| @@@ OPNFV(네트워크 기능 가상화를 위한 공개 플랫폼)OSS
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2007년 아이폰이 등장하면서 우리들 생활은 언제 어디서든 인터넷에 연결하여 정보를 이용하는 시대로 바뀌었습니다. 스마트 폰을 시작으로 스마트 디바이스 사물 인터넷(Internet Of Things, IoT), 빅데이터 분석 기술, 클라우드 컴퓨팅 기술, 그리고 인공지능(Artficial Intelligence, A.I.) 기술의 발달이 가속화 됨에 따라서 사람과 기계가 서로 소통하는 방향으로 빠르게 변화하여 나아가고 있습니다.
이런 변화를 뒷받침하는 인프라 서비스 기술은 하드웨어 기반에서 소프트웨어 기반으로 빠르게 바뀌고 있습니다. 서로와 서로를 연결하는 네트워크에서도 이러한 변화에 따라 소프트웨어 정의 네트워크(SDN), 네트워크 기능 가상화(NFV)등의 기술로 빠르게 변화합니다. 네트워크 기능 가상화를 위한 기반 플랫폼 인프라를 공개 SW 기반으로 협업하여 개발하려는 것이 OPNFV(An Open Platform to accelerate Network Functions Virtualization)입니다.
이 글을 통하여 네트워크 기술을 시작하여 소프트웨어 기반 (SDN), 네트워크 기능가상화(NFV), 네트워크 기능 가상화를 위한 공개 플랫폼(OPNFV)에 대하여 설명하고, 그리고 마지막으로 제가 참여하는 OPNFV의 중요 프로젝트를 설명하겠습니다.
===프로젝트명 ::: OPNFV(Open Platform for Network Function Virtualization)
===개요
-----네트워크 장비는 전용 하드웨어와 전용 소프트웨어로 구성
-----네트워크 공급사의 전용 하드웨어/소프트웨어를 사용하여 호환성, 유지보수, 비용등을 개선하기 위해서 범용 하드웨어에서 가상화 환경을 이용하여 네트워크 기능을 소프트웨어로 구성하자는 것이 네트워크 기능 가상화 NFV임.
-----OPNFV는 네트워크 기능 가상화를 공개 소프트웨어로 개발하는 프로젝트
===특징
----공개SW를 사용하여 네트워크 기능을 구현
----사용자 요구 조건에 따른 서비스 대응 가용성의 향상
----장애발생 시 서비스로 전환이 비교적 용이
----신규 서비스 개발 및 시험 평가 기간이 빨라짐.
----다양한 공개소프트웨어기술 사용.(Linux, KVM, VMWare, Xen, Docker, ONF, ODL, DPDK, ...)
===목표 ::: OPNFV 프로젝트에 기여
===기대효과
----가상화 기술에 따른 서비스 표준화와 신규/기존 서비스 마이그레이션 용이
----공개 소프트웨어로 네트워크 인프라를 공개 소프트웨어 기술를 이용하여 공용화하여 표준 기술 및 기술 범용화와 대중화에 이바지.
----도입, 운용 비용의 절감. 유지 보구, 관리 비용의 효율화.
----가상화 기반 서비스 체인 관리처럼 신규 서비스 혁신
[목차]
1. 네트워크(Network)란
2. 소프트웨어 정의 네트워크(SDN)란
3. 오픈 플로우(OpenFlow)란
4. 소프트웨어 정의 네트워크(SDN)를 제어하기 위한 사용자 어플리케이션
5. 기존과 소프트웨어 정의 네트워크의 비교
6. 네트워크 기능 가상화 (Network Function Virtualization, NFV)
7. 네트워크 기능 가상화를 위한 공개 플랫폼 (An Open Plantform for Network Function Virtualization, OPNFV)
8. 네트워크 기능 가상화를 위한 공개 플랫폼을 위한 계층별 아키텍쳐
9. 소프트웨어 정의 네트워크 컨트롤러 OpenDaylight
10. 클라우드 인프라 오픈스택(OpenStack)
11. OPNFV 세부 프로젝트
12. NFV 와 OPNFV
13. 참고자료
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#1.네트워크(Network)란
네트워크(network)란 여러가지 요소가 서로 연결된 그물과 같은 구조의 것을 말합니다. 사람과 사람간의 연결, 조직이나 집단의 구조등을 말할 수도 있지만, 정보화 기술(IT)에서는 여러 컴퓨터와 장치 등을 연결하여 제어 신호 또는 데이터와 같은 정보를 교환하는 것을 말합니다. 이것을 컴퓨터 네트워크(computer network) 또는 통신 네트워크(communication network)라고 합니다. 네트워크를 각 구성 요소를 “노드(Node)”라고 하고 노드 사이의 연결을 “링크(Link)” 또는 “엣지(Edge)”라고 합니다.
#2.소프트웨어 정의 네트워크(SDN)란 --->캠퍼스, 데이터센터//클라우드의 상용서버와 스위치에 클라우드오케스트레이션과 네트워킹적용
서로다른 대상을 어떻게 연결하고 끊을지가 네트워크 성능을 향상시키는 기술입니다. 네트워크 업체들은 그들만의 특정한 하드웨어 장비들과 특정한 소프트웨어를 구성하여 네트워크 장비를 만듭니다. 예를 들면 100개의 대상을 서로 연결하는 네트워크를 구성하려면 100대의 대상에 따른 네트워크 구성을 세심히 검토하고 각각의 역할에 맞는 네트워크 제작사의 장비를 선정하여 구성합니다. 대상과 대상의 데어터 전송뿐만 아니라 네트워크가 다양하고 복잡하면서 방화벽, L4 스위치, DNS 서비스등 다양한 네트워크 서비스를 사용 위해서나 또 다른 네트워크 장치를 추가하여 구축할 때마다 각각 다른 네트워크 장비 제조사의 특정한 설정에 따라서 설정을 조정하고 관리했습니다.
네트워크 장비를 만드는 제조사는 네트워크 표준화를 표면적으로 내세웠지만 실제로는 각 제조사마다 조금씩 다른 방식으로 기능을 제공하였고, 이로 인하여 공통된 표준에 따른 네트워크라고 하더라도 각각의 상화에 따른 장비별 장단점을 반영하여 다양한 장비들을 구성할 수 밖에 없는 상황입니다. 그리하여 데이터 센터에는 다양한 컴퓨터와 저장장치 뿐만 아니라 매우 복잡한 네트워크 장비와 그 연결이 공존하고 있습니다. 그리고 이러한 네트워크를 구축, 운영하는 운영자들은 하나의 통일된 프로토콜이 아닌 각자 개별 목적에 따른 다수의 프로토콜을 이해하고 운영하는 어려움이 있습니다. 그리고 많은 운영 인력과 운영을 하면서 많은 문제점을 만나고 이를 해결하기 위한 많은 노력들이 함께 있어 왔습니다.
물리 네트워크(Physical Network)는 서버나 네트워크 장치를 추가하거나 사용사 어플리 케이션이 네트워크 설정을 바꾸려고 할때, 많은 것을 해야만 합니다. 예를 들면 네트워크 를 연결하는 케이블 구성부터, 네트워크 스위치, 라우터, 방화벽의 설정을 하나하나 바꾸어야만 합니다. 이러한 물리 네트워크 구성을 하드웨어에 의존하지 않는 소프트웨어로 구성한 가상화 기술을 통하여 구성한다면 이러한 설정의 불편함을 많이 줄어들 것입니다. 소프트웨어 정의 네트워크(SoftwareDefined Network)란 소프트웨어를 통하여 기존의 물리 네트워크에서 가상화된 네트워크 환경을 만드는 기술을 목표로 하여 만들었습니다.
[그림1] Software Defined Network의 정의 (https://www.opennetworking.org/sdn-resources/sdn-definition)
***1.application Layer//business applications :: ***1.과***2의 연결 -- 다양한 API를 사용
***2.control layer//network services :: ***2와 ***3의 연결은 오픈플로우로 실행..
***3.Infrastucture layer
소프트웨어 정의 네트워크(SDN)은 네트워크 가상화와 제어의 두가지 기술이 핵심입니다. 네트워크 가상화는 서버에 네트워크 가상화 소프트웨어가 탑재되어서 구성합니다. 대표적인 네트워크 가상화 기술은 VMware사의 “VXLAN”이나 마이크로 소프트의 “NVGRE”가 있습니다.소프트웨어 정의 네트워크의 제어 기술은 “OpenFlow” 라는 표준 기술을 사용합니다.
#3.오픈 플로우(OpenFlow)란
컴퓨터(통제 기능)와 또다른 컴퓨터 혹은 장치를 연결하는 네트워크의 데이터를 각각의 개별 장치를 설정하고 실행합니다.이러한 네트워크 관리방식를 Open Flow라 하는데, 이는 네트워크를 제어부과 전송부로 분리시켜서 무엇을 어디로 이동할지 알려주는 역할을 제어 플레인(control plain)이라는 부분으로 구성하며, 특정 목적지로 원하는 데이터를 보내는 부분은 데이터 플레인(data plain)이라고 합니다. 즉 OpenFlow에서 네트워크는 제어 플레인과 데이터 플레인으로 나누어서 서로 다른 대상을 연결하고 관리하는 것입니다.
[그림2] SDN 기반 네트워크 장치는 경로 제어와 데이터 전송이 분리되어 전송
**기존네트워크 : [네트워크장치내에] 네트워크경로제어와 데이터전송기능을 함께 세팅
**SDN 기반 네트워크 : 네트워크경로제어 기능과 데이터전송 기능을 따로 분리하고 오픈플로우 프로토콜로 연결하여 따로 전송함
기존 네트워크 장비는 입력된 데이터(packet)의 도착할 곳을 네트워크 경로와 데이터 전송하나의 기기에서 독자적인 기준으로 다음 기기로 전송하는 방식입니다. 네트워크 구성요소가 각각의 방식에 따라서 네트워크를 제어하기 대문에 부분적인 장애가 발생하여도 다른 곳으로 이동하는 것을 독자적으로 결정하기 때문에 강한 장점을 가지고 있지만, 네트워크 전체로 보았을 때 결로 선택이나 통함된 관리가 어렵다는 단점이 있습니다. 가상화에 따른 클라우드가 데이터 센터의 주류가 되면서 이러한 네트워크를 큰 그림에서 관리해야만 하는 요구가 필요하게 된 것입니다.
OpenFlow는 경로 제어를 하는 오픈 플로우 제어기(OpenFlow controller), 데이터 전송을 하는 오픈플오우 스위치(OpenFlow switch)로 구성되며 제어기와 스위치를 오픈 플로우 프로토콜(OpenFlow protocol)로 관리합니다.
오픈 플로우 스위치는 하드웨어 뿐만 아니라 가상화 스위치나 소프트웨어를 통해서도 구현하여 사용합니다. 기존의 가상화 네트워크 분리를 VLAN(Virtual LAN) 기술을 사용했습니만, 연결 장치의 제약을 비롯한 부족한 부분이 있어서 가상 스위치를 포함한오픈 플로우 기술로 VLAN의 제약을 해결하고 더 많은 장치를 지원하는 대규모 환경에서 전 가상화(Full virtualization)을 실현할 수 있게 되었습니다.
오플플로우(OpenFlow)는구글(Goolge), 페이스북(Facebook), 도이치 텔레콤(Deutsche Tenecom), 마이크로 소프트(Microsoft), 버라이즌(Verizon), 야후(Yahoo) 의 6개 회사가처음으로 주축이 되어 산업단체인 공개 네트워크 재단(Open Networking Foundation, ONF)가 표준화를 추친합니다. 처음에는 미국의 스탠포드 대학의 Martin Casado 교수의 연구로 부터 시작하여 스탠포드 대학 중심의 OpenFlow Swiching Consosium이 2009년에 버전 1.0, 2011년 버전 1.1을 만들었으며,2011년 3월 ONF가 설립되어 이곳에서 OpenFlow 버전 1.3, … 현재 1.5.1이 지난 2015년 4월에 공개되었습니다.
(OpenFlow 1.5.1 사양서 링크: https://www.opennetworking.org/images/stories/downloads/sdn-resources/onf-specifications/openflow/openflow-switch-v1.5.1.pdf)
#4.소프트웨어 정의 네트워크(SDN)를 제어하기 위한 사용자 어플리케이션
소프트웨어 정의 네트워크에서 물리/가상 스위치 제어를 위한 API를 Southbound API라고 합니다. Sountbound API는 사용자 어플리케이션이 오픈 플로우(OpenFlow)를 통한 물리/가상 네트워크 스위칭 제어를 위한 것입니다. 이와 더불어 로드 밸런서(Load Balancer), 방화벽(Network Firewall)과 같은 사용자 어플리케이션이 소프트웨어 정의 네트워크를 사용할 수 있어야만 합니다. 이러한 네트워크 어플리케이션이 사용할 수 있는 네트워크 제어 정보를 제공하는 API를 Northbound API라고 합니다.소프트웨어 정의 네트워크는 SDN 컨트롤러를 제어 하기 위한 크게 두가지 API층이 있습니다. 이렇게 크게 두가지 API층으로 구분하면 다음과 같은 장점이 있습니다.
첫 번째, 상위 계층의 어플리케이션도 SDN 컨트롤러도 모두 소프트웨어로 만들어 졌기 때문에 하드웨어에 의존한 네트워크 시장에 비하여 새로운 서비스와 이를 지원하기 위한 업체들이 네트워크 시장에 보다 쉽게 들어 올 수 있습니다.
두 번째, 애플리케이션 레이어가 지금보다 더 많은 서비스를 통하여 다양한 가치를 창출할 수 있을 것으로 예상됩니다. 어플리케이션이 API를 통해 네트워크의 제어 정보에 접근할 수 있기 때문에 소프트웨어 정의 네트워크가 가지는 네트워크 패킷을 최적의 경로를 찾아서 전송하거나 환경에 따라 동적으로 QoS를 적용할 수도 있고, 보안에 위협을 주는 패킷의 출처를 찾는다처럼 다양한 상황에 맞추어 유동적으로 서비스를 제어하고 시험하며 적용할 수 있습니다.
세 번째, 네트워크 어플리케이션을 위한 Northbound API가 있어서 비교적 작은 개발사들도 소프트웨어 정의 네트워크 시장에 접근을 할 수 있습니다. Southbound API는 시스코와 주니퍼, 델, HP 등 몇몇 거대한 업체가 주로 개발과 시장을 차지하고 있지만 Northbound API를 사용하는 네트워크 어플리케이션은 비교적 업체가 작지만 다양한 업체와 함께 어플리케이션에 집중하는 업체들이 있습니다. 이들이 Northbound API를 이용하여 네트워크 시장에 보다 쉽게 참여할 수 있습니다.
[그림3]SDN 어플리케이션을 위한 Northboud API와 물리/가상 스위치를 위한 Southbound API
네트워크방화벽, (어플리케이션, 어플리케이션, 어플리케이션), 로드밸런서--northBoundAPI
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SDN 컨트롤러
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물리스위치, <가상스위치, 가상스위치> 물리스위치 ----------southBoundAPI
^^^기존과 소프트웨어 정의 네트워크의 비교....
[그림4]기존 네트워크 방식과 소프트웨어 정의 네트워크의 비교 (출처: 도서-SDN 입문, 서영석,이미주 공저)>
---네트워크관점 : 기존네트워크는 하드웨어중심, SDN은 소프트웨어중심
---구성주도권 : 하드웨어제공벤더 <--->사용자
---기술개방성 : 폐쇄적 구조 <--->개방형구조
---연동호환성 : 독자프로토콜<--->표준프로토콜
---관리효율성 : 비효율/고비용 <--->효율적.합리적
---신기술 수용 : 벤더의 필요성에 따름 <--->사용자 요구 수용
---시장 공정성 : 독과점 <--->공정경쟁
#5.네트워크 기능 가상화 (Network Functions Virtualisation, NFV)---서비스공급자의 상용서버와 스위치에 라우터, 방화벽 게이트웨이, CDN, VVAN에 적용
네트워크 기능 가상화(Network Functions Virtualisation: NFV)은 네트워크에 사용하는 여러가지 어플리케이션 구현한 네트워크 장비를 사용했습니다. 특정 제조사가 네트워크 기능을 하드웨어와 소프트웨어를 모두 제공하였습니다. 네트워크 장비 공급사마다 이를 각자의 방식을 사용하여 장비를 만들고 배포하였기 때문에 네트워크 기능은 그것을 만든 제조사에게 의존할 수 밖에 없습니다. 그리고 특정 장비에 종속적이다 보니 새로운 서비스 구성이나 확장이 필요로 할 때 오랜 기간에 검토와 평가가 진행되어 더딘 진행을 할 수 밖에 없는 제한된 환경입니다. 이것을 범용 서버 기술을 활용하여 서버 가상화 기술에 기반한 네트워크 소프트웨어(VNF, Virtual Network Function, 가상 네트워크 기능)로 대치하려는 것이 네트워크 기능 가상화(NFV)입니다.
[그림5]소프트웨어 정의 네트워크과 네트워크 기능 가상화의 비교 (출처: 도서-SDN 입문, 서영석,이미주 공저)>
----SDN :
1>출범동기 : 콘트롤, 데이터플랜 분리, 중앙화된관리, 네트워크프로그래밍
2>적용위치 : 캠퍼스, 데이터센터/클라우드
3>사용장비 : 상용서버와 스위치
4>어플리케이션 : 클라우드오케스트레이션과 네트워킹
5>대표적 프로토콜 : 오픈플로우
6>규격제정 : 오픈네트워크파운데이션
----NFV :
1>특정네트워크장비에 귀속된 네트워크기능을 일반서버에 재배치
2>서비스공급자 네트워크
3>상용서버와 스위치
4>라우터, 방화벽, 게이트웨이, CDN, VVAN가속기등
5>아직제정안됨
6>ETSI NFV 워킹그룹
전 세계 주요 통신사업자가 주축이 되어 ETSI (European Telecommunications Standards Institute) NFV ISG(Industry Specification Group)을 출범하였고, 네트워크 기능 가상화에 필요한 요구사항, 프레임워크 구조, 사용자 환경, 검증 등에 대한 논의를 진행하고 있습니다. 올해(2016년) 말이면 이를 정리한 사양서(1.0)가 배포될 계획입니다.
네트워크 기능 가상화를 통하여 네트워크의 주된 사용자인 통신사는 네트워크 장비의 구체적인 내부 구조까지 알 수 없었던 "블랙박스"의 구조에서 "화이트 박스"의 구조로 바뀔 수 있습니다. 이것은 네트워크 비지니스가 네트워크 장비를 만드는 제조사에 의해서 결정되는 구조에서 네트워크 서비스 공급자로 이전할 수 있습니다. 하드웨어와 소프트웨어를 분리(decoupling)하여 소프트웨어로 구현된 네트워크 기능을 범용 하드웨어 장비를 사용하는클라우드 인프라 환경에서 동작합니다. NFV는 네트워크 서비스 사용자의 필요에 따라 네트워크 기능을 유동적으로 구성하고 운용할 수 있습니다. 소프트웨어 중심의 네트워크 인프라를 사용하기 때문에 네트워크 인프라에 대한 막대한 투자와 유지 부담을 안고 있는 통신사업자들은 NFV를 통해 빠르고하고 유연하게 서비스를 제공할 수 있으며, 특정 네트워크 장비 제조사에 대한 종속에서 벗어나 고가의 네트워크 장비에 대한 투자비용(Capital Expenditure: CAPEX)과 운용비용(Operating Expenditure: OPEX)을 절감할것으로 기대합니다.
IMS//EPC//L3SW//GW//DB//App Server IMS-EPC-L3SW-GW-DB-AppS
오케스프레이션/리소스관리
Visualization layer
Bender-specific HW/SW General Server Infra HW
전용, 특정HW 범용, 최신 HW
HW/SW수직 통합 HW/SW분리
리소스변경시 HW에 종속되어 어려움 리소스변경시 유연하고 빠른대응 가능
유지보수 전입자가 반드시 필요 오케스트레이션을호 자동화된 유지보수
[그림6]기존 네트워크 어플리케이션 장비와 네트워크 기능 가상화(Network Functions Virtualisations) 비교
#6. 네트워크 기능 가상화를 위한 공개 플랫폼 (An Open Plantform to accelarate Network Functions Virtualisation, OPNFV)
네트워크 기능 가상화를 위한 인프라를 위한 공동 플랫폼이 필요하다는 인식이 여러 네트워크 통신 사업자, 네트워크 장비사업자간 협의가 이루어졌고, 그 결과 만들어진 프로젝트가 OPNFV 공개 SW로 개발이 각각의 통신 사업자, 장비 사업자간의 협의가 이루어졌고, 이러한 논의로 탄생한 것이 네트워크 기능 가상화를 위한 공개(개방형) 플랫폼 (an Open Platform to accelarate Networks Functions Virtualisation, OPNFV)입니다.
OPNFV의 주요 창립멤버는 AT&T, 브로케이드, 차이나모바일, 시스코, 델, 에릭슨, HP, 화웨이, IBM, 인텔, 주니퍼네트웍스, NEC, 노키아네트웍스, NTT, 도코모, 레드햇, 텔레콤 이탈리아, 보다폰 등 세계 각지 통신사와 통신장비 제조사들입니다.
OPNFV는 리눅스 재단에서 집행하며 프로젝트 활동 목표를 다음과 같이 정의 하였습니다. "OPNFV는 제조사, 클라우드 및 인프라 업체, 개발자와 사용자가 함께 원하는 새 레퍼런스 유형을 정의하고 기존 오픈소스 빌딩 블록을 새로운 구성요소와 통합하고 NFV 개발과 배포를 가속할 테스트를 진행하는 것"이라고 하였습니다. OPNVF의 프로젝트 범위는 사용 가능한 기존의 오픈 소스 컴포넌트를 이용하여 NFVI (NFV Infrastructure) 과 VIM (Virtualized Infrastructure Management: 가상화 인프라 관리)를 구축하는 것입니다.
네트워크 장비 제조사, 클라우드 및 인프라 업체, 개발자와 사용자가 함께 업계에서 원하는 새 레퍼런스 유형을 정의하고 기존 오픈소스를 활용하여 새로운 구성요소를 개발하거나 통합하여 개발과 배포, 테스트를 위해서 여러가지로 활동합니다.
#7.[그림7] 네트워크 기능 가상화(Network Functions Virtualisations)
네트워크 기능 가상화를 사용하는 통신 사업자는 신뢰성이 높으며 서비스를 동적으로 활용할 수 있는 플랫폼을 요구합니다. 네트워크 기능은 다양한 기능이 복잡하게 서로 연결되고 구성되므로 이것을 모두 만족한 플랫폼으로 통합하는 것은 쉽지 않은 일입니다. 따라서 OPNFV 프로젝트는 무엇보다도 통신사용자, 네트워크 장비 제조사가 함께 참여하는 커뮤니티 주도로 공개된 NFV 플랫폼을 위한 통합에 초점을 두고 있습니다.
#8.네트워크 기능 가상화를 위한 공개 플랫폼을 위한 계층별 아키텍쳐 |
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