KR20150085464A - 서버 연결 장치 및 방법 - Google Patents

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KR20150085464A
KR20150085464A KR1020140188825A KR20140188825A KR20150085464A KR 20150085464 A KR20150085464 A KR 20150085464A KR 1020140188825 A KR1020140188825 A KR 1020140188825A KR 20140188825 A KR20140188825 A KR 20140188825A KR 20150085464 A KR20150085464 A KR 20150085464A
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신지수
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한국전자통신연구원
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Abstract

본 발명은 복수의 컨트롤러 서버를 연결하는 서버 연결 장치 및 방법에 관한 기술로서 서버 연결 장치는 오픈플로 프로토콜 기반의 SDN 컨트롤러 기능을 구비한 복수의 컨트롤러 서버와 데이터 평면 상의 복수의 네트워크 장치를 연결하여, 컨트롤러 서버와 네트워크 장치간 데이터의 송수신을 중개하는 네트워크 연결부, 및 컨트롤러 서버의 동작 상태를 파악하여 가용한 컨트롤러 서버의 리스트를 생성하고, 상기 네트워크 연결부로부터 수신하는 요청에 따라 상기 네트워크 장치에 대한 제어를 담당하는 컨트롤러 서버를 선정하고, 상기 선정된 결과를 기초로 복수의 컨트롤러 서버와 복수의 네트워크 장치 간 연결관계를 제어하는 제어부를 포함한다. 제어 가능한 데이터 평면상의 네트워크 장치의 범위를 확장하고, 각각의 네트워크 장치에 대한 제어를 담당하는 컨트롤러 서버를 선정하되 이에대한 컨트롤러 서버의 장애, 부하 등을 모니터링하여 데이터 처리의 안전성을 확보한다.

Description

서버 연결 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR SERVERS INTERCONNECTION}
본 발명은 서버를 연결하는 장치 및 방법에 관한 기술로서, 보다 상세하게는 복수의 네트워크 장치와 복수의 컨트롤러 서버 간 연결관계를 제어하는 서버 연결 장치 및 실행 방법에 관한 기술이다.
오픈플로우(OpenFlow) 스위치를 이용한 네트워크 제어 기술은 데이터 평면과 제어 평면을 분리하여 하부 전달망의 특성과 형태에 관계없이 다양한 통합 서비스의 제공을 가능하게 한다. SDN(Software Define Network)이란 소프트웨어 정의 네트워크로서 소프트웨어 프로그래밍을 통해 네트워크 경로설정과 제어 및 복잡한 운용관리를 편리하게 처리 할 수 있다. 이를 실현하기 위한 기술로 오픈플로우 프로토콜이 이용되고 개방형 인터페이스는 통신 서비스 로직과 통신망 사이의 규격화된 공개 인터페이스를 제공한다.
오픈플로우 프로토콜을 사용한 기존의 고가용성, 고확장성 전략은 스위치에 모든 컨트롤러 노드의 IP 주소를 설정해 둘 것을 요구한다. 스위치는 해당 노드 가운데 가장 부하가 적은 컨트롤러에 연결된다. 그러나 이 방법을 사용하게 되면 스위치에 컨트롤러 클러스터에 속한 모든 노드 IP 주소를 입력해야 한다. 보통 입력할 수 있는 IP 주소의 개수에는 제한이 있으므로, 이 방법을 사용하면 클러스터의 크기를 일정 한계 이상으로 확장할 수 없게 된다.
오픈플로우 프로토콜을 사용하는 복수의 컨트롤러 서버와 서버 연결 장치를 포함하는 제어 클러스터를 생성하고, 복수의 컨트롤러 서버와 복수의 네트워크 장치간 연결관계를 제어하는 기술을 제안한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 서버 연결 장치는 오픈플로 프로토콜 기반의 SDN 컨트롤러 기능을 구비한 복수의 컨트롤러 서버와 데이터 평면 상의 복수의 네트워크 장치를 연결하여, 상기 컨트롤러 서버와 상기 네트워크 장치간 데이터의 송수신을 중개하는 네트워크 연결부; 및 상기 컨트롤러 서버의 동작 상태를 파악하여 가용한 컨트롤러 서버의 리스트를 생성하고, 상기 네트워크 연결부로부터 수신하는 요청에 따라 상기 네트워크 장치에 대한 제어를 담당하는 컨트롤러 서버를 선정하고, 상기 선정된 결과를 기초로 복수의 컨트롤러 서버와 복수의 네트워크 장치 간 연결관계를 제어하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 서버 연결 방법은 런타임 환경하에서 컨트롤러 서버의 동작 상태를 파악하여 복수의 컨트롤러 서버 중 가용한 컨트롤러 서버의 리스트를 생성하는 사전 준비 단계; 데이터 평면상의 네트워크 장치로부터 패킷의 처리에 대한 지시를 요청받거나 컨트롤러 서버로의 접속 요청을 수신하는 경우 복수의 컨트롤러 서버 중 상기 네트워크 장치에 대한 제어를 담당하는 컨트롤러 서버를 선정하고 상기 선정된 결과를 기초로 복수의 컨트롤러 서버와 복수의 네트워크 장치 간 연결관계를 제어하는 실행 단계; 및 상기 컨트롤러 서버의 동작 상태에 대한 피드백을 받아 상기 선정된 컨트롤러 서버의 변경, 추가, 삭제 중 하나 이상을 실행하는 모니터링 단계를 포함한다.
이때, 모니터링 단계는 상기 선정된 컨트롤러 서버에 트래픽 로드가 기 설정된 수준 이상으로 발생하는 경우 컨트롤러 서버를 추가 또는 변경할 수 있다.
복수의 컨트롤러 서버와 서버 연결 장치를 포함하는 제어 클러스터를 생성하여 제어 가능한 데이터 평면상의 네트워크 장치의 범위를 확장하고, 각각의 네트워크 장치에 대한 제어를 담당하는 컨트롤러 서버를 선정하되 컨트롤러 서버의 장애와 부하를 모니터링하여 데이터 처리의 안전성을 확보한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 서버 연결 장치를 이용한 네트워크 제어 시스템의 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 서버 연결 장치의 블럭도이다.
도 3은 서버 리스트와 세션 리스트에 대한 일 예이다.
도 4 본 발명의 일 실시예에 따른 서버 연결 방법의 흐름도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지의 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 서버 연결 장치를 이용한 네트워크 제어 시스템의 블럭도이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 각각의 네트워크 장치(120)에는 이를 제어하는 각각의 컨트롤러 서버(110)가 있으며, 하나의 네트워크 장치(120)는 복수의 컨트롤러 서버(110)에 연결될 수 있다.
서버 연결 장치(150)는 복수의 컨트롤러 서버(110)와 복수의 네트워크 장치(120)와 각각 연결되어 있다. 네트워크 장치 1,2,3,4(121,122,123,124)는 서버 연결 장치(150)의 네트워크 연결부(130)를 통하여 컨트롤러 서버 1,2,3,4(111,112,113,114)와 패킷을 주고 받을수 있다.
네트워크 연결부(130)는 오픈플로우 프로토콜 기반의 SDN 컨트롤러 기능을 구비한 복수의 컨트롤러 서버(110)와 데이터 평면 상의 복수의 네트워크 장치(120)를 연결하여 컨트롤러 서버(110)와 네트워크 장치(120)간 데이터의 송수신을 중개한다. 네트워크 연결부(130)는 오픈플로우 스위치와 같은 역할을 수행하고, 네트워크 장치(120)로부터 패킷을 수집하여 제어부(140)에 패킷의 처리에 대한 질의를 요청한다.
제어부(140)는 컨트롤러 서버(110)의 동작 상태를 파악하여 가용한 컨트롤러 서버의 리스트를 생성하고 네트워크 연결부(130)로부터 수신하는 요청에 따라 네트워크 장치(120)에 대한 제어를 담당하는 컨트롤러 서버(110)를 선정하고 선정된 결과를 기초로 복수의 컨트롤러 서버와 복수의 네트워크 장치 간 연결관계를 제어한다.
서버 연결 장치(150)는 복수의 컨트롤러 서버(110)와 복수의 네트워크 장치(120) 각각을 연결하고 연결관계에 관한 리스트를 저장할 수 있다. 이는 도 2를 통해 후술한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 서버 연결 장치의 블럭도이다. 서버 연결 장치(150)는 네트워크 연결부(130)와 제어부(140)를 포함할 수 있다.
네트워크 연결부(130)는 컨트롤러 서버 1,2,3(111,112,113)로부터 주기적으로 RUNNING 패킷을 수신할 수 있고, 컨트롤러 서버가 실행 불가능한 상황에서 SHUTDOWN 패킷을 수신할 수 있다. 이때, 각각의 컨트롤러 서버들에는 동일한 런타임 환경이 설치될 수 있다. 네트워크 연결부(130)는 런타임 환경에서 컨트롤러 서버가 실행되는 동안 주기적으로 RUNNING 패킷을 수신하며, 런타임 환경 상에서 실행되는 응용 프로그램에 장애가 발생하여 더 이상 실행이 불가하다고 판단되는 경우에는 SHUTDOWN 패킷을 수신한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 네트워크 연결부(130)는 컨트롤러 서버 1,2,3(111,112,113)의 접속에 사용되는 2 개의 대표 IP 주소를 네트워크 장치 1(121)에 알릴 수 있다. 이는 컨트롤러 서버마다 할당되어 있는 대표 IP 주소로 네트워크 장치 1(121)이 접속할 수 있도록 한다. 네트워크 연결부(130)는 제어부(140)로부터 물리적 포트 가운데 네트워크 장치 쪽으로 연결된 포트로 대표 IP에 대한 ARP 메시지를 주기적으로 송출하도록 제어를 받을 수 있다. 이때, 네트워크 연결부(130)는 복수의 컨트롤러 서버(111,112,113)에 동시에 접속할 수 있는 네트워크 장치 1(121)이 2 개의 IP 주소를 이용해 컨트롤러 서버에 접속하는 것을 연결한다. 하나의 IP 주소는 마스터 컨트롤러 서버 1(111)에 연결되고, 다른 하나의 IP 주소는 슬레이브 컨트롤러 서버 2(112)에 연결될 수 있다. 복수의 컨트롤러 서버에 동시에 접속할 수 없는 네트워크 장치(121)는 하나의 IP 주소만을 이용해 컨트롤러 서버 1(111)에 접속하고, 이때의 컨트롤러 서버는 마스터 컨트롤러 서버가 될 수 있다
네트워크 연결부(130)는 각각의 컨트롤러 서버(111,112,113)로부터 런타임 소프트웨어의 실행, 종료를 알리는 패킷을 수신하면 제어부(140)에 패킷의 처리에 대한 질의를 요청할 수 있다. 예를 들어 런타임 소프트웨어가 실행되면 RUNNING 패킷을 각각의 컨트롤러 서버(111,112,113)로부터 수신하고, 소프트웨어의 종료, 또는 비정상적으로 접속이 차단된 경우 SHUTDOWN 패킷을 수신한다. 네트워크 연결부(130)는 수신한 패킷의 처리에 대한 질의를 요청할 수있다.
보다 구체적으로 네트워크 연결부(130)는 RUNNING 패킷을 받으면 패킷의 처리에 대해 제어부(140)에 Openflow PACKET_IN 메시지를 사용해 질의한다. 이때 제어부(140)는 질의에 응답을 보내지 않는다. 이에 따라 네트워크 연결부(130)는 이 패킷을 폐기한다. 또한 네트워크 연결부(130)는 컨트롤러 서버(111,112,113)로부터 런타임 소프트웨어가 비정상적으로 종료되면 SHUTDOWN 패킷을 수신한다. 네트워크 연결부(130)는 SHUTDOWN 패킷을 수신하면 제어부(140)에 Openflow PACKET_IN 메시지(SHUTDOWN 패킷 포함)를 사용해 패킷의 처리에 대해 질의하는데, 제어부(140)는 이 질의에는 응답을 보내지 않는다. 따라서 네트워크 연결부(130)는 이 패킷을 폐기한다. 또한 데이터 평면의 네트워크 장치 1(121)로부터 컨트롤러 서버로의 접속 요청 패킷을 수신하면 네트워크 연결부(130)는 패킷의 처리를 Openflow PACKET_IN 메시지를 사용해 제어부(140)에 질의한다. 이때, 접속 요청 패킷의 목적지 IP 주소는 상기 대표 IP 주소 가운데 하나일 수 있다. 질의 결과, 제어부(140)에서 네트워크 장치 1(121)을 제어하도록 선정된 컨트롤러 서버 1(111)로의 연결 정보를 포함하는 Openflow FLOW_MOD 메시지를 회신하면, 향후 데이터 평면 네트워크 장치 1(121)에서 네트워크 연결부(130)로 전송되는 패킷은 선정된 컨트롤러 서버 1(111)로 전송되도록 설정될 수 있다.
또한 컨트롤러 서버 1(111)로부터의 응답은 네트워크 연결부(130)를 통하여 데이터 평면 네트워크 장치 1(121)로 전송되도록 설정된다. 상기 FLOW_MOD 메시지는 네트워크 연결부(130)로 하여금 목적지 주소로 사용된 대표 IP 주소나 MAC 주소를 컨트롤러 서버 1(111)의 실제 MAC 주소나 IP 주소로 바꾸는 명령과, 송신지 주소로 사용된 컨트롤러 서버 1(111)의 실제 IP 주소나 MAC 주소를 실제 MAC 주소나 대표 IP 주소로 변환하는 명령을 포함할 수 있다.
제어부(140)는 컨트롤러 서버 1,2,3(111,112,113)의 동작 상태를 파악하여 가용한 컨트롤러 서버의 리스트를 생성하고 네트워크 연결부(130)로부터 수신하는 요청에 따라 네트워크 장치 1(121)에 대한 제어를 담당하는 컨트롤러 서버 1(111)를 선정하고 선정된 결과를 기초로 복수의 컨트롤러 서버와 복수의 네트워크 장치 간 연결관계를 제어한다.
보다 구체적으로 제어부(140)는 네트워크 연결부(130)를 통해 수신된 패킷의 유형을 확인하고 컨트롤러 서버(111,112,113)의 런타임 소프트웨어의 실행, 종료의 상태에 기초하여 컨트롤러 서버의 동작 상태를 파악한다.
예를 들어 제어부(140)는 네트워크 연결부(130)로부터 RUNNING 패킷이 포함된 Openflow PACKET_IN 메시지를 수신하면 이를 발송한 컨트롤러 서버 1(111)의 소프트웨어가 실행 가능한 상태임을 파악한다. 제어부(140)는 컨트롤러 서버 1(111)의 실제 IP 주소와 RUNNING 패킷의 마지막 수신 시간, 그리고 컨트롤러 서버 1(111)이 연결된 네트워크 연결부(130)의 포트 번호를 서버 리스트에 저장할 수 있다. 네트워크 연결부(130)가 컨트롤러 서버 1(111)로부터 RUNNING 패킷을 수신할 때 마다 제어부(140)는 네트워크 연결부(130)로부터 Openflow PACKET_IN에 포함된 해당 패킷을 수신하고, 제어부(140)는 컨트롤러 서버 1(111)로부터 RUNNING 패킷을 마지막으로 수신한 시간을 계속 갱신한다. 이 정보는 컨트롤러 서버 1(111)의 장애 발생 여부를 감지하는 데 활용될 수있다.
또한, 제어부(140)는 네트워크 연결부(130)로부터 수신되는 질의 패킷을 분석하여, 런타임 소프트웨어의 비정상적 종료를 감지할 수있다. 예를 들어 질의 패킷에 포함된 RUNNING 패킷을 분석하여, 특정 컨트롤러 서버 2(112)로부터 RUNNING 패킷이 수신되지 아니한 상태가 기 설정된 임계값을 초과했다고 판단되는 경우, 제어부(140)는 해당 컨트롤러 서버 2(112)으로부터 전송된 SHUTDOWN 패킷이 포함된 질의 메시지를 수신한 것과 동일한 절차를 개시한다.
또한 네트워크 연결부(130)로부터 SHUTDOWN 패킷을 포함하는 Openflow PACKET_IN 메시지를 수신하면 제어부(140)는 해당 컨트롤러 서버가 동작 불가한 상태로 판단한다. 예를 들어 컨트롤러 서버 1(111)이 동작 불가능 상태로 전환되었음을 감지한 경우, 해당 서버에 연결되어 있었던 네트워크 장치 1(121)에 대해서, 새로운 마스터 컨트롤러 서버를 선정하는 작업을 시작한다. 예를 들어, 만일 동작 불가한 상태가 된 상기 컨트롤러 서버 1(111)가 네트워크 장치 1(121)의 마스터 서버였다면, 해당 네트워크 장치 1(121)에 연결된 슬레이브 컨트롤러 서버(112,113)가 있는 경우에는 해당 슬레이브 컨트롤러 서버를 마스터로 전환하고, 슬레이브 컨트롤러 서버가 없는 경우에는 상기 네트워크 장치 1(121)이 컨트롤러 서버에 재접속 하도록 내버려 둔다. 또한 동작 불가한 상태가 된 상기 컨트롤러 서버 3(113)이 네트워크 장치 1(121)의 슬레이브 서버였다면, 역시 네트워크 장치 1(121)이 자체적으로 슬레이브 연결을 복원할 수 있도록 할 수 있다.
제어부(140)는 네트워크 장치 1(121)에 패킷이 수집되고 네트워크 연결부(130)로부터 컨트롤러 서버로의 접속을 요청하는 TCP SYN 패킷을 포함하는 Openflow PACKET_IN 메시지를 수신하면 컨트롤러 서버를 선정한다. 컨트롤러 서버의 선정은 접속 요청이 있는 네트워크 장치(121)에 대해 개별적으로 선정하므로, 하나의 컨트롤러 서버 1 (111)은 복수의 네트워크 장치에 대해 마스터 또는 슬레이브 컨트롤러 서버로 선정 될 수 있다. 제어부(140)는 네트워크 장치 1(121)과 컨트롤러 서버 1(111)을 매칭한 연결관계를 리스트 저장부에 저장할 수 있다. 이는 도 3의 실시예를 통해 후술한다. 컨트롤러 서버를 선정할 때는 서버 리스트와 세션 리스트 테이블을 참고하여 선정하되, 패킷의 헤더필드, 기존의 네트워크 장치와 컨트롤러 서버 간 연결관계, 컨트롤러 서버에 부과되는 트래픽 량 등을 참고하여 복수의 컨트롤러 서버(110) 중 네트워크 장치에 대한 제어를 담당하는 컨트롤러 서버를 선정할 수 있다. 컨트롤러 서버를 선정하는 방법은 다양할 수 있으므로 본 발명의 실시예에 한정되지 않을 것이다.
컨트롤러 서버(110)를 선정하면 제어부(140)는 패킷의 처리에 관한 Openflow FLOW_MOD 메시지를 네트워크 연결부(130)에 송신하고 제어부(140)는 이후 트래픽 로드의 분담, 역할 분배, 패킷의 흐름에 대한 모니터링을 수행한다.
제어부(140)는 네트워크 장치 1(121)로부터 컨트롤러 서버에 대한 접속 요청을 여러 번 수신하는 경우, 최초로 선정된 컨트롤러 서버 1는 마스터(111)로, 이후 선정된 컨트롤러 서버 2,3은 슬레이브(112,113)로 지정할 수 있다. 최초로 선정된 컨트롤러 서버인지 여부는 세션 리스트 테이블을 참고하여 결정할 수 있다. 또한 제어부(140)는 특정 컨트롤러 서버에게 역할 정보를 알리는 메시지를 전송할 수 있다. 이 역할 정보는 마스터 또는 슬레이브일 수 있다. 제어부(140)는 네트워크 연결부(130)를 통해 네트워크 장치 1(121)에 대해 컨트롤러 서버 1(111)이 갖는 역할 정보를 해당 컨트롤러 서버에게 전송할 수 있다. 예를들어, 네트워크 장치 1(121)에 대한 컨트롤러 서버 1(111)의 역할이 마스터라면, 제어부(140)는 네트워크 연결부(130)를 통하여 역할 정보를 컨트롤러 서버 1(121)에 전송한다. 해당 메시지를 수신한 컨트롤러 서버 1(111)은 자신이 마스터임을 네트워크 연결부(130)를 통해 네트워크 장치 1(121)에 알린다. 다른 예로, 네트워크 장치 1(121)에 대한 컨트롤러 서버 2(112)의 역할이 슬레이브라면, 제어부(140)는 네트워크 연결부(130)를 통하여 역할 정보를 컨트롤러 서버 2(112)에 전송한다. 해당 메시지를 수신한 컨트롤러 서버 2(112)은 자신이 슬레이브임을 네트워크 연결부(130)를 통해 네트워크 장치 1(121)에 알린다. 이때, 각 컨트롤러 서버는 Openflow 프로토콜의 ROLE_REQUEST 메시지를 활용하여 자신의 역할 정보를 네트워크 장치 1(121)에 알릴 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제어부(140)는 선정된 컨트롤러 서버에 트래픽 로드가 기 설정된 수준 이상으로 발생하거나 새로운 컨트롤러 서버가 추가된 경우, 네트워크 장치에 연결된 컨트롤러 서버를 변경할 수 있다. 예를 들어 컨트롤러 서버 1(111)에 트래픽 로드가 지나치다고 판단되는 경우, 제어부(140)는 컨트롤러 서버 1(111)을 마스터로 사용하는 네트워크 장치 전체 또는 일부를 다른 컨트롤러 서버로 이전시킬 수 있다. 일예로, 제어부(140)는 네트워크 장치 1(121)을 다른 컨트롤러 서버로 이전시키고자 하는 경우, 네트워크 장치 1(121)에 연결된 슬레이브 컨트롤러 서버가 있는지를 살핀다. 만일 슬레이브 컨트롤러 서버가 있고 해당 서버가 컨트롤러 서버 2(112)라면 해당 슬레이브 컨트롤러 서버에게 네트워크 장치 1(121)에 대한 역할을 마스터로 변경하라는 메시지를 보낸다. 그리고 컨트롤러 서버 1(111)에 네트워크 장치 1(121)에 대한 역할을 슬레이브로 변경하라는 메시지를 보낸다. 역할 변경을 알리는 메시지를 수신한 각 컨트롤러 서버 1,2(111, 112)는 자기 역할이 바뀌었음을 알리는 메시지를 네트워크 장치 1(121)에 전송한다. 역할이 바뀌었음을 알리기 위한 메시지로는 Openflow 프로토콜의 ROLE_REQUEST 메시지를 활용할 수 있다.
한편, 네트워크 장치 1(121)에 연결되어 있는 슬레이브 컨트롤러 서버가 없는 경우 제어부(140)는 네트워크 연결부(130)에 FLOW_DEL 메시지를 보내어 네트워크 장치 1(121)과 컨트롤러 서버 1(111) 사이의 연결 정보를 삭제하고, 제어부(140) 안에 저장된 연결 정보를 지울 수 있다. 또한 네트워크 연결부(130)를 통해 컨트롤러 서버 1(111)에 메시지를 보내어 네트워크 장치 1(121)과의 연결을 강제적으로 끊도록 한다. 강제적으로 소실된 연결을 복구하기 위해 네트워크 장치 1(121)은 컨트롤러 서버(110)에 재접속을 시도할 것인데, 이 접속은 부하가 적은 다른 컨트롤러 서버로 우회될 것이다. 상기 절차는 다른 컨트롤러 서버로 이전해야 하는 모든 네트워크 장치들에 반복할 수 있다. 한편, 트래픽 로드가 과하게 부가되었는지 판단하는 방법은 다양하며, 특정한 방식으로 한정되지 않는다.
도 3은 서버 리스트와 세션 리스트에 대한 일예이다. 도 3을 참조하면 제어부(140)는 복수의 컨트롤러 서버(110)의 관리를 위해 IP 주소, MAC 주소, 포트 번호, 그리고 마지막 RUNNING 패킷 수신 시간을 포함하는 서버 리스트를 생성한다. 그리고 네트워크 장치(120)와 컨트롤러 서버(110)간 관계를 나타내는 세션 리스트를 생성한다. 세션 리스트에는 네트워크 장치 IP, 네트워크 장치의 MAC 주소, 컨트롤러 서버 IP 주소, 컨트롤러 서버가 연결된 포트 번호, 컨트롤러 서버의 타입(type)을 포함 할 수 있다. 이때 컨트롤러 서버(110)의 타입은 마스터 또는 슬레이브로 표시 할 수 있다.
또한 본 발명의 다른 실시예에 따르면 세션 리스트에 네트워크 장치(120)의 IP에 대한 항목이 없거나, type == M, 마스터인 레코드가 없는 등 데이터 평면 네트워크 장치(120)에 대한 마스터 컨트롤러 서버가 결정되지 않은 경우 컨트롤러 서버(110)는 자신이 마스터 컨트롤러 서버임을 Openflow ROLE_REQUEST 메시지를 사용하여 데이터 평면 네트워크 장치(120)에 알린다. 그러나 이미 결정된 마스터 컨트롤러 서버가 있는 경우 (세션 리스트에 네트워크 장치의 IP에 대한 type == M인 레코드가 존재하는 경우), 서버 연결 장치는 TCP SYN 패킷을 변조하여 전송하도록 PACKET_OUT 메시지를 컨트롤러 서버(110)로 전송하고, 변조된 TCP SYN을 받은 컨트롤러 서버(110)는 해당 컨트롤러의 실행 상태를 슬레이브로 변경한다. 컨트롤러 서버(110)는 ROLE_REQUEST 메시지를 서버 연결 장치에 전송하고, 서버 연결 장치는 이를 수신하여 세션 리스트에서 해당 컨트롤러 서버(110)의 타입을 변경한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 서버 연결 방법의 흐름도이다.
서버 연결 방법은 사전 준비 단계(210), 실행 단계(220), 모니터링 단계(230)를 포함한다. 그리고 복수의 컨트롤러 서버와 복수의 네트워크 장치간 연결관계에 관한 리스트를 저장하는 단계를 더 포함 할 수 있다.
서버 연결 장치에서 컨트롤러 서버로부터 컨트롤러 서버의 동작 상태를 알리는 패킷을 수신하는지 판단(300)하여 컨트롤러 서버로부터 패킷을 수신하면 사전 준비 단계를 진행한다. 사전 준비 단계는 복수의 컨트롤러 서버 중 가용한 컨트롤러 서버의 리스트를 생성하고 관리한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 서버 연결 장치는 컨트롤러 서버로부터 컨트롤러 서버의 동작 상태를 알리는 RUNNING과 SHUTDOWN 패킷을 수신한다.
보다 구체적으로 네트워크 연결부 RUNNING 패킷을 수신하면(310) Openflow PACKET_IN 메시지를 사용해 패킷의 처리에 대한 질의를 생성하고 제어부에 전송한다. 생성된 질의에 응답하여 제어부는 컨트롤러 서버의 IP 주소, RUNNING 패킷이 수신된 네트워크 연결부 상의 포트 번호, 그리고 RUNNING 패킷이 마지막으로 관측된 시간 정보를 사용해 가용한 컨트롤러 서버의 리스트를 갱신한다. 이를위해 RUNNING 패킷을 수신하면 서버 리스트에 없는 컨트롤러 서버인지 판단한다(320). 이때 서버 리스트에 있는 컨트롤러 서버인 경우 정상 동작중인 서버임을 표시한다(340). 서버 리스트에 없는 컨트롤러 서버인 경우 가용한 컨트롤러 서버 리스트에 추가하고(330), 다른 컨트롤러 서버에 접속 전환 절차가 필요한지(520) 모니터링 하는 단계로 진행할 수 있다.
컨트롤러 서버로부터 RUNNING 패킷을 수신한 것이 아니라면 컨트롤러 서버로부터 SHUTDOWN 패킷을 수신했는지 판단한다(350). 서버 연결 장치는 컨트롤러 서버로부터 런타임 소프트웨어가 종료되면 SHUTDOWN 패킷(중단된 서버의 주소를 포함)을 수신하고 Openflow PACKET_IN 메시지를 사용해 패킷의 처리에 대한 질의를 생성하고 제어부(140)에 전송한다. 서버 연결 장치는 질의로부터 MAC 주소에서 실행되고 있던 컨트롤러 서버의 런타임 소프트웨어가 종료되었다고 판단하고, 컨트롤러 서버가 동작 불가 상태로 파악한다. 따라서 복수의 컨트롤러 서버 중 동작이 불가한 컨트롤러 서버를 가용한 컨트롤러 서버 리스트에서 삭제하고(360) 컨트롤러 서버에 대한 접속 정보를 삭제한다(370). 그리고 다른 컨트롤러 서버에 접속 전환 절차가 필요한지(520) 모니터링 하는 단계로 진행할 수 있다. 이는 모니터링 단계에서 후술한다.
서버 연결 장치(150)에서 컨트롤러 서버로부터 패킷을 수신하지 않았다면 네트워크 장치로부터 패킷을 수신했는지 판단한다(410). 실행 단계(220)는 네트워크 장치로부터 패킷을 수신하면 그에 대한 처리를 진행한다. 데이터 평면상의 네트워크 장치로부터 패킷의 처리에 대한 지시를 요청받거나 컨트롤러 서버로의 접속 요청을 수신(420)하는 경우 복수의 컨트롤러 서버 중 네트워크 장치에 대한 제어를 담당하는 컨트롤러 서버를 선정하고(430) 선정된 결과를 기초로 복수의 컨트롤러 서버와 복수의 네트워크 장치 간 연결관계를 제어한다. 만일 패킷의 처리에 대한 지시를 요청받거나 컨트롤러 서버로의 접속 요청을 받지 않은 경우 모니터링 단계로 진행한다.
보다 구체적으로 데이터 평면의 네트워크 장치로부터 컨트롤러 서버에 접속을 요청하는 패킷이 수집되면(420) 복수의 컨트롤러 서버 중 패킷의 처리를 제어하는 컨트롤러 서버의 선정을 요청하는 질의 메시지를 생성한다. 실행 단계(220)는 서버 리스트와 세션 리스트 테이블을 참고하여 복수의 컨트롤러 서버 중 네트워크 장치에 대한 제어를 담당하는 컨트롤러 서버를 선정하되, 패킷의 헤더 필드, 기존의 네트워크 장치와 컨트롤러 서버 간 연결관계, 컨트롤러 서버에 부과되는 트래픽 양 등을 참고할 수 있다. 컨트롤러 서버의 선정 방법은 다양할 수 있으나 이는 어디까지나 본 발명의 일 실시예로서 해석되어야 할 것이다.
또한 본 발명의 다른 실시예에 따르면 실행 단계는 기 선정된 컨트롤러 서버가 있는 경우 네트워크 장치로 수신된 패킷을 선정된 컨트롤러 서버로 전송하고, 컨트롤러 서버의 응답은 해당 네트워크 장치로 전송할 수 있다.
또한, 실행 단계는 컨트롤러 서버 리스트와 컨트롤러 서버와 네트워크 장치간 연결관계에 관한 리스트를 관리 할 수 있다.
또한, 실행 단계는 복수의 컨트롤러 서버를 선정하는 경우 어느 하나를 마스터 컨트롤러 서버로 선정하고 나머지를 슬레이브 컨트롤러 서버로 선정 할 수 있다.
이러한 컨트롤러 서버의 선정에 기초하여 네트워크 장치와 컨트롤러 서버간 연결관계에 관한 리스트를 저장(440)하고, 네트워크 장치와 선정된 컨트롤러 서버간 이러한 연결관계를 반영하여(450) 네트워크를 제어한다.
모니터링 단계(230)는 컨트롤러 서버의 동작 상태를 모니터링하여 컨트롤러 서버에 연결된 복수의 네트워크 장치를 다른 컨트롤러 서버로 재배치하는 동작을 실행한다. 모니터링 단계는 서버 연결 장치(150)가 실행되는 즉시 다른 단계와 독립적으로 주기적으로 실행되는 단계이다.
먼저, 컨트롤러 서버가 정상 동작중인지 판단한다(510). 만일 컨트롤러 서버가 정상 동작 중인 경우 정상 동작중인 서버임을 표시한다(550). 그러나 컨트롤러 서버가 정상 동작 중이 아닌 경우, 예를 들어 컨트롤러 서버로부터 RUNNING 패킷이 마지막으로 수신된 후 경과한 시간이 지정된 임계치를 넘어서는 경우 서버 연결 장치(150)는 해당 컨트롤러 서버가 비정상적으로 종료되었다고 판단한다. 그리고 다른 컨트롤러 서버에 접속 전환 절차가 필요한지 판단한다(520). 접속 전환절차가 필요한 경우 다른 컨트롤러 서버로 접속을 전환하는 절차를 개시한다.
접속 전환 절차는 정상적으로 동작하지 않는 컨트롤러 서버에 연결된 네트워크 장치를 다른 컨트롤러 서버로 이전하는 절차이다. 컨트롤러 서버에 접속 종료를 요청하는 SHUTDOWN 패킷과 접속을 요청하는 TCP SYN 패킷 중 하나 이상을 전송하여(530), 컨트롤러 서버를 변경, 삭제, 추가 중 하나 이상을 실행한다(540). 예를 들어 컨트롤러 서버 1(111)이 동작 불가능 상태로 전환되었음을 감지한 경우, 해당 서버에 연결되어 있었던 모든 네트워크 장치(120)에 대해서, 새로운 마스터 컨트롤러 서버를 선정하는 작업을 시작한다. 예를 들어, 만일 동작 불가한 상태가 된 상기 컨트롤러 서버 1(111)가 네트워크 장치 1(121)의 마스터 서버였다면, 해당 네트워크 장치(121)에 연결된 슬레이브 컨트롤러 서버가 있는 경우에는 해당 슬레이브 컨트롤러 서버를 마스터로 전환하고, 슬레이브 컨트롤러 서버가 없는 경우에는 상기 네트워크 장치(121)이 컨트롤러 서버에 재접속 하도록 내버려 둔다. 또한 동작 불가한 상태가 된 상기 컨트롤러 서버(111)이 네트워크 장치 1(121)의 슬레이브 서버였다면, 역시 네트워크 장치 1(121)이 스스로 슬레이브 연결을 복원할 수 있도록 내버려 둔다.
또한 본 발명의 다른 실시예에 따르면 선정된 컨트롤러 서버에 트래픽 로드가 기 설정된 수준 이상으로 발생하거나는 새로운 컨트롤러 서버가 추가된 경우, 네트워크 장치에 연결된 컨트롤러 서버를 변경할 수 있다. 예를 들어 컨트롤러 서버 1(111)에 트래픽 로드가 지나치다고 판단되는 경우, 제어부(140)는 컨트롤러 서버 1(111)을 마스터로 사용하는 네트워크 장치들을 다른 컨트롤러 서버로 이전시킬 수 있다. 가령 네트워크 장치 1(121)을 다른 컨트롤러 서버로 이전시키고자 하는 경우, 네트워크 장치 1(121)에 연결된 슬레이브 컨트롤러 서버가 있는지를 살핀다.
만일 슬레이브 컨트롤러 서버가 있고 해당 서버가 컨트롤러 서버 2(112)라면 해당 슬레이브 컨트롤러 서버에게 네트워크 장치 1(121)에 대한 역할을 마스터로 변경하라는 메시지를 보낸다. 또한 컨트롤러 서버 1(111)에게는 네트워크 장치 1(121)에 대한 역할을 슬레이브로 변경하라는 메시지를 보낸다. 역할 변경을 알리는 메시지를 수신한 각 컨트롤러 서버(111, 112)는 자기 역할이 바뀌었음을 알리는 메시지를 네트워크 장치 1(121)에 전송한다. 역할이 바뀌었음을 알리기 위한 메시지로는 Openflow 프로토콜의 ROLE_REQUEST 메시지를 활용할 수 있다. 한편, 네트워크 장치 1(121)에 연결되어 있는 슬레이브 컨트롤러 서버가 없는 경우 제어부는 네트워크 연결부에 FLOW_DEL 메시지를 보내어 네트워크 장치 1(121)과 컨트롤러 서버 1(111) 사이의 연결 정보를 삭제하고 제어부 안에 저장된 연결 정보를 지운다. 또한 네트워크 연결부를 통해 컨트롤러 서버 1(111)에 메시지를 보내어 네트워크 장치 1(121)과의 연결을 강제적으로 끊도록 한다. 강제적으로 소실된 연결을 복구하기 위해 네트워크 장치 1(121)은 컨트롤러 서버에 재접속을 시도할 것인데, 이 접속은 부하가 적은 다른 컨트롤러 서버로 우회될 것이다. 상기 절차는 다른 컨트롤러 서버로 이전해야 하는 모든 네트워크 장치들에 반복한다. 한편, 트래픽 로드가 지나침을 판단하는 방법은 다양하며, 특정한 방식으로 한정되지 않는다.
컨트롤러 서버: 110, 111, 112, 113, 114….
네트워크 연결부: 130
제어부: 140
서버 연결 장치: 150
네트워크 장치: 120, 121, 122, 123, 124….

Claims (17)

  1. 오픈플로 프로토콜 기반의 SDN 컨트롤러 기능을 구비한 복수의 컨트롤러 서버와 데이터 평면 상의 복수의 네트워크 장치를 연결하여, 상기 컨트롤러 서버와 상기 네트워크 장치간 데이터의 송수신을 중개하는 네트워크 연결부; 및
    상기 컨트롤러 서버의 동작 상태를 파악하여 가용한 컨트롤러 서버의 리스트를 생성하고, 상기 네트워크 연결부로부터 수신하는 요청에 따라 상기 네트워크 장치에 대한 제어를 담당하는 컨트롤러 서버를 선정하고, 상기 선정된 결과를 기초로 복수의 컨트롤러 서버와 복수의 네트워크 장치 간 연결관계를 제어하는 제어부를 포함하는 서버 연결 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    복수의 컨트롤러 서버와 복수의 네트워크 장치 간 연결관계에 관한 리스트를 저장하는 리스트 저장부를 더 포함하는 서버 연결 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 네트워크 연결부는 상기 컨트롤러 서버로부터 런타임 소프트웨어의 실행, 종료를 알리는 패킷을 수신하면 제어부에 상기 패킷의 처리에 대한 질의를 요청하는 서버 연결 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 네트워크 연결부는 네트워크 장치로부터 패킷의 처리에 대한 지시를 요청받거나 컨트롤러 서버로의 접속 요청을 받으면 제어부에 컨트롤러 서버의 선정을 요청하고 선정된 컨트롤러 서버로 상기 패킷을 전송하는 서버 연결 장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 제어부는 네트워크 연결부를 통해 수신된 패킷의 유형을 확인하고 상기 컨트롤러 서버의 런타임 소프트웨어의 실행, 종료의 상태에 기초하여 컨트롤러 서버의 동작 상태를 파악하는 서버 연결 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는 패킷의 헤더필드, 네트워크 장치와 컨트롤러 서버 간 연결관계, 사용자의 선호도, 컨트롤러 서버에 부과되는 트래픽 량 중 하나 이상을 참고하여 복수의 컨트롤러 서버 중 상기 네트워크 장치에 대한 제어를 담당하는 컨트롤러 서버를 선정하는 서버 연결 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는 복수의 컨트롤러 서버를 선정하는 경우 어느 하나를 마스터 컨트롤러 서버로 선정하고 나머지를 슬레이브 컨트롤러 서버로 선정하는 서버 연결 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는 컨트롤러 서버의 동작 상태에 대한 피드백을 받아 상기 선정된 컨트롤러 서버의 변경, 추가, 삭제 중 하나 이상을 실행하는 서버 연결 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제어부는 컨트롤러 서버의 런타임 소프트웨어의 실행 종료를 알리는 패킷과 컨트롤러 서버로의 접속을 요청하는 패킷을 사용하여 기 연결된 컨트롤러 서버를 변경 또는 삭제하거나 새로운 컨트롤러 서버를 추가하는 서버 연결 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 선정된 컨트롤러 서버에 트래픽 로드가 기 설정된 수준 이상으로 발생하는 경우 컨트롤러 서버를 추가 또는 변경하는 서버 연결 장치.
  11. 런타임 환경하에서 컨트롤러 서버의 동작 상태를 파악하여 복수의 컨트롤러 서버 중 가용한 컨트롤러 서버의 리스트를 생성하는 사전 준비 단계;
    데이터 평면상의 네트워크 장치로부터 패킷의 처리에 대한 지시를 요청받거나 컨트롤러 서버로의 접속 요청을 수신하는 경우 복수의 컨트롤러 서버 중 상기 네트워크 장치에 대한 제어를 담당하는 컨트롤러 서버를 선정하고 상기 선정된 결과를 기초로 복수의 컨트롤러 서버와 복수의 네트워크 장치 간 연결관계를 제어하는 실행 단계; 및
    상기 컨트롤러 서버의 동작 상태에 대한 피드백을 받아 상기 선정된 컨트롤러 서버의 변경, 추가, 삭제 중 하나 이상을 실행하는 모니터링 단계를 포함하는 서버 연결 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    복수의 컨트롤러 서버와 복수의 네트워크 장치 간 연결관계에 관한 리스트를 저장하는 단계를 더 포함하는 서버 연결 방법.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 사전 준비 단계는 네트워크 연결부를 통해 수신된 패킷의 유형을 확인하고 상기 컨트롤러 서버의 런타임 소프트웨어의 실행, 종료의 상태에 기초하여 컨트롤러 서버의 동작 상태를 파악하는 서버 연결 방법.
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 실행 단계는 패킷의 헤더필드, 네트워크 장치와 컨트롤러 서버 간 연결관계, 사용자의 선호도, 컨트롤러 서버에 부과되는 트래픽 량 중 하나 이상을 참고하여 복수의 컨트롤러 서버 중 상기 네트워크 장치에 대한 제어를 담당하는 컨트롤러 서버를 선정하는 서버 연결 방법.
  15. 제 11항에 있어서,
    상기 실행 단계는 복수의 컨트롤러 서버를 선정하는 경우 어느 하나를 마스터 컨트롤러 서버로 선정하고 나머지를 슬레이브 컨트롤러 서버로 선정하는 서버 연결 방법.
  16. 제 11항에 있어서,
    상기 모니터링 단계는 컨트롤러 서버의 런타임 소프트웨어의 실행 종료를 알리는 패킷과 컨트롤러 서버로의 접속을 요청하는 패킷을 사용하여 기 연결된 컨트롤러 서버를 변경 또는 삭제하거나 새로운 컨트롤러 서버를 추가하는 서버 연결 방법.
  17. 제 11항에 있어서,
    상기 모니터링 단계는 상기 선정된 컨트롤러 서버에 트래픽 로드가 기 설정된 수준 이상으로 발생하는 경우 컨트롤러 서버를 추가 또는 변경하는 서버 연결 방법.
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