플로우 메시지 및 이벤트 처리부(410)를 호출하여 수행되고(S412), 오픈플로우 메시지 및 이벤트 처리부(410)는 오픈플로우 프로토콜에서 정의된 여러 종류의 메시지 및 타입을 판별한다(S414). 이에, 이벤트 및 메시지는, 본 시스템에서는 스위치(20)의 가입/탈퇴를 알리는 데이터 패스(datapath) 이벤트, 스위치(20)에서 컨트롤러(100)로 전송되는 패킷 입력(Packet-in) 메시지, 스위치(20)의 관리 정보 요구를 위한 Stats-request에 대한 Stats-reply 메시지를 정의하며, 오픈플로우 메시지 및 이벤트 처리부(410)는 발생된 메시지 또는 이벤트의 종류를 판별한다.

데이터 패스(datapath) 이벤트의 발생은 오픈플로우 스위치(20)가 컨트롤러(100)의 영역에 가입/탈퇴를 한다는 것을 의미한다. 이에, 호스트 및 스위치 등록부(420)를 호출한다(S420).

호스트 및 스위치 등록부(420)는 발생된 이벤트를 처리하여 오픈플로우 스위치(20)를 컨트롤러(100)의 영역에 가입 혹은 탈퇴 처리한다(S422). 여기서, 호스트 및 스위치 등록부(420)는 오픈플로우 스위치 리스트 데이터베이스(220)에 엔트리를 추가/삭제하고, 해당 스위치(20)를 위한 오픈플로우 스위치 연결정보 테이블을 생성하며 각 포트별로 엔트리를 생성 및 추가/삭제한다.

패킷 입력(Packet-in) 메시지의 경우에는 여러 종류의 메시지가 캡슐화 되어 컨트롤러(100)로 전달되게 되는데, 크게 나누어 2 계층 이하의 패킷과 3 계층 이상의 정보를 포함하는 패킷으로 나누어 처리한다(S430, S450).

3계층 이상의 패킷인 경우 라우팅 선택부(470)를 호출하여 처리한다(S450).

2계층 이하의 패킷인 경우 LLDP 패킷인지 여부를 판단한다(S430).

LLDP 패킷이 아니면서 호스트정보를 포함하고 있는 경우(S432), 해당 호스트 및 스위치 등록부(420)를 호출한다(S420). 호스트 및 스위치 등록부(420)는 오픈플로우 스위치 리스트 데이터베이스(220)에 엔트리를 추가하고, 해당 스위치(20)를 위한 오픈플로우 스위치 연결정보 테이블을 생성하며 각 포트별로 엔트리를 생성 및 추가한다.

LLDP 패킷이 아니면서 호스트정보를 포함하고 있지 아니한 경우, ARP와 같은 목적지 주소를 모르는 패킷, ICMP 등의 패킷들은 범용적으로 사용되는 스위치와 같은 방식으로 동작을 하게 된다. 이에, 일반 L2 스위칭 처리부(450)를 호출하고(S434), ARP/ICMP 등의 패킷 처리 방식으로 처리한다(S436).

LLDP 패킷을 수신하는 경우에는 물리 토폴로지 획득부(430)를 호출하여(S440), 스위치들 간의 연결 정보를 획득한다(S442).

LLDP 패킷의 chassid와 portid는 최초 LLDP 패킷을 받은 스위치의 정보를 나타내며 dpid와 inport는 최초 스위치에서 보낸 LLDP 패킷을 받은 스위치의 정보를 나타내므로, 이러한 정보를 오픈플로우 스위치 연결정보 테이블에 저장하고 경로 설정 시 다시 불러와 사용한다. 추가적으로 호스트의 정보를 얻기 위해 호스트가 어느 스위치의 몇 번 포트에 연결되어 있는지 감지하여 호스트 정보 테이블에 저장하고 변동 시 데이터베이스(220)를 업데이트 한다(S444).

Stats-reply 메시지는 스위치의 포트 별 통계 자료를 수집하기 위해 주기적으로 수신한다. 메시지 수신 시 포함된 포트별 통계 정보를 이용하여 링크 간의 대역폭을 계산한다. 대역폭 계산 방법은 이전에 보고받은 누적 바이트 수와 시간을 각각 현재 보고받은 누적 바이트 수와 시간의 차를 계산한 후 바이트 차이를 시간 차이로 나눈다. 이 값은 오픈플로우 스위치 연결정보 테이블 및 호스트 정보 테이블의 RBW, TBW에 저장되며 이 값은 각 링크의 사용 대역폭이 된다.

QoS 경로 상 홉 간의 가용 대역폭 계산을 위해서는 최대 지원 대역폭을 사용 대역폭으로 빼주어 계산한다. 그러나 이 값은 경로 상의 여러 링크 중 하나의 값이므로 그 경로의 가용 대역폭이라 할 수 없다. 경로의 가용 대역폭은 관련 링크들 중 최소 가용 대역폭이 되어야 하기 때문이다. 따라서 각 링크의 가용 대역폭을 전부 체크한 후 그 중 최소 가용 대역폭을 도출해야 한다.

QoS 경로정보 테이블의 CBW는 현재까지 체크한 링크들의 가용 대역폭 중 가장 최소값을 임시로 저장하고 있다. CPT는 경로에 포함된 각 링크의 가용 대역폭 체크상태를 나타낸다. 경로에 포함된 링크가 5개이면 ‘11111’이 체크되어야 하고 2개이면 ‘11’이 된다. 링크의 순서에 따라 '1'이 체크되며 5개 링크 중 첫 번째와 세 번째 링크가 체크되었으면 ’10100‘이 된다. 포함된 모든 링크의 가용 대역폭이 체크 완료되면(즉, 모두 1) 그때 CBW는 ABW로 저장된다.

도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 오픈플로우 네트워크 시스템의 제어 흐름도로써, 라우팅 처리기(300)에서의 플로우 처리 방법을 예시한 것이다.

3 계층 이상의 정보를 포함하는 패킷 입력(Packet-in) 메시지가 수신되었거나, 혹은, 재라우팅이 요구되는 경우(S512), 라우팅 선택부(470)가 호출된다(S512).

수신된 패킷의 플로우가 일반 플로우인지 QoS 플로우인지를 판단한다(S514).

QoS 플로우인 경우 CSPF QoS 라우팅 토폴로지 생성부(310)를 호출하고(S520), 오픈플로우 스위치 연결 정보 테이블로부터 제약사항(CT)을 만족시키지 못하는 링크는 제거한다(S522).

이 후, 새로운 토폴로지를 생성하고 최단경로 설정을 통해 경로를 생성한다(S524).

여기서, 경로 설정에 성공하였는지 여부를 확인하고(S526), 경로설정에 성공한 경우 QoS 경로정보 테이블의 PTH 필드에 해당 경로를 리스트 형태로 저장한다(S528). 이에, 오픈플로우의 패킷 출력(Packet-out) 메시지를 이용하여 포워딩함으로써 경로 상의 스위치(20)마다 필요한 포워딩을 수행할 수 있게 된다(S540).

반면, 경로설정에 실패한 경우, 실패 패킷(Fail packet)정보 데이터베이스(220)에 관련 정보를 저장한다(S538).

한편, 수신된 패킷의 플로우가 일반 플로우인 것으로 판단된 경우에는, 최단경로(Dijkstra Path) 기술을 이용한 일반 라우팅 토폴로지 생성부(320)를 호출한다(S530).

일반 라우팅 토폴로지 생성부(320)는 단순하게 토폴로지를 생성한 후 최단경로를 생성한다(S532).

여기서, 최단경로 설정에 성공하면 최단경로(Dijkstra Path) 정보 데이터베이스(220)의 PTH 필드에 해당 경로를 리스트 형태로 저장한다(S536).

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 사용자가 정의하는 서비스 품질 요구사항에 맞추어 동적으로 트래픽 전송경로를 할당하고, 네트워크 상황에 따라 플로우의 재 정의를 통해 트래픽을 이동시키는 방식으로 사용자 트래픽을 관리 및 제어할 수 있다. 또한, 플로우를 구성하는 속성들, 예컨대, MAC 주소, IP 주소, 서비스 포트 번호 등을 더욱 자세히 정의 및 조합시킬 수 있는 특징이 있다.

이에 따라, 망의 정책 관리자는 일정 수준 이상의 네트워크 품질을 요구하는 네트워크 응용을 지원하기가 수월해질 수 있으며, 동적 플로우 이동을 통해 유휴 대역을 효율적으로 이용할 수 있으므로 망 이용의 효율성을 높이는 효과를 기대할 수 있다.

이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명은 사용자가 정의하는 서비스 품질 요구사항에 맞추어 동적으로 트래픽 전송경로를 할당하고 네트워크 상황에 따라 플로우를 재정의하여 트래픽을 이동시킴으로써 일정 수준 이상의 네트워크 품질을 유지할 수 있고, 동적 플로우 이동을 통해 유휴 대역을 효율적으로 이용할 수 있는 오픈플로우 네트워크 운영에 이용할 수 있다.

10 : 노드 20 : 오픈플로우 스위치
100 : 플로우 라우팅 컨트롤러 110 : 관리자
200 : QoS 및 구성정보 관리기 210 : QoS 적용대상 입력부
220 : 데이터베이스 230 : 경로정보 처리부
240 : 호스트/스위치 정보처리부 300 : 라우팅 처리기
310 : QoS 라우팅 토폴로지 생성부
320 : 일반 라우팅 토폴리지 생성부
330 : 최단경로 계산 처리부
400 : 포워딩 및 스위치 통신기
410 : 오플 플로우 메시지 및 이벤트 처리부
420 : 호스트 및 스위치 등록부 430 : 물리 토폴로지 획득부
440 : 대역폭 측정부 450 : L2 스위칭 처리부
460 : 포워딩 처리부 470 : 라우팅 선택부

Claims

데이터를 송수신하는 복수개의 노드와, 상기 노드 간의 플로우 송수신을 중계하는 오픈플로우 스위치와, 상기 오픈플로우 스위치를 제어하는 플로우 라우팅 컨트롤러를 포함하는 오픈플로우 네트워크 시스템에 있어서,
상기 컨트롤러는 상기 오픈플로우 스위치로부터 수신된 플로우 정보와 사용자의 요구를 반영하여 플로우에 대한 포워딩을 생성하고, 상기 플로우에 대한 포워딩 정보를 플로우 엔트리의 형태로 상기 오픈플로우 스위치에 전송하고;
상기 오픈플로우 스위치는, 상기 컨트롤러로부터 상기 플로우에 대한 포워딩을 플로우 엔트리의 형태로 수신하여 상기 엔트리 안에 포함된 포워딩 규칙에 기반하여 이후의 트래픽을 관리하는 것을 특징으로 하는 오픈프로우 네트워크 시스템.
제1항에 있어서,
상기 오픈플로우 스위치와 상기 컨트롤러는,
TCP 또는 SSL 방식으로 상호 데이터를 송수신하는 것을 특징으로 하는 오픈프로우 네트워크 시스템.
제1항에 있어서,
상기 플로우 엔트리는,
플로우의 목적지 및 발신지의 MAC, IP, 서비스 포트 번호를 포함하는 헤더 필드와;
지정된 포트로 포워딩을 수행하는 액션 필드를 포함하는 것을 특징으로 하는 오픈프로우 네트워크 시스템.
데이터를 송수신하는 복수개의 노드와, 상기 노드 간의 플로우 송수신을 중계하는 오픈플로우 스위치를 포함하는 오픈플로우 네트워크 시스템에 있어서,
관리자로부터 입력받은 QoS 정책과 네트워크 연결 상태를 유지하는 네트워크 구성 정보가 저장된 데이터베이스를 포함하는 QoS 및 구성정보 관리기;
상기 오픈플로우 스위치와 호스트의 정보를 주기적으로 모니터링 하여 등록 및 관리하고, 수신된 이벤트 및 메시지의 종류에 따라, 수신된 패킷에 대해 선언된 QoS 프로파일에 기반하여 라우팅 경로를 설정하고 상기 설정된 경로에 포함된 오픈플로우 스위치의 플로우 엔트리를 생성하는 포워딩 및 스위치 통신기; 및
수신된 플로우에 따라 상기 QoS 라우팅 토폴로지와 일반 라우팅 토폴로지 중 어느 하나를 생성하고, 생성된 각 토폴로지에 기초하여 최단 경로를 산출하여 네트워크 구성정보 데이터베이스에 반영을 요청하는 라우팅 처리기를 포함하는 것을 특징으로 하는 오픈프로우 네트워크 시스템.
제4항에 있어서,
상기 QoS 및 구성정보 관리기는,
상기 데이터베이스의 테이블을 생성하고 상기 테이블에 상기 QoS 관련 정보 및 네트워크 정보를 저장하여 관리 및 업데이트하는 QoS 적용대상 입력부;
상기 호스트와 오픈플로우 스위치 정보를 등록 및 관리하는 호스트/스위치 정보 처리부; 및
상기 플로우의 경로정보를 저장 및 관리하는 경로정보 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 오픈프로우 네트워크 시스템.
제4항에 있어서,
상기 포워딩 및 스위치 통신기는,
오픈플로우 메시지 및 이벤트 처리부;
데이터 경로 이벤트에 기반하여 컨트롤러에 감지된 오픈플로우 스위치와 호스트를 등록하는 호스트 및 스위치 등록부;
LLDP 패킷을 기반으로 물리 토폴로지를 인식하는 물리 토폴로지 획득부;
포트 상태정보를 이용하여 노드 간의 대역을 얻어오는 대역폭 측정부;
일반 플로우의 송수신을 위한 스위칭을 수행하는 L2 스위칭 처리부;
수신된 패킷에 대해 선언된 QoS 프로파일에 기반하여 라우팅 결정을 내리는 라우팅 선택부;
설정된 경로에 따라 포함되는 오픈플로우 스위치로 플로우 엔트리를 생성하여 전송하는 포워딩 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 오픈프로우 네트워크 시스템.
제4항에 있어서,
상기 라우팅 처리기는,
사용자의 네트워크 요구 사항을 반영하는 플로우를 처리하는 QoS 라우팅 토폴로지 생성부;
일반 플로우 처리를 담당하는 일반 라우팅 토폴로지 생성부;
상기 각 토폴로지에 기초하여 최단 경로를 산출하는 최단 경로 계산 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 오픈프로우 네트워크 시스템.
제4항에 있어서,
상기 데이터베이스에는,
최단경로(Dijkstra Path) 정보, 호스트 정보, 오픈플로우 스위치 연결정보, 오픈플로우 스위치 리스트 정보, QoS 정책정보, QoS 경로정보 및 실패한 패킷 정보중 적어도 하나 이상의 데이터가 저장되는 것을 특징으로 하는 오픈프로우 네트워크 시스템.
제8항에 있어서,
상기 최단경로(Dijkstra Path) 정보, 정보, QoS 정책정보, QoS 경로정보 및 실패한 패킷 정보는,
송수신 측의 MAC 주소, 송수신 측의 IP 주소, 송수신 측의 서비스 포트 번호, 데이터링크 계층에서의 타입 및 네트워크 프로토콜 번호를 포함하며, 각 정보의 속성에 따른 부가정보를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오픈프로우 네트워크 시스템.
제8항에 있어서,
상기 호스트 정보는,
상기 오픈플로우 망에 가입된 호스트의 주소정보 및 접속정보와, 수신측 및 송신측 대역폭 정보와, 호스트가 연결된 시간 및 경로 설정 시 사용 여부 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 오픈프로우 네트워크 시스템.
제8항에 있어서,
상기 오픈플로우 스위치 연결정보는,
상기 오픈플로우 스위치의 주소정보 및 접속정보와, 수신측 및 송신측 대역폭 정보와, 마지막으로 패킷을 받은 시간 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 오픈프로우 네트워크 시스템.
오픈프로우 네트워크 시스템의 제어방법에 있어서,
수신된 패킷의 플로우가 일반 플로우인지 QoS 플로우인지를 판단하는 단계;
상기 QoS 플로우인 경우 QoS 라우팅 토폴로지를 생성하는 단계;
상기 생성된 각 토폴로지에 기초하여 최단 경로를 설정하는 단계;
상기 최단 경로에 기초하여 플로우 엔트리를 생성하는 단계;
상기 플로우 엔트리를 오픈플로우 스위치에 전송하는 단계; 및
상기 오픈플로우 스위치에서 상기 플로우 엔트리에 포함된 포워딩 규칙에 기반하여 이후의 트래픽을 관리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 오픈프로우 네트워크 시스템의 제어방법.
제12항에 있어서,
상기 수신된 플로우가 일반 플로우인 경우 최단경로(Dijkstra) 라우팅 토폴로지를 생성하는 단계;
상기 생성된 각 토폴로지에 기초하여 최단 경로를 설정하는 단계; 및
상기 경로에 따라 L2 스위치를 제어하여 트래픽을 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 오픈프로우 네트워크 시스템의 제어방법.
제12항에 있어서
상기 오픈플로우 스위치의 포트 별 통계 자료를 주기적으로 수신하는 단계;
상기 포트별 통계 정보를 이용하여 링크 간의 대역폭을 계산하는 단계;
상기 대역폭에 따라 라우팅 플래그를 셋팅하는 단계;
기 저장된 호스트정보 및 오픈플로우 스위치의 연결정보에 포함된 상기 대역폭정보를 업데이트 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오픈프로우 네트워크 시스템의 제어방법.
제12항에 있어서
데이터 패스(datapath) 이벤트가 발생한 경우, 해당 호스트 및 오픈플로우 스위치의 연결정보를 추가 혹은 삭제하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오픈프로우 네트워크 시스템의 제어방법.