KR20210128817A

KR20210128817A - 소프트웨어 정의 네트워크 시스템에서 통신을 수행하는 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20210128817A
Application number: KR1020200046959A
Authority: KR
Inventors: 류승호; 김재곤; 김태우
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2020-04-17
Filing date: 2020-04-17
Publication date: 2021-10-27
Also published as: US20230031131A1; WO2021210886A1

Abstract

본 개시는 4G 시스템 이후 보다 높은 데이터 전송률을 지원하기 위한 5G 통신 시스템을 IoT 기술과 융합하는 통신 기법 및 그 시스템에 관한 것이다. 본 개시는 5G 통신 기술 및 IoT 관련 기술을 기반으로 지능형 서비스 (예를 들어, 스마트 홈, 스마트 빌딩, 스마트 시티, 스마트 카 혹은 커넥티드 카, 헬스 케어, 디지털 교육, 소매업, 보안 및 안전 관련 서비스 등)에 적용될 수 있다. 본 개시에 따르면, 소프트웨어 정의 네트워크 (software defined network, SDN) 환경에서 보다 효율적으로 통신을 수행할 수 있게 된다.

Description

소프트웨어 정의 네트워크 시스템에서 통신을 수행하는 방법 및 장치 { METHOD AND APPARATUS FOR PERFORMING COMMUNICATION IN SOFTWARE DEFINED NETWORK SYSTEM }

본 발명은 소프트웨어 정의 네트워크 (software defined network, SDN)시스템에 관한 것으로서, 상세하게는 보다 효율적으로 통신을 수행하도록 구성 요소가 변경될 수 있는 SDN 시스템에 관한 것이다.

4G 통신 시스템 상용화 이후 증가 추세에 있는 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시키기 위해, 개선된 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템을 개발하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 이러한 이유로, 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템은 4G 네트워크 이후 (Beyond 4G Network) 통신 시스템 또는 LTE 시스템 이후 (Post LTE) 이후의 시스템이라 불리어지고 있다. 높은 데이터 전송률을 달성하기 위해, 5G 통신 시스템은 초고주파(mmWave) 대역 (예를 들어, 60기가(60GHz) 대역과 같은)에서의 구현이 고려되고 있다. 초고주파 대역에서의 전파의 경로손실 완화 및 전파의 전달 거리를 증가시키기 위해, 5G 통신 시스템에서는 빔포밍(beamforming), 거대 배열 다중 입출력(massive MIMO), 전차원 다중입출력(Full Dimensional MIMO: FD-MIMO), 어레이 안테나(array antenna), 아날로그 빔형성(analog beam-forming), 및 대규모 안테나 (large scale antenna) 기술들이 논의되고 있다. 또한 시스템의 네트워크 개선을 위해, 5G 통신 시스템에서는 진화된 소형 셀, 개선된 소형 셀 (advanced small cell), 클라우드 무선 액세스 네트워크 (cloud radio access network: cloud RAN), 초고밀도 네트워크 (ultra-dense network), 기기 간 통신 (Device to Device communication: D2D), 무선 백홀 (wireless backhaul), 이동 네트워크 (moving network), 협력 통신 (cooperative communication), CoMP (Coordinated Multi-Points), 및 수신 간섭제거 (interference cancellation) 등의 기술 개발이 이루어지고 있다. 이 밖에도, 5G 시스템에서는 진보된 코딩 변조(Advanced Coding Modulation: ACM) 방식인 FQAM (Hybrid FSK and QAM Modulation) 및 SWSC (Sliding Window Superposition Coding)과, 진보된 접속 기술인 FBMC(Filter Bank Multi Carrier), NOMA(non orthogonal multiple access), 및SCMA(sparse code multiple access) 등이 개발되고 있다.

한편, 인터넷은 인간이 정보를 생성하고 소비하는 인간 중심의 연결 망에서, 사물 등 분산된 구성 요소들 간에 정보를 주고 받아 처리하는 IoT(Internet of Things, 사물인터넷) 망으로 진화하고 있다. 클라우드 서버 등과의 연결을 통한 빅데이터(Big data) 처리 기술 등이 IoT 기술에 결합된 IoE (Internet of Everything) 기술도 대두되고 있다. IoT를 구현하기 위해서, 센싱 기술, 유무선 통신 및 네트워크 인프라, 서비스 인터페이스 기술, 및 보안 기술과 같은 기술 요소 들이 요구되어, 최근에는 사물간의 연결을 위한 센서 네트워크(sensor network), 사물 통신(Machine to Machine, M2M), MTC(Machine Type Communication)등의 기술이 연구되고 있다. IoT 환경에서는 연결된 사물들에서 생성된 데이터를 수집, 분석하여 인간의 삶에 새로운 가치를 창출하는 지능형 IT(Internet Technology) 서비스가 제공될 수 있다. IoT는 기존의 IT(information technology)기술과 다양한 산업 간의 융합 및 복합을 통하여 스마트홈, 스마트 빌딩, 스마트 시티, 스마트 카 혹은 커넥티드 카, 스마트 그리드, 헬스 케어, 스마트 가전, 첨단의료서비스 등의 분야에 응용될 수 있다.

이에, 5G 통신 시스템을 IoT 망에 적용하기 위한 다양한 시도들이 이루어지고 있다. 예를 들어, 센서 네트워크(sensor network), 사물 통신(Machine to Machine, M2M), MTC(Machine Type Communication)등의 기술이 5G 통신 기술인 빔 포밍, MIMO, 및 어레이 안테나 등의 기법에 의해 구현되고 있는 것이다. 앞서 설명한 빅데이터 처리 기술로써 클라우드 무선 액세스 네트워크(cloud RAN)가 적용되는 것도 5G 기술과 IoT 기술 융합의 일 예라고 할 수 있을 것이다.

한편, SDN 환경에서 보다 효율적으로 통신을 수행하기 위한 방안의 필요성이 대두하였다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 본 발명에서는 소프트웨어 정의 네트워크 (software defined network, SDN) 환경에서 다양한 스위치를 이용하여 네트워크를 구성하기 위한 방법 및 장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 네트워크 장치의 통신 방법은 제1 장치로부터 수신된 데이터 패킷에 기설정된 플로우 룰(flow rule)에 기반하여 헤더를 부가하는 단계, 상기 헤더가 부가된 데이터 패킷을 제1 스위치로 전송하는 단계, 상기 제1 스위치에 의해 상기 데이터 패킷의 목적지 정보가 확인되면, 상기 헤더를 제거하는 단계 및 상기 헤더가 제거된 상기 데이터 패킷을 제2 장치로 전송하는 단계를 포함할 수 있다.

한편, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 네트워크 장치는 제1 장치로부터 수신된 데이터 패킷에 기설정된 플로우 룰(flow rule)에 기반하여 헤더를 부가하고, 상기 헤더가 부가된 데이터 패킷을 전송하는 노드 및 상기 헤더가 부가된 데이터 패킷을 수신하고, 상기 데이터 패킷의 목적지 정보를 확인하며, 확인 결과에 기반하여 상기 헤더를 제거하고, 상기 헤더가 제거된 상기 데이터 패킷을 제2 장치로 전송하는 제1 스위치를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, SDN 환경에서 다양한 스위치를 이용하여 네트워크를 구성함으로써, 보다 효율적으로 통신을 수행할 수 있게 된다.

도 1은 일반적인 오픈 플로우(openflow) 기반의 SDN 구성 방법을 도시한 도면,
도 2는 일반적인 openflow 스위치의 플로우 테이블(flow table)을 도시한 도면,
도 3은 SDN에서 신규 flow에 대해 flow table 업데이트 방법을 도시한 도면,
도 4는 VXLAN (Virtual eXtensible Local Area Network) 통신을 통해 데이터를 전송하는 방법을 도시한 도면,
도 5는 일반적인 openflow 네트워크와 non-openflow 네트워크 간의 VXLAN 통신 방법을 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른, VXLAN 통신 방법을 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른, VXLAN 통신을 위한 VTEP(VXLAN Tunnel End Point) 설정 방법을 도시한 도면,
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 호스트 (host) B의 MAC 정보 확인을 위한 어드레스 레졸루션 프로토콜 (address resolution protocol, ARP) 요청(request) 전송 방법을 도시한 도면,
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른, host B에서 host A로 ARP 응답(reply) 전송 방법을 도시한 도면,
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른, VXLAN 통신 방법을 도시한 도면,
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 컨트롤러의 구성을 도시한 블록도,
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 스위치의 구성을 도시한 블록도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다.

또한, 본 발명의 실시 예들을 구체적으로 설명함에 있어서, 반송파 결합(carrier aggregation)을 지원하는 Advanced E-UTRA (혹은 LTE-A 라고 칭함) 시스템을 주된 대상으로 할 것이지만, 본 발명의 주요한 요지는 유사한 기술적 배경 및 채널형태를 가지는 여타의 통신 시스템에도 본 발명의 범위를 크게 벗어나지 아니하는 범위에서 약간의 변형으로 적용 가능하며, 이는 본 발명의 기술분야에서 숙련된 기술적 지식을 가진 자의 판단으로 가능할 것이다. 예컨데, 반송파 결합을 지원하는 multicarrier HSPA 에도 본 발명의 주요 요지를 적용 가능하다.

본 명세서에서 실시 예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.

마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이 때, 처리 흐름도 도면들의 각 블록과 흐름도 도면들의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.

또한, 각 블록은 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실행 예들에서는 블록들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.

이때, 본 실시 예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.

본 발명은 소프트웨어 정의 네트워크 (Software Defined Network, SDN)를 데이터 센터나 통신사에서 구성하는 방법에 대하여 다루고 있다.

일반적으로, 네트워크에서는 네트워크 장비들이 개별적으로 데이터 영역 (data plane)과 제어 영역 (control plane)을 가지고 있다. 그리고 상기 데이터 영역 및 상기 제어 영역은 독립적으로 동작하는데 반해, SDN는 네트워크 장비의 데이터 영역과 제어 영역을 분리하는 네트워크 아키텍쳐이다.

상기 SDN는 네트워크를 제어하는 SDN 컨트롤러와 통신 데이터를 처리하는 SDN 스위치로 구성될 수 있다. SDN 스위치는 SDN 컨트롤러로부터 받은 정책에 따라서 통신 데이터를 처리하는 구성요소이다. 따라서, 상기 SDN 스위치는 상대적으로 기능이 단순하여 장비의 단가와 설정에 드는 비용이 낮은 경우가 많다. 한편, SDN 컨트롤러는 중앙집중식으로 SDN 스위치의 제어하여 네트워크의 상태를 수집하고 효율적으로 네트워크 제어하기 위한 구성요소이다. 또한, SDN은 네트워크 제어를 프로그래밍 가능하여 새로운 기술이나 정책을 네트워크에 적용하는 것이 용이하다.

SDN에서 SDN 스위치 제어를 위해 다양한 프로토콜들이 사용되고 있는데 Openflow가 일반적으로 많이 사용하고 되고 있다. Openflow는 SDN 내의 flow에 대해 SDN 스위치의 동작을 정의하기 위한 프로토콜이다. SDN 컨트롤러는 Openflow를 사용하여 SDN 스위치의 풀로우 룰(flow rule)을 설치하거나 삭제할 수 있다. SDN 스위치는 데이터 패킷에 대해서 flow rule이 일치하는지 확인하고 flow rule에 정의되어 있는 동작(action)에 따라서 패킷을 드롭(drop)하거나 지정된 포트(port)로 전송할 수 있다. SDN 스위치에 데이터 패킷과 일치하는 flow rule이 없는 경우에는 해당 패킷에 대한 flow rule을 SDN 컨트롤러에 요청하여 SDN 스위치는 네트워크 내 flow에 대한 flow rule을 업데이트 할 수 있다.

일반적으로 네트워크들에서는 네트워크 가상화를 위해서 VLAN (Virtual Local Area Network)가 사용될 수 있다. 다만, 상기 VLAN에서는 가상 네트워크의 수가 4096로 제한된다.

이러한 문제를 해결하기 위해서 VLAN을 확장한 VXLAN (Virtual eXtensible Local Area Network)이 도입되었다. VXLAN에서는 데이터 패킷에 VXLAN 헤더를 추가하거나 VXLAN 헤더를 제거하는 역할을 하는 VTEP (VXLAN Tunnel End Point)을 이용하여 VTEP 사이에서 터널을 구성하여 통신을 할 수 있다.

Openflow 네트워크에서 VXLAN을 사용하기 위해서는 Openflow 스위치에서 VTEP을 지원할 필요가 있다. 하지만 Openflow로 동작 시 VTEP 기능을 제대로 지원하지 않는 스위치가 많다. 일반적으로 Openflow 네트워크에서 VXLAN을 사용하기 위해서는 VTEP을 위한 별도의 장비 또는 VTEP을 지원하는 특정 스위치가 사용된다. 따라서, 특정한 장비를 요구하므로 망 구성의 자유도가 떨어지고 VTEP 장비에 종속되는 문제가 발생하였다.

본 발명에서는 별도의 VTEP 장비 대신 일반적인 스위치의 VTEP을 설정하여 SDN에서 Openflow를 사용하는 네트워크와 Non-Openflow 네트워크 사이에 VXLAN 통신을 하는 방법에 대해서 개시한다.

도 1은 일반적인 오픈 플로우(openflow) 기반의 SDN 구성 방법을 도시한 도면이다.

도 1에서 도시된 바와 같이 일반적으로 SDN는 데이터 처리를 위한 SDN 스위치와 SDN 스위치를 제어하는 SDN 컨트롤러로 구성이 될 수 있다. SDN 컨트롤러는 중앙집중식으로 스위치의 상태를 확인하고 스위치를 제어할 수 있다. SDN 컨트롤러가 SDN 스위치를 제어하기 위해 여러 프로토콜을 사우스바운드(southbound) 인터페이스(interface)로 사용할 수 있으나 Openflow 또한 사용할 수 있다. Openflow는 SDN을 위해 디자인된 프로토콜로 SDN 컨트롤러가 SDN 스위치의 flow 처리에 대해서 제어할 수 있게 한다.

도 2는 일반적인 openflow 스위치의 플로우 테이블(flow table)을 도시한 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 네트워크 상의 flow를 처리하기 위해서 OpenFlow에서 flow rule이 사용될 수 있다. Flow rule은 수신한 데이터 패킷이 flow rule과 일치하는지 확인하기 위한 매치(match) 부분과 일치된 데이터 패킷을 처리하는 방법의 정의된 액션(action) 부분 그리고 해당 flow의 대한 통계값을 가지고 있는 통계(statistics, Stats) 부분으로 구성될 수 있다. OpenFlow 스위치는 flow rule을 테이블(table) 형태로 내부에 저장할 수 있다. 그리고 상기 flow rule은 SDN 컨트롤러에 의해서 추가, 삭제 그리고 수정될 수 있다.

도 3은 SDN에서 신규 flow에 대해 flow table 업데이트 방법을 도시한 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 임의의 host(예를 들면, host X)(310)으로부터 openflow 네트워크 시스템(network system)(300)의 OpenFlow 스위치(320)에 Flow table에 정의되어 있지 않은 통신 패킷이 도달할 수 있다. (S350) 이때 OpenFlow 스위치(320)는 SDN 컨트롤러(330)로 해당 패킷을 전송할 수 있다. (S360) 그리고 OpenFlow 스위치(320)는 해당 패킷에 대한 rule을 업데이트 하고 rule에 따라서 동작할 수 있다.

예를 들면, OpenFlow 스위치(320)는 Flow table에 정의되어 있지 않은 통신 패킷을 Packet_in (Pkt_in) 메시지에 내장하여 SDN 컨트롤러(330)로 전달할 수 있다. SDN 컨트롤러(330)는 Packet_in에 포함된 패킷에 대해서 동작을 지정하여 Flow_modification (Flow_mod) 메시지로 OpenFlow 스위치에 Flow table을 설정할 수 있다.

그리고 단계 S370에서, OpenFlow 스위치(320)가 Pkt_in으로 SDN 컨트롤러(330)로 전달한 패킷은 Packet_out (Pkt_out)으로 다시 OpenFlow 스위치(320)로 전달될 수 있다.

단계 S380에서, OpenFlow 스위치(320)는 다른 host (예를 들면, host Y)(340)로 통신 패킷을 전송할 수 있다.

한편, 도 4는 VXLAN (Virtual eXtensible Local Area Network) 통신을 통해 데이터를 전송하는 방법을 도시한 도면이다.

VXLAN은 기존의 VLAN L2 네트워크를 확장한 기술이다. 전술한 바와 같이 VXLAN은 VLAN 개수(4096)의 제약을 극복 할 수 있다. VTEP에서 L2 데이터 패킷을 인캡슐레이션(encapsulation)하여 IP/UDP 기반으로 상대 VTEP으로 전송하게 되고 수신한 VTEP에서 디캡슐레이션(decapsulation)하여 원래의 L2 데이터 패킷을 전송한다.

앞서 설명한 VXLAN의 장점들을 취하기 위해서 SDN에서도 VXLAN을 사용하여 오버레이 네트워크(overlay network)와 언더레이(underlay) network를 구성하려는 시도들이 있었다. 하지만, VXLAN에서는 VTEP 간에 IP 정보를 알고 있어야 통신이 가능하나 Openflow 스위치의 경우에는 다른 VTEP과의 정보 교환을 위한 별도의 프로토콜이 존재하지 않는다. 일반적인 방법에서는 Openflow network와 Non-Openflow network 간에 VTEP 정보 교환과 VTEP 역할 수행을 위해서 특정 장비를 Openflow network에 위치시켜서 VXLAN 터널을 구성하는 방법이 사용된다.

도 5는 일반적인 openflow 네트워크와 non-openflow 네트워크 간의 VXLAN 통신 방법을 도시한 도면이다.

host A(500)은 데이터 패킷을 compute node(510)에 전달할 수 있다. 상기 host A(500)로부터 데이터 패킷을 수신한 compute node (510)는 수신된 데이터 패킷과 매치되는 flow rule을 찾을 수 있다. compute node (510)는 스위치 소프트웨어 (open virtual switch, OVS)가 설치된 구성일 수 있다. 따라서, compute node (510)는 openflow 스위치와 동일한 동작을 수행할 수 있다.

compute node (510)는 openflow network를 벗어나는 데이터 패킷에 대해서 분석 후, 목적지(destination)이 VTEP-2에 존재하는 host B(550)라는 것을 확인할 수 있다. 이때, compute node (510)는 확인된 host B(550)에 기반하여 VXLAN header를 추가할 수 있다. 구체적으로 SDN controller(520)는 해당 VXLAN 패킷에 대해서 destination이 VTEP-2임을 요청(request)받아, 해당 VXLAN outer header에 대한 destination flow rule을 상기 openflow 스위치(530)로 전송할 수 있다. 그리고 상기 openflow 스위치(530)는 destination flow rule을 실행할 수 있다. 상기 openflow 스위치(530)는 전달받은 VXLAN 패킷을 Strip하고, 오리지널(original) IP header 및 이더넷 페이로드(ethernet payload) 만을 destination port에 보낼 수 있다. 예를 들면, 상기 openflow 스위치(530)는 상기 original IP header 및 ethernet payload을 host B(550)로 전달할 수 있다.

상술한 바와 같은 VXLAN 통신 방법은 Openflow장비에 VTEP이 지원 가능한 특정 장치가 사용되므로 장비 선정이 한정적이게 된다는 문제점이 있다.

이에 따라, 본 발명의 개시에 따르면, SDN 환경에서 openflow 스위치로 구성된 네트워크 (openflow network)의 특수 장비 의존도로 발생하는 문제점을 해결할 수 있다. 구체적으로 스위치 종류나 스위치의 벤더에 상관없이 VXLAN 통신이 가능하도록 네트워크를 구성할 수 있도록 하는 것을 본 발명의 목적으로 한다.

본원 발명의 일 실시 예에 따르면 SDN 환경을 고려하고 있으며, SDN은 SDN 컨트롤러와 여러 SDN 스위치 그리고 host 로 구성될 수 있다.

SDN 스위치는 SDN 컨트롤러가 SDN 스위치를 제어하는 프로토콜에 따라서 분류될 수 있다. 본 발명에서는 openflow로 구성된 SDN 스위치를 openflow 스위치라 명명하고, 그 외에 사용 가능한 SDN 스위치를 non-openflow (Non-OF) 스위치로 명명한다. openflow 스위치는 openflow 스위치와 non-openflow 스위치 다시 말해, SDN 스위치는 컨트롤 링크(control link)를 통해서 SDN 컨트롤러와 연결이 되며 패킷을 전송하거나 수신할 수 있다.

SDN 컨트롤러는 openflow network에서는 각 openflow 스위치에 flow rule을 설치, 삭제 그리고 수정할 수 있다. 그리고 상기 SDN 컨트롤러는 상기 flow rule의 설치, 삭제 그리고 수정을 통해 데이터 패킷에 대한 처리가 가능할 수 있다. 반면, non-openflow network에서는 SDN 컨트롤러가 non-openflow 스위치를 제어하는데 사용하는 프로토콜에 따라 동작 방식이 달라지나 일반적으로 스위치의 설정 추가, 삭제 그리고 수정을 통해서 스위치의 동작을 제어할 수 있다.

SDN 컨트롤러는 SDN 스위치의 포트 정보들을 확인 할 수 있으며 포트의 연결상태를 통해서 SDN 스위치 간의 링크 상태를 확인 할 수 있다.

이하에서는 본 발명에서, 도 6에 도시된 바와 같이 제안하는 방법으로 네크워크를 구성하여 openflow network와 non-openflow network 간의 VXLAN 통신을 하는 방안을 구체적으로 설명한다.

구체적으로 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른, VXLAN 통신 방법을 도시한 도면이다. 도 6에 도시된 바와 같이 본 개시에 따르면, SDN 환경에서 openflow로 구성된 SDN 스위치뿐만 아니라, non-openflow 스위치를 더 포함할 수 있다.

이하에서는, 본원 발명에서 제안하는 SDN 환경에서 구체적인 통신 방법에 대해 설명한다.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른, VXLAN 통신을 위한 VTEP(VXLAN Tunnel End Point) 설정 방법을 도시한 도면이다.

먼저, openflow를 지원하는 장비(예를 들면, compute node)(710)가 SDN 컨트롤러(720)와 control link(730)로 세션을 생성한다.

SDN 컨트롤러(720)는 control link(730)로 compute node(710)에 VTEP으로 사용할 정보를 전달하여 VTEP-1 설정을 위한 flow rule을 설정할 수 있다.

상기 control link(730)으로 non-openflow 스위치(740)와 SDN 컨트롤러(720)가 연결될 수 있다. SDN 컨트롤러(720)는 상기 상기 control link(730)를 통해 non-openflow 스위치(740)를 제어할 수 있다.

예를 들면, SDN 컨트롤러(720)는 control link(730)로 non-openflow 스위치(740)에 VTEP 설정 명령들을 전송하여, VTEP-2을 설정할 수 있다.

VTEP-1과 VTEP-2의 설정이 완료되면, VTEP-1과 VTEP-2 사이에 SDN 컨트롤러(720)에서 지정한 VNID로 터널(750)이 생성될 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른, host B의 MAC (media access control) 정보 확인을 위한 ARP 요청(request) 전송 방법을 도시한 도면이다. 예를 들면, non-openflow 스위치는 후술하는 도 8에 개시된 실시 예에 따라, MAC 어드레스(address)를 러닝(learning)할 수 있다.

먼저, host A(810)에서 host B(820)의 MAC 주소를 알기 위해서 host B(820)의 IP주소로 ARP request(805)를 전송할 수 있다.

ARP request(805)를 수신한 compute node(830)에서 flow rule을 확인할 수 있다. 그리고 상기 compute node(830)는 ARP request(805)를 SDN 컨트롤러(840)에게 패킷-인(packet-in)할 수 있다.

SDN 컨트롤러(840)는 수신한 ARP request(805)를 통해서 네트워크 내의 host A(810)의 MAC주소와 IP를 확인하고 host B(820)의 대한 정보를 가지고 있는지 확인 할 수 있다. host B(820)에 대한 정보가 없으면, SDN 컨트롤러(840)는 openflow network의 외각의 openflow 스위치 (850)(non-openflow 스위치 (860)와 연결된)에 ARP request(805)를 non-openflow 스위치(860)로 전달하기 위한 flow rule을 설정 할 수 있다.

한편, host B(820)의 정보를 SDN 컨트롤러(840)가 보유하고 있으면 host B(820)의 정보로 ARP reply를 생성할 수 있다. 그리고 SDN 컨트롤러(840)는 compute node(830)에 해당 ARP reply를 host A(810)로 전송하기 위한 flow rule을 설정한 뒤 ARP reply를 compute node(830)로 패킷-아웃(packet-out)으로 전달할 수 있다.

SDN 컨트롤러(840)는 전술한 바와 같이, compute node(830)로부터 수신한 ARP request(805)를 외각의 openflow 스위치(850)로 packet-out하여 전달할 수 있다.

openflow 스위치(850)는 SDN 컨트롤러(840)가 지정한 flow rule에 의해서 ARP request(805)를 non-openflow 스위치(860)로 전달할 수 있다.

non-openflow 스위치(860)는 수신한 ARP request(805)로 host A(810)의 MAC주소를 학습할 수 있다.

non-openflow 스위치(860)는 ARP request(805)를 flooding하고, host B(820)로 전송할 수 있다. 상기 host B(820)는 상기 ARP request(805)에 기반하여 host A(810)의 MAC주소와 IP를 학습할 수 있게 된다.

도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른, host B에서 host A로 ARP 응답(reply) 전송 방법을 도시한 도면이다.

host B(910)는 host A(920)로 부터의 ARP request(905) 대한 응답으로 ARP reply (905)전송할 수 있다.

상기 host B(910)로부터 상기 ARP reply(905)를 수신한 non-openflow 스위치(930)는 ARP reply(905) 에 있는 정보로 host B(910)의 MAC 정보를 학습할 수 있다.

non-openflow 스위치(930)는 ARP reply (905) 로 학습한 host B (910) 정보로 ARP reply(905)를 외각의 openflow 스위치(940)로 전달한다.

그리고 상기 openflow 스위치(940)는 수신한 ARP reply(905)에 대한 flow rule을 확인하고, ARP reply(905)를 SDN 컨트롤러(950)로 패킷-인(packet-in)으로 전달할 수 있다.

SDN 컨트롤러(950)는 수신한 ARP reply(905)로 non-openflow 스위치(930)와 연결된 host B(910)의 정보를 학습할 수 있다. 그리고 SDN 컨트롤러(950)는 ARP reply(905)를 host A(920)와 링크를 가지고 있는 compute node(960)에 ARP reply(905)를 패킷-아웃(packet-out)으로 전달할 수 있다.

상기 compute node(960)는 수신한 ARP reply(905)를 flow rule에 따라서 host A(920)에 전달할 수 있다. host A(920)는 ARP reply(905)를 수신하여 host B(910)의 MAC주소를 학습할 수 있다.

한편, 도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른, VXLAN 통신 방법을 도시한 도면이다.

먼저, host A(1010)은 앞서 ARP로 학습한 host B(1020)의 MAC 정보를 이용하여 host B(1020)로 데이터 패킷을 전송할 수 있다. 이를 위해, 상기 host A(1010)은 compute node(1030)로 데이터 패킷(1005)를 전송할 수 있다. 상기 데이터 패킷(1005)을 수신한 compute node(1030)는 flow rule을 확인할 수 있다. 그리고 상기 compute node(1030)는 상기 데이터 패킷(1005)을 host B(1020)로 전송하기 위해 VTEP-1에서 VTEP-2 정보로 VXLAN 헤더(1006)를 추가할 수 있다.

상기 compute node(1030)는 VXLAN 헤더(1006)를 추가한 데이터 패킷(1005)을 flow rule에 따라서 openflow network의 외각에 있는 openflow 스위치(1040)로 전달할 수 있다.

상기 VXLAN 헤더(1006)를 추가한 데이터 패킷(1005)을 수신한 외각 openflow 스위치(1040)는 flow rule에 따라서 non-openflow 스위치(1050)와 연결된 포트로 상기 VXLAN 헤더(1006)를 추가한 데이터 패킷(1005)을 전달할 수 있다.

상기 non-openflow 스위치(1050)는 수신한 상기 VXLAN 헤더(1006)를 추가한 데이터 패킷(1005)의 목적지 정보가 자신의 VTEP-2가 맞는지 확인할 수 있다. 확인 결과, 상기 VXLAN 헤더(1006)를 추가한 데이터 패킷(1005)의 목적지 정보가 상기 non-openflow 스위치(1050)의 VTEP-2인 경우, 상기 non-openflow 스위치(1050)는 VXLAN 헤더를 제거할 수 있다.

VXLAN 헤더(1006)가 제거 된 데이터 패킷(1005) 원본에서 host B(1020)의 MAC 정보를 이용하여, 상기 non-openflow 스위치(1050)는 상기 데이터 패킷(1005)을 전달할 포트를 선택할 수 있다. 그리고 선택된 포트로 상기 non-openflow 스위치(1050)는 상기 데이터 패킷(1005)을 전달할 수 있다. 상기 방법에 기반하여, 상기 host B(1020)는 상기 host A(1010)로 부터 데이터 패킷(1005)을 수신할 수 있다.

한편, 도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 컨트롤러(1100)의 구성을 도시한 블록도이다. 본 개시에 따르면, 상기 컨트롤러(1100)는 SDN 컨트롤러(1100)일 수 있다. 그리고 상기 컨트롤러(1100)는 openflow를 지원하는 장비 및 openflow/non-openflow 스위치와 링크를 형성하고 정보 및 데이터를 송수신할 수 있다.

상기 컨트롤러(1100)는 송수신부(1110) 및 제어부(1120)를 포함할 수 있다. 본 발명에서 제어부(1120)는, 회로 또는 어플리케이션 특정 통합 회로 또는 적어도 하나의 프로세서라고 정의될 수 있다.

송수신부(1110)는 상기 다른 장치와 정보 및 데이터를 송수신하기 위한 구성요소이다.

제어부(1120)는 상기 컨트롤러(1100)를 전반적으로 제어할 수 있다. 예를 들면, 상기 제어부(1120)는 제1 장치로부터 제2 장치의 MAC 주소를 요청하는 요청 메시지를 수신한 경우, 상기 제1 장치의 MAC 주소 및 IP를 확인하고 상기 제2 장치의 정보가 저장되어 있는지 확인할 수 있다. 이때, 상기 제어부(1120)는 상기 제2 장치의 정보가 저장되어 있는 경우, 상기 저장된 제2 장치의 정보를 상기 제1 장치로 전송할 수 있다. 반면, 상기 제2 장치의 정보가 저장되어 있지 않은 경우, 상기 제어부(1120)는 openflow 스위치에 상기 요청 메시지를 non-open flow스위치로 전달하기 위한 flow rule을 설정할 수 있다.

한편, 도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 스위치(1200)의 구성을 도시한 블록도이다. 본 개시에 따르면, 상기 스위치(1200)는 non-openflow 스위치일 수 있다.

상기 스위치(1200)는 송수신부(1210) 및 제어부(1220)를 포함할 수 있다. 본 발명에서 제어부(1220)는, 회로 또는 어플리케이션 특정 통합 회로 또는 적어도 하나의 프로세서라고 정의될 수 있다.

제어부(1220)는 상기 스위치(1200)를 전반적으로 제어할 수 있다. 예를 들면, 상기 제어부(1220)는 제1 장치와 링크를 형성한 노드를 통해 데이터 패킷을 수신하면, 상기 데이터 패킷을 상기 스위치(1200)와 노드를 형성한 제2 장치로 전송할 수 있다.

이때 상기 스위치(1200)는 다른 스위치를 통해 상기 노드로부터 상기 데이터 패킷을 수신할 수 있다. 상기 다른 스위치는 openflow 스위치일 수 있다.

상기와 같은 컨트롤러(1100) 및 스위치(1200)를 포함하는 네트워크 시스템을 통해, 전용 장비 대신 일반적인 장비(예를 들면, 스위치)를 이용하여 통신을 수행할 수 있게 된다.

따라서, 본원 발명의 개시에 따라, 스위치 종류 및 벤더에 무관하게 VXLAN 통신이 가능하도록 네트워크가 구성될 수 있다.

한편, 이상과 같은 다양한 실시 예에 따른 네트워크 시스템 및 이의 제어 방법을 수행하기 위한 프로그램 코드는 비일시적 판독 가능 매체(non-transitory computer readable medium)에 저장될 수 있다. 비일시적 판독 가능 매체란 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 구체적으로는, 상술한 다양한 어플리케이션 또는 프로그램들은 CD, DVD, 하드 디스크, 블루레이 디스크, USB, 메모리카드, ROM 등과 같은 비일시적 판독 가능 매체에 저장되어 제공될 수 있다.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 될 것이다.

1100: 컨트롤러
1200: 스위치

Claims

무선 통신 시스템에서 네트워크 장치의 통신 방법에 있어서,
제1 장치로부터 수신된 데이터 패킷에 기설정된 플로우 룰(flow rule)에 기반하여 헤더를 부가하는 단계;
상기 헤더가 부가된 데이터 패킷을 제1 스위치로 전송하는 단계;
상기 제1 스위치에 의해 상기 데이터 패킷의 목적지 정보가 확인되면, 상기 헤더를 제거하는 단계; 및
상기 헤더가 제거된 상기 데이터 패킷을 제2 장치로 전송하는 단계; 를 포함하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 헤더가 부가된 데이터 패킷은 제2 스위치를 통해 상기 제1 스위치로 전달되고,
상기 제1 스위치는 논-오픈 플로우(non-open flow) 스위치이고 상기 제2 스위치는 오픈 플로우(open flow) 스위치인 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 장치로부터 상기 제2 장치의 주소 정보를 요청하는 요청 메시지를 수신하는 단계;
상기 제1 장치에 대한 정보에 기반하여, 상기 제2 장치의 주소 정보의 저장 여부를 확인하는 단계;
상기 제2 장치의 주소 정보가 저장되어 있지 않은 경우, 상기 요청 메시지를 상기 제1 스위치로 전달하는 단계; 및
상기 제1 스위치에 의해 상기 제1 장치에 대한 정보를 확인하고, 상기 요청 메시지는 제2 장치로 전송하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제3항에 있어서,
상기 제2 장치로부터, 상기 요청 메시지에 대한 응답으로 응답 메시지를 수신하는 단계;
상기 제1 스위치에 의해, 상기 응답 메시지로부터 상기 제2 장치에 대한 정보를 확인하는 단계; 및
상기 제2 장치에 대한 정보를 상기 기설정된 flow rule에 기반하여 상기 제1 장치로 전송하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제4항에 있어서,
상기 제1 장치로 전송하는 단계는,
상기 제1 장치와 링크를 형성한 노드를 확인하는 단계; 및
상기 확인된 노드를 통해 상기 응답 메시지를 전송하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 헤더를 부가하는 단계는,
상기 제1 장치와 링크를 형성한 노드에 의해 상기 헤더가 부가되고,
상기 헤더를 제거하는 단계는,
상기 제1 스위치에 의해, 상기 데이터 패킷의 목적지 정보가 상기 제1 스위치의 엔드 포인트(end point) 정보에 대응되는 경우, 상기 헤더가 제거되는 것을 특징으로 하는 방법.
무선 통신 시스템에서 네트워크 장치에 있어서,
제1 장치로부터 수신된 데이터 패킷에 기설정된 플로우 룰(flow rule)에 기반하여 헤더를 부가하고, 상기 헤더가 부가된 데이터 패킷을 전송하는 노드; 및
상기 헤더가 부가된 데이터 패킷을 수신하고, 상기 데이터 패킷의 목적지 정보를 확인하며, 확인 결과에 기반하여 상기 헤더를 제거하고, 상기 헤더가 제거된 상기 데이터 패킷을 제2 장치로 전송하는 제1 스위치; 를 포함하는 네트워크 장치.
제7항에 있어서,
상기 헤더가 부가된 데이터 패킷을 상기 노드로부터 수신하여, 상기 제1 스위치로 전달하는 제2 스위치; 를 더 포함하고,
상기 제1 스위치는 논-오픈 플로우(non-open flow) 스위치이고 상기 제2 스위치는 오픈 플로우(open flow) 스위치인 것을 특징으로 하는 네트워크 장치.
제7항에 있어서,
상기 노드는,
상기 제1 장치로부터 상기 제2 장치의 주소 정보를 요청하는 요청 메시지를 수신하고, 상기 제1 장치에 대한 정보에 기반하여, 상기 제2 장치의 주소 정보의 저장 여부를 확인하며, 상기 제2 장치의 주소 정보가 저장되어 있지 않은 경우, 상기 요청 메시지를 상기 제1 스위치로 전달하고,
상기 제1 스위치는,
상기 제1 장치에 대한 정보를 확인하고, 상기 요청 메시지는 제2 장치로 전송하는 것을 특징으로 하는 네트워크 장치.
제9항에 있어서,
상기 제1 스위치는,
상기 제2 장치로부터, 상기 요청 메시지에 대한 응답으로 응답 메시지를 수신하고, 상기 응답 메시지로부터 상기 제2 장치에 대한 정보를 확인하며, 상기 제2 장치에 대한 정보를 상기 기설정된 flow rule에 기반하여 상기 제1 장치로 전송하는 것을 특징으로 하는 네트워크 장치.
제10항에 있어서,
상기 제1 스위치는,
상기 제1 장치와 링크를 형성한 노드를 확인하고,
상기 확인된 노드를 통해 상기 응답 메시지를 전송하는 것을 특징으로 하는 네트워크 장치.
제7항에 있어서,
상기 노드는,
상기 제1 장치와 링크를 형성한 노드이고,
상기 제1 스위치는,
상기 데이터 패킷의 목적지 정보가 상기 제1 스위치의 엔드 포인트(end point) 정보에 대응되는 경우, 상기 헤더를 제거하는 것을 특징으로 하는 네트워크 장치.