KR20180085592A - 프리즘 가상 라우터 오픈스택 오케스트레이션 연동을 위한 가상 라우터 시스템 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 SDN(Software Defined Network) 기반의 통합 라우팅에 의한 클라우드 시스템 연동 방법에 관한 것으로, 기존의 레거시 네트워크와 SDN 네트워크 사이의 패킷 흐름을 가능하도록 하는 통합 라우팅이 가능하여, 복수의 가상 라우터를 이용하여 탄력적인 클라우드 네트워크 운용이 가능하고, 복수의 라우터를 통해 멀티 테넌시를 지원하며, 멀티 테넌트를 지원하는 네트워크에서 특정 테넌트에 속하는 가상 머신간의 네트워킹을 제어하는 방법에 관한 것이다.

Description

프리즘 가상 라우터 오픈스택 오케스트레이션 연동을 위한 가상 라우터 시스템 및 그 방법 { VIRTUAL ROUTER SYSTEM AND METHOD TO INTEGRATE WITH OPENSTACK BASED ORCHESTRATION }
본 발명은 SDN(Software Defined Network) 기반의 통합 라우팅에 의한 피씨 전원 제어 방법 및 그 시스템에 관한 것으로, 기존의 레거시 네트워크와 SDN 네트워크 사이의 패킷 흐름을 가능하도록 하는 통합 라우팅이 가능하여, 복수의 가상 라우터를 이용하여 탄력적인 네트워크 운용이 가능하고, 복수의 라우터를 통해 멀 티 테넌시를 지원하며, 클라우드의 가상 머신간 네트워크를 제어하는 방법에 관한 것이다.
휴대 장치 및 서버 가상화의 폭발적인 증가와 클라우드 서비스의 출현으로, 네트워크 수요가 늘어났다. SDN(Software-Defined Network)은 어플리케이션에서 추 상화된 기본적인 네트워크 인프라 구조이며, 논리적으로 중앙 집중적인 네트워크 인텔리전스(network intelligence)이며, 제어 플레인과 데이터 플레인이 분리되어 있다. SDN은 네트워크 관리자가 낮은 레벨 기능의 추상화를 통해 네트워크 서비스를 관리할 수 있는 컴퓨터 네트워킹에의 접근이다. 이는 선택된 목적지로 트래픽을 포워딩하는 근본적인 시스템(데이터 평면; data plane)으로부터 트래픽이 어디로 전송될 것인지에 대한 결정을 하는 시스템(제어 평면; control plane)을 분리함으로써 달성할 수 있다.
오픈 플로우는 고속 패킷 전달과 높은 레벨의 라우팅 결정 기능들을 분리한다. 패킷 포워딩 플레인은 여전히 스위치 단에 관여되며, 반면 고수준 라우팅 결정은 분리된 컨트롤러에서 관여되며, 이들은 오픈 플로우 프로토콜을 통해 통신한다.그러나 기존 네트워크에서 SDN으로의 전환 과도기로서, 기존 프로토콜과 장치와 상호 작용하는 소프트웨어 정의 네트워크의 필요성이 있다. 이러한 하이브리드 SDN 네트워크를 구성하는 장비는 컴퓨팅 자원이나 네트워킹 자원 소모가 적으며, 단순한 구조와 운영이 필요하다.
기존의 가상 라우터의 경우 제어 평면과 데이터 평면이 공존하고, 기존 라우터를 가상 머신 형태로 옮긴 경우가 많다. 이는 가상화 기술에 의존적일 수 밖에없고, 기존 하드웨어 라우터에 비해 성능이 낮을 수 밖에 없다. 또한 기존 라우터의 경우 라우터 마다 개별 관리를 해야 하고, 네트워크의 요구 변화에 능동적으로 대응하지 못하였다.
기존 클라우드 환경에서 가상 네트워크 관리는 클라우드 컨트롤 노드에서 이루어진다. 클라우드 환경을 SDN 네트워크 기반에서 운용하는 경우, 기존 SDN 네트워크를 관리하는 SDN 제어기의 정보와 클라우드 내부 네트워크를 관리하는 정보의 분산으로 관리에 어려움이 있다.
본 발명의 목적은 클라우드 환경에서 가상 네트워크의 동적 관리를 위한 인터페이스를 제공하여 물리적 네트워크 자원을 가상화 하여 분리하고 관리하는 방법을 제공함에 있다.
본 발명에 따른 SDN(Software Defined Network) 기반의 멀티 테넌트 지원 네트워크 시스템의 IP 주소 제공 방법은, SDN 기반의 복수의 스위치를 제어하는 제어기; 상기 복수의 스위치 중 적어도 일부의 스위치를 포함하는 스위치 군을 가상 라우터로 취급하여, 상기 스위치 군 중 어느 한 스위치에 인입되는 패킷에 대한 라우팅 정보를 생성하는 가상 라우터; 가상 라우터 생성 요청 메시지를 수신하면, 컴퓨팅 자원을 할당하여 상기 가상 라우터를 가상화 기술을 이용하여 생성하는 가상 라우팅 앱; 및 상기 복수의 스위치 중 에지 스위치에 연결된 피씨(PC)의 전원을 제어하는 PC 전원 제어 앱을 포함하는 시스템으로서, 상기 가상 라우팅 앱은 상기 복수의 스위치로 인입하는 패킷에 기반한 특정 정보인 슬라이싱 식별자를 기초로 가상라우터를 복수개 생성하고, 데이터센터 인프라의 서버, 네트워크, 스토리지등 전반적인 인프라를 관리하는 오케스트레이터; 데이터센터 인프라의 네트워크 인프라를 관리하는 네트워크 노드 서버, 상위 오케스트레이터로 부터 요청을 받아 네트워크/서브넷/라우터 와 같은 네트워크 기능을 관리하는 매니지먼트; 네트워크 노드 서브 모듈로써, 가상 네트워크 관리 시, 네트워크 노드와 상호 연동을 위한 API 모듈; 네트워크 노드 와 API 통신을 하기 위한 가상 라우터의 인터페이스와 연동 같은 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 기존 클라우드 관리 시스템과 연동되어 물리적 네트워크 자원의 관리를 SDN 으로 중앙 집중화하여 쉽게 실현할 수 있으며, 인프라의 증가 감축과 같은 용량 관리가 간소해 질 수 있다. 또한 사용자 정의형 서비스를 가능하도록 하여, 맞춤형 클라우드 서비스를 변경할 수 있다
도 1은 SDN 네트워크 시스템의 구조도, 도 2는 도 1의 네트워크 시스템의 제어기의 블록 구성도(block diagram), 도 3은 도 1의 네트워크 시스템의 스위치의블록 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 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 라우팅 시스템을 포함하는 네트워크 시스템의 블록 구성도, 도 7은 도 6의 네트워크 시스템의 가상화한 블록 구성도, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 SDN 제어기의 블록 구성도, 도 9는 도 6의 제어기 제어부의 플로우에 대한 레거시 라우팅 여부 판단 방법에 대한 순서도, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 라우팅 방법에 따른 신호 흐름도, 도 11는 본 발명의 다른 실시예에 따른 통합 라우팅 방법에 따른 신호 흐름도, 및 도 12은 본 발명의 일 실시예에 따른 플로우 테이블이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 테넌트 지원 네트워크 시스템에대한 구조도, 도 14는 도 13의 네트워크 시스템의 구성요소에 대한 블록 구성도,도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가상 라우터의 블록 구성도, 도 16은 가상라우터 생성 방법에 대한 순서도, 도 17은 도 16의 라우팅 기능 준비 방법을 구체화한 순서도이고, 도 18은 가상 라우터의 다양한 인터페이스를 도시한 구조도, 도19는 본 발명의 다른 실시예에 따른 네트워크 구조도이고, 도 20은 도 19에 따른 가상 라우터의 구조도, 도 21은 도 13의 제어기의 플로우에 대한 레거시 라우팅 여부 판단 방법에 대한 순서도, 도 22는 가상 라우터에서 인입 패킷에 대한 처리 방법의 순서도이고, 도 23은 도 22의 라우팅 처리가 아닌 일례에 대한 순서도이다.
도 24는 본 발명의 일실시예에 따른 통합 라우팅에 의한 피씨 전원 제어 시
스템의 네트워크 구성도이다.
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 중 의 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 구성 요소사이에 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. "모듈", "부", 및 "앱"에 의한 구성요소는 컴퓨터 논리 장치 또는 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 프로그램, 테이블과 같은 데이터 구조, 및/또는 여러 데이터 등으로 구현될 수 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 구성요소에대한 자세한 설명은 전술한 구성요소에 대한 설명으로 대체되어 생략될 수 있다.
SDN은 패킷을 전달하는 데이터 플레인과 패킷의 흐름을 제어하는 제어 플레을 분리된 개념이다. SDN에서 패킷이 발생했을 때, 네트워크 장비는 패킷을 어디로전달할지 SDN 제어 소프트웨어(제어기)에게 물어보고, 그 결과를 반영하여 패킷을전송하는 경로와 방식을 결정한다. SDN은 이론적인 개념으로, 실제로 적용하기 위해 오픈플로우(Openflow)가 등장하였다. 즉 오픈플로우는 SDN을 구현하기 위해 제정된 표준 인터페이스이다. 오픈플로우는 오픈플로우 제어기와 오픈플로우 스위치로 구성되어, 플로우 정보를 제어하여 패킷의 전달 경로 및 방식을 결정한다. 본명세서 전반에서, 오픈플로우와 SDN는 서로 동일한 의미로 사용되거나 혼용하여 사용될 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.
본 명세서에서 특정 용어는 다음의 기술에 의해 정의되거나 본래의 의미 이외의 의미를 더 구비할 수 있다. "플로우"는 해당 스위치에서 처리할 패킷 자체를의미할 수 있다. "플로우"는 해당 스위치에서 처리할 패킷과 메타데이터(패킷이 인입한 인입 포트, 패킷이 다른 스위치로부터 인입한 경우 상기 다른 스위치의 인입포트 등)를 포함하는 것을 의미할 수도 있다. "플로우 처리 정보"는 스위치에서 유입된 패킷을 처리할 정보로, 패킷 또는 패킷의 메타데이터를 수정하는데 필요한 정보 및/또는 패킷이 유출될 특정 네트워크 인터페이스(포트) 등을 의미할 수 있다.플로우 처리 정보는 플로우 테이블의 플로우 엔트리의 내용 또는 플로우 엔트리에 적용될 내용과 동일할 수 있으며, 플로우 엔트리 그 자체를 의미할 수 있다. "플로우 처리"는 위 플로우 처리 정보에 기초하여 패킷 또는 플로우를 스위치에서 처리함을 의미할 수 있다.
기본적인 SDN은 제어평면과 전달평면을 분리하는 개념이다. 즉, 기존 네트워크 장비에서 공존해 있던 제어 및 전달 기능을 분리하여 스위치/라우터에서 하드웨어가 처리하던 데이터 포워딩 기능을 소프트웨어 부분인 컨트롤러(제어기)에 의해 제어되게 한다. 이러한 레거시망에서 개별적으로 이루어지던 기능들이 중앙의 제어기로 모두 모이기 때문에 네트워크 글로벌 뷰를 가지게 되고 네트워크 혼잡을 사전에 방지할 수 있다. 즉, 중앙집중식 제어기는 전지적인 관점에서 트래픽 관리를 할 수 있다. 이하, 기존 네트워크 및 기존 스위치/라우터 등에 대해 레거시 네트워크및 레거시 스위치/라우터 등으로 지칭하기로 한다.
도 1은 SDN 네트워크 시스템의 구조도, 도 2는 도 1의 네트워크 시스템의 제어기의 블록 구성도(block diagram), 도 3은 도 1의 네트워크 시스템의 스위치의 블록 구성도, 도 4는 플로우 엔트리의 필드 테이블 및 플로우 엔트리에 따른 동작종류를 나타내는 동작 테이블, 도 5는 그룹 및 미터 테이블의 필드 테이블이다. 도 1(a)를 참조하면, 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. 하드 웨어 관점에서, 네트워크 디바이스(30)는 PC, 클라이언트 단말기, 서버, 워크스테이션, 수퍼컴퓨터, 이동통신 단말기, 스마트폰, 스마트패드 등이 있을 수 있다. 또 한 네트워크 디바이스(30)는 물리 장치 상에 생성된 가상 머신(VM)일 수 있다.
네트워크 디바이스(30)는 네트워크 상의 여러가지 기능을 수행하는 네트워크기능(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.
10: 제어기 20: SDN 스위치
30: 네트워크 디바이스 100: 제어기 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
300: 가상 라우팅 앱

Claims (4)

  1. SDN(Software Defined Network) 기반의 멀티 테넌트 지원 네트워크 시스템의 IP 주소 제공 방법으로서,
    상기 시스템은,
    클라우드의 자원을 관리하는 오케스트레이터;
    상기 오케스트레이터 중 네트워크를 관장하는 네트워크 API 서버;
    SDN 기반의 복수의 스위치를 제어하는 제어기;
    상기 복수의 스위치 중 적어도 일부의 스위치를 포함하는 스위치 군을 가상 라우터로 취급하여, 상기 스위치 군 중 어느 한 스위치에 인입되는 패킷에 대한 라우팅 정보를 생성하는 가상 라우터;
    가상 라우터 생성 요청 메시지를 수신하면, 컴퓨팅 자원을 할당하여 상기 가상 라우터를 가상화 기술을 이용하여 생성하는 가상 라우팅 앱; 및
    상기 복수의 제어기중 상기 오케스트레이터와 연동하기 위한 인터페이스 API 앱을 포함하고,
    상기 가상 라우팅 앱은 상기 복수의 스위치로 인입하는 패킷에 기반한 특정
    정보인 슬라이싱 식별자를 기초로 가상 라우터를 복수개 생성하고, 상기 슬라이싱 식별자는 상기 복수의 스위치에 연결된 복수의 테넌트(tenant) 중 어느 한 테넌트에 대응하는 상기 시스템으로서,
    상기 오케스트레이터가 네트워크 생성을 위해 API 를 전송하는 단계;
    상기 오케스트레이터가 전송한 정보를 제어기의 인터페이스 API 앱이 수신하 단계;
    상기 가상 라우터에 상기 수신 정보를 기반으로 가상 라우터를 생성하는 단계를 포함 하는, 통합 라우팅에 의한 클라우드 시스템 연동하기 위한 SDN 제어기 API 인터페이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 가상 라우터는 서로 격리된 네트워크를 형성하는, 통합 라우팅
    에 의한 클라우드 시스템 연동하기 위한 SDN 제어기 시스템 구조 및 그 절차.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 가상 라우팅 앱은 패킷의 슬라이싱 식별자에 연관된 네임 스페이스 식
    별자를 구비하는 네트워크 정보를 상기 가상 라우터에 지정하는, 통합 라우팅에 의
    한 클라우드 시스템 연동하기 위한 SDN 제어기 시스템 구조 및 그 절차.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 가상 라우팅 앱은 수신한 상기 가상 네트워크 요청 정보에서 슬라이싱 식별자를 추출하여, 상기 추출된 슬라이싱 식별자에 대응하는 네임 스페이스 식별자를 구비하는 가상 라우터를 생성하는, 통합 라우팅에 의한 클라우드 시스템 연동하기 위한 SDN 제어기 시스템 구조 및 그 절차.
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