KR20170006950A - Sdn 기반의 네트워크 플랫트닝 시스템 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 SDN(Software Defined Network) 기반의 네트워크 플랫트닝 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 동일 도메인에 속하지 않은 장치 간에 클라우드 자원을 쉽게 공유하고 제한 없이 클라우드 서비스를 제공받기 위해 서로 다른 레벨의 네트워크 사이를 동일 네트워크 레벨로 평탄화하도록 하는 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

Description

SDN 기반의 네트워크 플랫트닝 시스템 및 그 방법{NETWORK FLATTENING SYSTEM BASED ON SDN AND METHOD THEREOF}
본 발명은 SDN(Software Defined Network) 기반의 네트워크 플랫트닝 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 동일 도메인에 속하지 않은 장치 간에 클라우드 자원을 쉽게 공유하고 제한 없이 클라우드 서비스를 제공받기 위해 서로 다른 레벨의 네트워크 사이를 동일 네트워크 레벨로 평탄화하도록 하는 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
기존의 홈 네트워크와 같은 로컬 엑세스 네트워크의 경우 클라우드와의 L2 기반의 네트워크 도메인을 구성하는 것이 불가능하였다. 많은 디바이스들의 경우, UPNP 와 같은 콘텐츠 공유를 위한 프로토콜이 구현되어 있는데 L2 기반으로 동작을 하기 때문에, 홈 또는 같은 L2 도메인의 디바이스들 간에만 동작이 되었고, 클라우드와의 연동은 불가능 하였다.
이와 같을 경우, 클라우드 자원의 사용은 제한 적일 수 밖에 없게 되고 디바이스의 제조사 종속적인 클라우드 서비스만 제공 가능하다. 예를 들어, 애플의 경우도 애플의 사용자 ID를 통해 등록된 디바이스들 만이 I-CLOUD를 통해 공유가 가능하고, 안드로이드 계열의 다른 디바이스들과는 공유가 되지 않는다. 이는 이러한 I-CLOUD 서비스는 L3 이상의 애플리케이션을 기반으로 공유를 하는 방식으로 동작 하기 때문에, 벤더 종속적이다.
1. KR10-2011-0040604 A (2011.04.20.) 2. KR10-2012-0017381 A (2012.02.28.) 3. KR10-2012-0017381 A (2012.01.10.)
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 SDN을 활용하여 다양한 엑세스 네트워크와 클라우드 도메인간의 플랫한 L2 네트워크를 제공함으로써, 클라우드와 엑세스 네트워크의 디바이스간 양방향 통신이 가능하도록 함과 동시에, 이를 통한 다양한 디바이스의 제어가 클라우드를 통해 가능하도록 하는데 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 SDN 기반의 네트워크 플랫트닝 시스템은, SDN(Software Defined Network) 기능 및 L3 오버레이 터널링 기능을 구비하는 무선 엑세스 포인트인 SDN AP; 상기 L3 오버레이 터널링 기능에 따른 터널의 고유 식별정보를 관리하며, 상기 SDN AP를 제어하는 SDN 기반의 SDN 제어기; 상기 터널의 고유 식별정보, 사용자 고유 식별정보 및 패스워드를 포함하는 사용자 정보, 및 상기 SDN AP의 네트워크 IP 범위와 외부 게이트웨이 IP 정보를 포함하는 사용자 클라우드 정보를 기초로 상기 SDN AP와 L2 오버레이 네트워크를 생성하는 브릿지 라우터; 상기 사용자 정보를 등록 및 인증하며, 상기 SDN 제어기와 연결된 오케스트레이터; 상기 SDN AP를 통해 클라우드 서비스를 이용하는 엑세스 디바이스; 및 상기 클라우드 서비스를 제공하는 클라우드를 포함할 수 있다.
또한, 상기 클라우드에 연결되어 클라우드 서비스를 제공하는 가상 머신을 생성 및 관리하는 클라우드 매니저를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 클라우드에 연결되어 상기 엑세스 디바이스에 상기 가상 머신과 L2 도메인을 형성하도록 하는 IP 주소를 생성하는 DHCP 서버를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 사용자 정보는 상기 클라우드의 클라우드 서비스를 이용할 엑세스 디바이스를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 SDN 기반의 네트워크 플랫트닝 방법은, SDN(Software Defined Network) 기능 및 L3 오버레이 터널링 기능을 구비하는 무선 엑세스 포인트인 SDN AP가 구동되는 단계; 상기 L3 오버레이 터널링 기능에 따른 터널의 고유 식별정보를 관리하며, 상기 SDN AP를 제어하는 SDN 기반의 SDN 제어기에서 상기 터널의 고유 식별정보, 사용자 고유 식별정보 및 패스워드를 포함하는 사용자 정보, 및 상기 SDN AP의 네트워크 IP 범위와 외부 게이트웨이 IP 정보를 포함하는 사용자 클라우드 정보를 기초로 상기 SDN AP와 L2 오버레이 네트워크를 생성하는 브릿지 라우터와 상기 SDN AP와의 L2 오버레이 네트워크 구축하는 단계를 포함하고, 상기 L2 오버레이 네트워크 구축 단계는, 사용자 정보를 등록 및 인증하며 상기 SDN 제어기와 연결된 오케스트레이터에서 상기 SDN 제어기를 통해 사용자가 사용자 인증을 요청하는지 판단하는 단계; 상기 사용자 인증 요청이 있는 경우, 상기 SDN 제어기를 통해 수신한 사용자 정보를 상기 오케스트레이터에서 인증하는 단계; 상기 사용자 정보가 인증되면 상기 SDN 제어기에서 사용자 클라우드 정보를 취득하는 단계; 및 상기 사용자 클라우드 정보 및 상기 SDN 제어기에서 생성된 터널 ID를 기초로 오버레이 터널을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 오케스트레이터에서 상기 사용자 인증 요청이 없고 사용자에 의해 사용자 등록 요청을 수신하는 경우, 사용자를 인증하기 위한 사용자 식별정보 및 패스워드를 등록하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 다양한 디바이스의 제어를 클라우드로 할 수 있으며, 다른 레벨의 네트워크의 엑세스 디바이스가 다양한 클라우드 서비스를 제공받을 수 있도록 할 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 일실시예에 따른 SDN 기반의 네트워크 플랫트닝 시스템의의 블럭 구성도,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 SDN 제어기의 블럭 구성도, 및
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 오버레이 네트워크 구축 방법을 도시한 순서도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
제1, 제2 등의 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 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. 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 도면 부호를 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 네트워크 상의 여러가지 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 관리 할 수 있다. 네트워크 토폴로지 정보는 스위치들 사이의 토폴로지 및 각 스위치에 연결되어 있는 네트워크 디바이스들의 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)는 경로 계산 모듈(125)에서 계산된 결과, QoS 등의 정책, 사용자 지시 등을 기초로 플로우 테이블, 그룹 테이블, 및 미터 테이블 등의 엔트리로서 엔트리 DB(191)에 등록할 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 의해 생성된 엔트리 또는 엔트리 DB(191)에 저장된 엔트리에 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 디바이스와 연결된 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 스위치(20)에 의해 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), 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) 등의 튜플(tuple)을 포함할 수 있다.
인스트럭션(instruction)은 다른 플로우 테이블로 패킷을 전달하는 것과 같은 파이프라인 프로세싱을 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 의미할 수 있다. 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(20)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 스위치 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(10)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 일실시예에 따른 SDN 기반의 네트워크 플랫트닝 시스템의의 블럭 구성도이고, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 SDN 제어기의 블럭 구성도이다. 도 6을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 플랫트닝 시스템을 기능에 따른 구성요소 관점에서 살펴보면 다음과 같다.
도 6을 참조하면, 본 플랫트닝 시스템은 오케스트레이터(1), SDN 제어기(10'), SDN AP(20'), 엑세스 디바이스(30'), 클라우드 매니저(40), 브릿지 라우터(50), 클라우드(60), 및 클라우드 머신(70)을 포함할 수 있다. 동일하거나 유사한 구성요소에 대한 자세한 설명은 도 1 내지 도 5를 참조한다.
클라우드(60)는 클라우드 컴퓨팅에 제공되는 일련의 서비스 또는 이를 구현하기 위한 기반 시설, 플랫폼, 또는/및 응용프로그램을 가리킬 수 있다. 클라우드 컴퓨팅은 개인이 가진 단말기를 통해서는 주로 입/출력 작업만 이루어지고, 정보분석 및 처리, 저장, 관리, 유통 등의 작업은 제3의 공간에서 이루어지는 컴퓨팅 시스템 형태라고 할 수 있다. 클라우드(60)는 이러한 클라우드 서비스 작업이 이루어지는 공간 또는 인프라 구조를 지칭할 거나, 클라우드 서비스 또는 그 기능을 의미할 수도 있다.
엑세스 디바이스(30')는 앞서 설명한 네트워크 디바이스(30)와 동일하거나 유사하다. 본 실시예에서 엑세스 디바이스(30')는 사용자 단의 디바이스인 것이 바람직하며, 이하, 사용자 디바이스로 가정하고 설명하기로 한다. 엑세스 디바이스(30')는 SDN AP(20')와 유선 또는 무선으로 접속할 수 있다. 사용자는 엑세스 디바이스(30')를 통해 콘텐츠를 공유하거나 클라우드 기능을 제한 없이 사용할 수 있다.
SDN AP(20')는 앞서 설명한 SDN 기반의 스위치(20) 기능 이외에 무선 엑세스 서비스를 제공할 수 있다. SDN AP(20')는 SDN 기능이 활성화된 무선 AP(Access Point)로서, VXLAN(Virtual Extensible Local Area Network), NVGRE(Network Virtualization using Generic Routing Encapsulation), STT(Stateless Transport Tunneling) 등의 L3 오버레이 터널링 기능을 제공할 수 있다. SDN AP(20')은 홈과 같은 댁내에 위치할 수 있고, 산업 현장, 교통 현장과 같이 설치 장소에 제한이 없다. 초기 설치 및 등록 단계에서 사용자의 클라우드 자원을 설정하게 되고, 클라우드 자원 설정이 끝난 뒤에 L3 오버레이 터널링을 통해 SDN AP(20')와 브릿지 라우터(50) 사이에 터널을 형성할 수 있다.
SDN 제어기(10')는 앞서 설명한 SDN 기반의 제어기(10)와 동일하거나 유사한 기능을 제공할 수 있다. 도 7을 참조하면, SDN 제어기(10')는 터널링 모듈(510), 모니터링 모듈(520), 및 접근 권한 제어 모듈(530)을 더 포함할 수 있다.
터널링 모듈(510)은 VXLAN, NVGRE, 및 STT 등의 터널에 특유의 식별정보(ID)를 부여하고 식별정보들을 관리할 수 있다. 모니터링 모듈(520)은 SDN AP(20')를 통한 트래픽의 통계 정보를 모니터링 할 수 있다. 관리자는 모니터링 모듈(520)을 통해 트래픽을 모니터링하여 트래픽을 제어할 수 있다. 접근 권한 제어 모듈(530)은 L2 오버레이 네트워크 생성시 생길 수 있는 보안 문제를 해결할 수 있다. 이를 위해 접근 권한 제어 모듈(530)은 사전에 엑세스 디바이스(30')를 등록하여, 등록된 엑세스 디바이스(30') 간에만 L2 도메인이 생성할 수 있도록 할 수 있다. 또한 접근 권한 제어 모듈(530)은 모니터링 모듈(520)에서 모니터된 분석을 기반으로 불필요한 트래픽의 전송을 차단하여 네트워크 대역폭의 사용 효율을 높일 수 있다.
브릿지 라우터(50)는 SDN AP(20')와의 터널을 형성할 수 있다. 브릿지 라우터(50)는 위한 클라우드(60)에서 엔드 포인트의 게이트웨이 라우터로서, L3 오버레이 터널링 기능을 제공할 수 있다.
클라우드 머신(70; 71, 72, 73)은 클라우드에 존재하는 사용자에게 할당된 가상 머신으로, SDN AP(20')를 통해 접속된 엑세스 디바이스(30')을 동일 도메인의 디바이스로 인식할 수 있다. 클라우드 머신(70)은 가상 머신으로 구현될 수 있다. 클라우드 머신(70)은 다양한 서버들을 포함할 수 있다. 일례로 클라우드 머신(70) 중 하나(72)는 미디어 스트리밍을 위한 DLNA(Digital Living Network Alliance) 서버 또는 엣지의 디바이스에 제어 명령을 내리기 위한 디바이스 매니저 서버일 수 있다. 클라우드 머신(70)은 네트워크 인터페이스를 위해서 IP 주소를 가지고 있는 서버로서 일정한 범위의 IP 주소를 다른 클라이언트(엑세스 디바이스(30'))에게 할당하여 클라이언트가 자동으로 IP 주소를 설정할 수 있도록 하는 DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol) 서버(71)를 포함할 수 있다.
클라우드 매니저(40)는 클라우드 머신(70) 중 가상 머신을 생성하고 사용자를 관리할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 오버레이 네트워크 구축 방법을 도시한 순서도이다. 도 6 및 도 7을 참조한다.
도 8을 참조하면, SDN AP(20')이 구동되면, SDN AP(20')와 SDN 제어기(10')가 서로 연결된다(S610). SDN 제어기(10')는 SDN AP(20')의 요청에 따라 또는 자동으로 SDN AP(20')와 브릿지 라우터(50) 사이의 L2 오버레이 네트워크 구축을 준비 할 수 있다.
오케스트레이터(1)는 SDN AP(20')을 통해 사용자가 사용자 인증을 요청하는 지 판단할 수 있다(S620).
사용자는 사용자를 아직 오케스트레이터(1)에 등록하지 않은 경우, 사용자는 SDN AP(20')의 인터페이스 또는 SDN AP(20')에 연결된 엑세스 디바이스(30')를 통해 사용자 등록을 시작할 수 있다(S625). 사용자 지시에 따라, SDN AP(20')는 오케스트레이터(1)에 사용자를 인증하기 위한 사용자 정보, 예를 들어, 식별정보 및 패스워드를 등록할 수 있다.
사용자 정보는 클라우드 기능을 이용할 엑세스 디바이스(30')를 포함할 수 있다. 이는 앞서 설명한 바와 같이 L2 오버레이 네트워크에서 생길 수 있는 보안 문제를 해결하기 위함이다. 클라우드 서비스를 이용할 엑세스 디바이스 정보는 오케스트레이터(1)에 등록된다.
오케스트레이터(1)는 사용자 정보를 수신하여 사용자를 인증할 수 있다(S630).
오케스트레이터(1)에 사용자가 인증되면, SDN 제어기(10')는 사용자 클라우드 정보를 취득할 수 있다(S640). 사용자 클라우드 정보는 SDN AP(20')의 네트워크 IP 범위, 및 외부 게이트웨이 IP 정보를 포함할 수 있다.
사용자 클라우드 정보는 SDN 제어기(10')를 통해 브릿지 라우터(50)로 전달되거나 오케스트레이터(1)를 통해 클라우드 매니저(40)로 전달될 수 있다.
SDN 제어기(10')의 터널링 모듈(510)은 SDN AP(20')와 브릿지 라우터(50) 사이에 생성될 터널의 고유 ID를 생성할 수 있다. 생성된 터널 ID는 SDN AP(20')와 브릿지 라우터(50)로 전달될 수 있다.
이 후, SDN AP(20') 및 브릿지 라우터(50)는 사용자 클라우드 정보 및 터널 ID를 기초로, 오버레이 터널을 생성할 수 있다(S650). 오버레이 터널은 SDN AP(20')와 브릿지 라우터(50)가 L2 네트워크로 연결된 것처럼 기능할 수 있다. 이를 위해 DHCP 서버(71)는 클라우드 머신(70) 또는 SDN AP(20')이 L2 도메인이 형성되도록 하는 IP 주소를 생성하여 브릿지 라우터(50)를 통해 SDN AP(20')에 전송할 수 있다.
오버레이 터널이 형성되면, SDN 제어기(10')에 의해, SDN AP(20')에 디폴트 플로우 테이블이 생성될 수 있다(S660).
본 발명에 따라 클라우드를 통해 디바이스의 제어가 가능할 경우, 다양한 글로벌 뷰를 통한 디바이스의 제어가 가능하다. 기존 시스템의 경우는 엑세스 네트워크의 디바이스를 제어하기 위하여 동일 네트워크 도메인에서 모바일 애플리케이션을 통해 단일 디바이스를 제어한다든지, 동일 벤더의 디바이스와 연동 가능한 게이트웨이가 있을 경우는 게이트웨이를 통해서 단일 디바이스의 제어가 가능하였다. 하지만 이러한 기존 시스템의 경우는 단일 디바이스의 제어만이 가능하였고, 다수의 디바이스의 상태에 따른 글로벌 뷰를 가지고 디바이스를 제어하는 것이 불가능하였다. 하지만 클라우드를 통해 모든 디바이스의 엑세스가 가능해지고, SDN 을 통해 사용 디바이스의 네트워크 모니터링을 통한 빅데이터 기반의 디바이스 관리가 가능하기 때문에, 교통망, 재난망과 같이 디바이스의 제어 시 글로벌 뷰를 통한 제어가 필요한 엑세스 네트워크의 경우 효용성이 높다.
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.
10: 제어기 20: SDN 스위치
30: 네트워크 디바이스 100: 제어부
120: 토폴로지 관리 모듈 125: 경로 계산 모듈
130: 메시지 관리 모듈 135: 엔트리 관리 모듈
190: 저장부 200: 스위치 제어부
205: 포트부 210; 제어기 통신부
220: 플로우 검색 모듈 230: 플로우 처리 모듈
235: 패킷 처리 모듈 240: 테이블 관리 모듈

Claims (6)

  1. SDN(Software Defined Network) 기능 및 L3 오버레이 터널링 기능을 구비하는 무선 엑세스 포인트인 SDN AP;
    상기 L3 오버레이 터널링 기능에 따른 터널의 고유 식별정보를 관리하며, 상기 SDN AP를 제어하는 SDN 기반의 SDN 제어기;
    상기 터널의 고유 식별정보, 사용자 고유 식별정보 및 패스워드를 포함하는 사용자 정보, 및 상기 SDN AP의 네트워크 IP 범위와 외부 게이트웨이 IP 정보를 포함하는 사용자 클라우드 정보를 기초로 상기 SDN AP와 L2 오버레이 네트워크를 생성하는 브릿지 라우터;
    상기 사용자 정보를 등록 및 인증하며, 상기 SDN 제어기와 연결된 오케스트레이터;
    상기 SDN AP를 통해 클라우드 서비스를 이용하는 엑세스 디바이스; 및
    상기 클라우드 서비스를 제공하는 클라우드를 포함하는 SDN 기반의 네트워크 플랫트닝 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 클라우드에 연결되어 클라우드 서비스를 제공하는 가상 머신을 생성 및 관리하는 클라우드 매니저를 더 포함하는 네트워크 플랫트닝 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 클라우드에 연결되어 상기 엑세스 디바이스에 상기 가상 머신과 L2 도메인을 형성하도록 하는 IP 주소를 생성하는 DHCP 서버를 더 포함하는 네트워크 플랫트닝 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 사용자 정보는 상기 클라우드의 클라우드 서비스를 이용할 엑세스 디바이스를 더 포함하는 네트워크 플랫트닝 시스템.
  5. SDN(Software Defined Network) 기능 및 L3 오버레이 터널링 기능을 구비하는 무선 엑세스 포인트인 SDN AP가 구동되는 단계;
    상기 L3 오버레이 터널링 기능에 따른 터널의 고유 식별정보를 관리하며, 상기 SDN AP를 제어하는 SDN 기반의 SDN 제어기에서 상기 터널의 고유 식별정보, 사용자 고유 식별정보 및 패스워드를 포함하는 사용자 정보, 및 상기 SDN AP의 네트워크 IP 범위와 외부 게이트웨이 IP 정보를 포함하는 사용자 클라우드 정보를 기초로 상기 SDN AP와 L2 오버레이 네트워크를 생성하는 브릿지 라우터와 상기 SDN AP와의 L2 오버레이 네트워크 구축하는 단계를 포함하고,
    상기 L2 오버레이 네트워크 구축 단계는,
    사용자 정보를 등록 및 인증하며 상기 SDN 제어기와 연결된 오케스트레이터에서 상기 SDN 제어기를 통해 사용자가 사용자 인증을 요청하는지 판단하는 단계;
    상기 사용자 인증 요청이 있는 경우, 상기 SDN 제어기를 통해 수신한 사용자 정보를 상기 오케스트레이터에서 인증하는 단계;
    상기 사용자 정보가 인증되면 상기 SDN 제어기에서 사용자 클라우드 정보를 취득하는 단계; 및
    상기 사용자 클라우드 정보 및 상기 SDN 제어기에서 생성된 터널 ID를 기초로 오버레이 터널을 생성하는 단계를 포함하는, SDN 기반의 네트워크 플랫트닝 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    오케스트레이터에서 상기 사용자 인증 요청이 없고 사용자에 의해 사용자 등록 요청을 수신하는 경우, 사용자를 인증하기 위한 사용자 식별정보 및 패스워드를 등록하는 단계를 더 포함하는 네트워크 플랫트닝 방법.
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