| #8.네트워크 기능 가상화를 위한 공개 플랫폼을 위한 계층별 아키텍쳐
OPNFV 프로젝트는 개방화된 공개 SW에 기반하며 운용체제부터 가상화 환경, 소프트웨어 정의 네트워크, 자원 관리를 모니터링 하고 이를 조정하는 소프트웨어로 구성됩니다.
OPNFV에 사용하는 소프트웨어를 계층별 아키텍쳐를 그리면, 클라우드 인프라 와 네트워크 기능을 위한 어플리케이션으로 나누어 그릴 수 있습니다.
[그림7]네트워크 기능 가상화
^^ETSI NFV 아키텍처
*1>오케스트레이터(하부구조와 직접연결) =====>VNF 매니저=====>가상화 하부구조 매니저(컨트롤러 노드) ::::>서비스VNF 하부구조 description과 연결
*2>OSS/BSS(오케스트레이터와 상호연결)====>네트워크요소관리시스템 ==>가상네트워크기능(VNFs)===>NFV 하부구조(스토리지, 컴퓨트노드)) : 컴퓨트노드는 컨트롤러노드와 연결됨
[그림8]NFV와 이를 뒷받침하는 공개SW기술 -----OPNFV 구조 다이아그램
*1>로컬 링크 : Logical structure, -----종점, , 종점
*2>어플리케이션 SW 링크 : SW Instances --- VNF instances(가상네트워크기능) : 여러개의 VNFs
*3>클라우드인프라 링크 = OPNFV 하부구조
:-----클라우드인프라 ::: 여러개의 VM(Linux guest)로 구성
------SDN ::: Open vSwitch + DPDK
------가상화(KVM) ::: HyperVisor(KVM, Xen,Vmware)
------HW 리소스 ::: compute, strage, Network
[그림8] NFV와 이를 뒷받침하는 공개 SW 기술
네트워크 기능을 소프트웨어로 구현하는 서비스이기 때문에 OPNFV는 많은 공개 SW를 기반을 필요로 합니다. CPU Core, 메모리, 네트워크와 같은 하드웨어 자원이 있고 이를 관리하기 위하여 공개 SW 운영체계인 Linux를 사용합니다. Linux 운영 체제의 가상화 도구인 KVM이나 Xen, VMware등을 사용하여 가상화를 구현합니다.
가상화 도구를 REST API로 관리하기 위한 IaaS (Infra As A Service) 공개 클라우드 소프트웨어로 OpenStack을 사용합니다.
OpenStack API를 이용하여 각 VM에 가상 프로세스, 가상 메모리, 가상 네트워크 자원을 할당/제거합니다. OpenStack 가상화된 네트워크 API를 이용합니다.
이때 소프트웨어 정의 네트워크 (Software Defined Network)를 사용하여 네트워크 자원을 가상화로 구성하며, 이를 위해서 Open vSwitch로 네트워크 하드웨어를 사용하고, 이를 제어하기 위한 도구로OpenDaylight가 사용됩니다.
네트워크 성능을 향상하기 위하여 OPNFV는 DPDK기술을 사용한 네트워크 패킷 제어를 사용합니다.
가상화된 자원을 할당 받으면 Linux Guest OS나 LXC를 이용한 Docker위에 가상화된 네트워크 기능 소프트웨어(VNF Virtual Network Function)가 동작합니다.
하나는 사용자 네트워크는 여러가지 VNF와 상호 논리적으로 연결를 필요로 하기 때문에 이를 관리하기 위해서 OPNFV는 MANO를 사용하며, OPNFV 의 자원을 운용하기 위한 OSS/BSS가 이 모든 자원의 조정을 담당합니다. OPNFV를 구성하는 주요 공개 SW를 나열해 보면 다음과 같습니다.
* OPNFV에 사용하는 주요 공개SW
OPNFV : 공개 네트워크 기능 가상화 SW
Linux Kernel: 공개 운영 체제 SW
OpenStack : 공개 클라우드 인프라 SW
Open vSwitch : 공개 SW 정의 네트워크 스위치 소프트웨어/하드웨어
OpenDaylight: 공개 SW 정의 네트워크 제어 소프트웨어
DPDK : 공개 SW 정의 네트워크 데이터 영역 개발 도구
#9.소프트웨어 정의 네트워크(SDN) 컨트롤러 하부구조(infrastructure--오픈 실행 위한 오픈플로우프로토콜 통제 SW OpenDaylight
오픈데이라이트(OpenDaylight)는 소프트웨어 정의 네트워크의 구성 요소인 오픈 플로우(OpenFlow)를 제어하기 위한 공개 SW입니다.
리눅스 재단에서 프로젝트를 관리합니다.
각 릴리즈는 화학 원소 기호를 사용해서 각 릴리즈시 이름을 붙여서 배포합니다. 최초 릴리즈는 2014년 2월 Hydrogen(수소)를 시작으로 2014년 9월 Helium(헬륨), 2015년 6월 Lithium(리튬), 그리고 현재 4번째 릴리즈인 Beyllium이 2016년 2월 릴리즈했습니다.
OpenDaylihgt는 SDN을 관리하기 위한 어플리케이션과 연결되는 North Bound API, 요청에 따른 경로와 대역등을 제어하는 Controller Platform, 각종 네트워크 기기를 제어하는 South Bound API로 구성됩니다.
OpenDaylight은 Cisco System, Hewlett-Packard, Juniper Networks, NEC 같은 네트워크 주요 제작사와 IBM, Red Hat, VMware 같은 서버사와 소프트웨어사가 참여하고 있습니다.
OpenDaylight의 강점은 클라우드 인프라 소프트웨어인'OpenStack "과의 연동 가능하다는 점입니다.
OpenStack은 데이터 센터에 있는 서버, 스토리지, 네트워크라는 세가지 IT 자원을 통합 관리하고 사용자에게 가상화 된 서비스로 제공하는 기능을 가진 소프트웨어입니다.
각 IT 자원의 가상화는 각각의 가상화 소프트웨어가 담당합니다. 예를 들어 서버 자원의 가상화이면 “KVM”, "VMware vSphere”나 “Xen Server “ 가 담당합니다. OpenDaylight는 네트워크 자원의 가상화를 담당합니다. OpenStack은 OpenDaylight API를 호출하여 OpenDaylight가 관리하는 가상화 된 소프트웨어 정의 네트워크 자원을 이용합니다.
네번째 릴리즈로 지난 2 월에 출시 된 OpenDaylight의 "Beyllium"은 OpenStack가 사용자에게 제공하는 네트워크 기능 서비스 로 “보안 그룹 “,"분산 가상 라우터”, “Load Balancer as a Service (LBaaS)”등을 지원합니다.
[그림9] OpenDaylight 4번째 릴리즈 Beyllium 구성
#10.클라우드 인프라 오픈스택(OpenStack)
서버 가상화(Server Virtualization)와 이를 기반으로 한 클라우드 컴퓨팅(Cloud Computing)이 있습니다.
공개 SW 기반 클라우드 소프트웨어가 OpenStack입니다. 이는 SDN의 northbound API를 호출 가능합니다..
공개 운영체제인 Linux를 기반으로 하여 제공되는 소프트웨어로 제공되며, 주요 개발 언어로 Python을 사용해서 개발됩니다.
라이센스는 Apache License 2.0입니다.
OpenStack은 2010년 Rackspace사와 NASA가 함께 시작한 프로젝트입니다.
초기의 OpenStack은 Rackspace의 객체 저장 서비스(Obejct Storage Service) Cloud Files와 NASA의 프로비저닝 시스템인 NASA Nebula를 모아서 2010년 10월에 최초 버전을 릴리즈하였습니다.
이후 매년 2번의 정규 릴리즈가 되어, 2012년 9월에는 오픈스택 재단 (OpenStack Foundation)이 설립되었습니다.
Rackspace, NASA와 같은 초기 구성원 뿐말 아니라, AT&T, Cisco, Dell, EMC, Ericsson, Hewlett-Packard, Huawei, IBM, Intel, NEC, NetApp, Oracle, Red Hat, VMware과 같은 많은 IT 기업이 이 프로젝트에 동참하여 활발하게 활동하고 있습니다.
[그림10] OpenStack의 주요 구성 요소
오픈스택은 클라우드 구성을 여러가지 프로그램(구성요소, 스택 Stack)으로 구분합니다.
여러가지 구성요소가 있으며, 2010년 10월 첫 릴리즈 이후 반년에 한번씩 정규 릴리즈가 되며, 각 릴리즈는 알파벳의 첫 글자로 시작하는 도시 이름을 사용합니다.
#11.OPNFV 세부 프로젝트
OPNFV는 여러가지 세부 프로젝트가 있습니다. 이를 크게 4종류로 구분할 수 있습니다.
1. 요구 사항 프로젝트, 2. 통합 및 검증 프로젝트, 3 협력 개발 프로젝트, 4. 문서화 프로젝트입니다.
요구사항 프로젝트(Requirements and Deployment)는NFV 를 위한 공동 플랫폼 개발을 위해 필요한 요구사항을 수집하여 함께 논의하여 문서화를 위한 프로젝트입니다. NFV를 위해서 새롭게 개발이 필요하거나 기존의 것을 바꾸어 적용해야 한 것들이 있습니다. 이런 기능을 찾고, 정의하여 기능을 구현합니다.
통합 프로젝트(Build, Integration and Deployment)는 NFV를 위한 플랫폼 개발을 위해서 필요한 공개 SW를 구성하고 기능을 구현합니다.
어플리케이션과 검증 프로젝트(Application Deployment and Testing)는 OPNFV를 구성하는 어플리케이션을 위해서 요구사항을 정의하고, 협의하여 개발하며 이를 검증하는 프로젝트 입니다.
문서화 프로젝트(Documentation Projects)는 OPNFV를 위한 기술 문서, 설치등 다양한 문서를 만들고 이를 뒷받침해주는 도구를 개발하는 프로젝트입니다.
[그림11] OPNFV 세부 프로젝트
I. 요구사항 프로젝트 (Requiements and Deployment)
I-1) DPACC: Data Plane Acceleration
DPACC (Data Plane Acceleration)는 네트워크 인프라구조에서 네트워크 데이터 플레인 (data plain)을 빠르게 처리할 수 있는 가속화 기능이 필요합니다. 데이터 플레인을 가속하기 위한 하드웨어를 사용하거나, 범용 CPU를 사용을 선택할 수 있어야 하며 이를 지원하기 위한 리눅스 커널 지원부터 사용자 어플리케이션을 위한 API를 정의하여 이를 개발합니다. DPACC는 VNF의 이식성(portability)을 보장하기 위한 프레임 워크와 이를 위한 API를 정의하고 개발합니다.
[그림 12] DPACC architecture
I-2) Doctor: Fault Management
Doctor는 플랫폼에 대한 장애 관리와 유지 보수를 위한 프로젝트입니다. 가상화된 인프라의 네트워크 서비스의 고 가용성을 보장하기 위해서 이상 상황에 대한 장애 관리와 유지 보수를 위한 프레임 워크를 만드는 것입니다. 주요 기능으로 VNFs의 장애를 복구하기 위한 처리와 VIM의 가상화된 자원의 가용성을 유지하기 위한 통지 기능을 포함합니다. OpenStack Nova와 OpenStack의 Ceilometer 프로젝트와 함께 협업하면서 개발되고 있습니다.
[그림13]Fault Managemnet
I-3) Promise: Resource Management
Promise 는 컴퓨팅, 네트워크 및 스토리지 자원을 예약하고 리소스 풀의 용량을 관리하여 서비스 자원을 효과적으로 관리하이 위한 프로젝트입니다. OpenStack Blazar 프로젝트가 관련 프로젝트입니다. ETSI의 MANO, INF, IFA 와 관련됩니다.
[그림14] NFVi Resource Managemnet
I-4) Copper: Virtualized Infrastructure Deployment Policies
Copper 는 가상화된 인프라에서 가상 네트워크 기능(Virtual Network Function,VNF)의 속성에 따라 디자인된 정책 기반으로해서 가상 인프라를 구성하는 프로젝트입니다. VNF의 요구사항에 맞게 플랫폼에서 정책 기능을 공개 SW 프로젝트를 활용하여 개발합니다. OpenStack의 Congress 프로젝트와 OpenDaylight의 Group-based Policy(GBP) 프로젝트에 대한 연구와 OPNFV 의 NFVi플랫폼 범위해서 관련있는 오픈 소스 프로젝트를 통합하고 테스트를 통해서 평가합니다.
Copper 프로젝트와 관련된 ETSI 표준은 다음과 같은 것을 들 수 있습니다.
ETSI GS NFV001 “Network Functions Virtualisation – Use Cases”
ETSI GS NFV002 “Network Functions Virtualisation – Architectural Framework”
ETSI GS NFV004 “Network Functions Virtualisation – Virtualization Requirements”
ETSI GS NFV INF001 “Network Functions Virtualisation – Infrastructure Architecture Overview”
ETSI GS NFV INF003 “Network Functions Virtualisation – Infrastructure Architecture; Architecture of Compute Domain”
ETSI GS NFV INF004 “Network Functions Virtualisation – Infrastructure Architecture; Architecture of Hypervisor Domain”
ETSI GS NFV INF005 “Network Functions Virtualisation – Infrastructure Architecture; Architecture of Infrastructure Network Domain”
I-5) IPv6-enabled OPNFV
IPv6프로젝트는 OPNFV 플랫폼에서 IPv6를 사용하기 위한 추가 구성 요소, 기능 블록 및 도구를 만들고 통합할 수 있는 프로비저닝과함께 IPv6 듀얼 스택 지원을 쉽게 하도록 할 수 있는 패키지 제공을 목표로 합니다. IPv6를 위한 다양한 통신 업계 요구사항과 함께 지원에 필요한 기능 상의 격차를 분석하고 이를 채우기 위한 해결 방법을 제안합니다.
[그림15] VM을 활용한 IPv6 router
I-6) Movie: Model Oriented Virtualization Interface
Movie 는 OPNFV를 관리하는 상위 레이어(예. NFV Orchestrator)나 VNFM (VNF Manager)를 위한 인터페이스(northbound interface)를 제공하기 위한 프로젝트입니다.컴퓨팅, 네트워크, 스토리지 서비스 자원의 접근, VFN의 접속, 흐름 식별, 정책 조작을 위해서 추상화를 통하여 상위 레이어에서 접글을 할 수 있는 인터페이스를 NBI(northobud interface)와 함께 OpenStack에서 확장된 인터페이스를 적절하게 조절하여 캡슐화합니다.
[그림16] VM을 활용한 IPv6 router
I-7) RS: Resource Scheduler
Resource Scheduler 프로젝트는 가상화 인프라에서CPU나 메모리, 그리고 네트워크에 대한 자원(resource)를 적절하게 할당하고 관리하기 위하여 필요한 정보를 수집하고 특히 네트워크 리소스를 분리하여 할당을 효율적으로 하기 위한 자원 스케쥴러를 확장하는 프로젝트입니다.[그림17] Resource Scheduler
I-8) Smooth Upgrade: Escalator
Smooth Upgrade(Escaltor) 는NFVI 서비스 중단없이 VIM의 어플리케이션을 원활하게 업그레이드하기 위한 프로젝트입니다.
[그림18] VNF 소프트웨어 Upgrade 과정(ESTI ISG NFV REL003)
Smooth Upgrade 프로젝트와 관련된 ETSI 표준
ETSI ISG NFV REL003
ETSI ISG NFV REL006
I-9) Availiability: High Availability
고가용성(High Availability) 프로젝트는 통신장비가 반드시 요구되는수준의 고가용성을 제공하기 위해서 하드웨어 HA, 가상 인프라 HA및 서비스 HA를 구체화합니다. OPNFV의 고가용성 요구사항과 함께 HA를 위한 API를 정의하고 개발합니다.
[그림19] NFVI고가용성
High Availability 프로젝트와 관련된 ETSI표준
The ETSI NFV REL GS (e.g. Draft ETSI GS NFV-REL 001 V1.0.0 (2014-11))
I-10) Parser: Deployment Template Translation
Parser 프로젝트는통신사업자가 자신들의 환경에 맞게 네트워크 기능을 배포할 때 사용하는 템플릿 양식을 TOSCA(Topology and Orchestration Specification for Cloud) / CAMP(Cloud Application Management for Platforms)로 변환합니다. 템플릿 변환에 필요한 배포 오케스트레이션, 자동화 특정 도구를 OpenStack Heat 의VIM 템플릿으로 변환합니다.
[그림20] TOSCA서비스 템플릿의 구조
I-11) VNFFG: OpenStack Based VNF Forwarding Graph
VNFFG 프로젝트는ETSI NFV 관리 및 오케스트레이션 (MANO) 사양 [NFVMAN001]에 대한 NFV의 구성 요소중 하나입니다. VNFFG를 통하여 종단과 종단 간 의 VNF 서비스를 자동화 하고 신속한 배포를위한 프레임 워크를 제공합니다.ONF의 OpenFlow와 OpenStack사이의 링크를 생성합니다. 다수의 VNFs에 대하여 VNFFG를 통하여 네트워크 서비스를 연결합니다.
[그림21] VNFFG 인터페이스와 동작
I-12) Prediction: Data Collection for Failure Prediction
Prediction 프로젝트는 NFV 시스템이 예기치 못한 고장으로 부터 방지하기 위한 오류 예측 시스템입니다. 장애에 대비하기 위한 데이터를 수집하는 데이터 콜렉터, 고장 예측 및 장애 관리 모듈로 구성됩니다. 예측 프레임 워크, 데이터 수집기 모델 및 대시 보드를 통하여 서비스를 제공하는 것을 목표로 합니다.
[그림22] Prediction, 장애를 막기 위한 데이터 수집, 예측
I-13) ONOSFW: ONOS Framework
ONOSFW 프로젝트는 VIM의 SDN(Software-Defined Networking) 컨트롤러로서 ONOS(Open Network Operating System)을 사용할 수 있도록 관련 프레임워크나 라이브러리 등을 개발하는 프로젝트입니다.
[그림23] ONOS 프레임 웍
II. 통합 프로젝트 (Build, Integration)
II-1) Genesis: Deployment
Genesis 프로젝트는 OPNFV를 설치를 위한 인프라 환경을 구성하는 프로젝트입니다.
II-2) Octopus: Continuous Integration
Octopus 프로젝트는 Jenkins를 기반으로 OPNFV를 구성하기 위한 다양한 공개 SW를 통합하고 검증하여 패키치를 빌드하는 프로젝트입니다.
II-3) OSCAR: OPNFV System Configuration and Reporting
OSCAR 프로젝트는 Cobbler/ Puppet을 이용하여 OPNFV 플랫폼를 설치하고 설정하기 위한 시스템을 개발하는 프로젝트 입니다.
III. 협업, 어플리케이션과 검증 프로젝트 (Collaborative Development & testing)
III-1) FuncTest: Base System Functionality Testing
FuncTest 프로젝트는 OPNFV 플랫폼을 시험하고 검증하기 위한 시험 항목, 시험 도구, 시험 과정을 개발하고 플랫폼에 대한 검증 시험을 실행하는 프로젝트입니다.
III-2) Qtip: Platform Performance Benchmarking
Qtip 프로젝트는 OPNFV 플랫폼에 대한 성능 평가를 하여NFVi에 대한 시험검증 및 벤치마킹을 위한 도구를 위한 프로젝트입니다.
III-3) Yardstick: Infrastructure Verification
NFV 인프라가 동작할때 인프라 환경을 검증하기 위한 프로젝트입니다.
ETSI관련 문서로는 다음과 같은 것이 있습니다.
* ETSI GS NFV 001
* ETSI TST001
III-4) VSPERF: Characterize vSwitch Performance for Telco NFV Use Cases
VSPERF는 서로 다른 다양한 가상 스위치를 시험하고 검증할 수 있는 프레임워크 개발하는 프로젝트입니다.
[그림24] VSPERF를 이용한 자동화된 검증 과정
III-5) Pharos: Testbed Infrastructure
Pharos 프로젝트는 OPNFV 커뮤니티 후원사에서 제공하는 테스트 시험 환경을 서로 교차하여 검증 할 수 있도록 서비스를 제공합니다. 각 커뮤니티 후원사가 제공하는 OPNFV 시험환경은 OPNFV 하드웨어 참조 규격에 따라 구축되며 지리적으로 분산된 시험 환경을 통하여 OPNFV 플랫폼을 검증합니다.
[그림25] Pharos 프로젝트 (OPNFV 테스트 환경 교차 검증)
IV. 문서화 프로젝트
OPNFV Documentation 프로젝트는 OPNFV 배포판에 대한 릴리즈 노트, 설치 가이드, 사용자 가이드 등의 각종 문서를 개발하는 프로젝트입니다.
NFV 와 OPNFV
주니퍼 리서치 사업자를 위한 보고서에 의하면 2014 년에 WhatsApp, Facebook과 Skype 등 음성과 메시징 트래픽의 140 억 달러의 시장 규모입니다. 영국, 이탈리아, 스페인 등 주요 통신사들의 보고서 따르면 2020년이 되면 모바일 음성 수익은 60 %의 감소하지만 데이터 수요는 폭팔적으로 증가할 것으로 예상됩니다. 따라서 향후 이동 통신 사업자들의 데이터 중심의 네트워크 서비스 비즈니스 모델을 개선하기 위해서다양한 도전과 전략이 전개 될 것으로 예상합니다.
이동 통신 사업자들의 보고서에 따르면2020년 메시징 트래픽이 IM, VoIP 및 소셜 미디어를 통한 데이터 트래픽으로 대체할 것으로 예상됩니다. 따라서 이러한 데이터 트래픽 증가로 인하여 향후 2020년까지 660억 달러로 예상되는 네트워크 장비를 추가 할 것으로 예상합니다.이러한 데이터 트래픽 증가는 통신 사업자의 새로운 기회가 될 수 있습니다. 사물 인터넷 (IoT Internet of Things)과같은 M2M(Machine to Machine)등의 새로운 분야의 서비스가 함께 늘어나면서 통신 사업자는 전체 서비스 제공이 아닌 상호 연결성에 초점을 맞춘 인프라를 구성할 필요가 있습니다. 이러한 변화에 NFV는 유용한 해결안이 될 것입니다.
NFV를 지원하기 위한 공개 SW 플랫폼인 OPNFV는 여러 통신 장비 사업자(Brocade, CISCO, ERICSSON, HUAWEI, Juniper, NEC, NOKIA, ZTE, 6Wind, ADVA, Array network, BII, Brain4Net, Broadcom, CableLabs, Cavium CentruryLink CertuNet, Ciena, ClearPath Dailogin, Dorade, ENEA, IXIA, HBC, OPEN NET, QOSMOS SANDVINE, SPIRENT, Stratus, Wind River) 와 통신 서비스를 제공하는 통신사(AT&T , China Mobile, docomo, Italia Telecom, Vodafone, KDDI, KT, ORANGE , SKT, Sprint) IT장비 업체인 (IBM,Intel, DELL, HP, EMC2, Lenovo)와 함께 반도체 제조사(, ARM, ALTERA, FreeScale, XILINX), 그리고 소프트웨어 업체로 (RED HAT, SUSE, Ubuntu, Miodkura,Mirantis, VMWARE) 가 새로운 네트워크 시장을 위하여 협업을 통하여, 공동의 플랫폼을 개발하고 있습니다.
OPNFV에는 아주 많은 공개 SW를 기반으로 하여 구성됩니다. 운영체계로 Linux kernel을 공개 SW 운영체제를 기반으로한 배포판인 Redhat/CentOS , Ubuntu Serve을 사용합니다. 이들은 각각 Redhat과 Canonical 재단에서 관리합니다. 공개 클라우드 운영 인프라웨어로OpenStack을 사용하며 OpenStack Foundation에서 관리합니다. 클라우드 스토리지 기술인 Cept는 레드햇에서 관리합니다. 소프트웨어 정의 네트워크(SDN)를 위한 Open Daylight, Open vSwitch 등을 사용하며 이는 Linux Foundation에서 OPNFV와 함께 관리합니다. 이처럼 OPNFV는공개 SW 커뮤티니를 통하여 소스 코드를 위시한 기술 공개와 함께 커뮤니티 구성원들의 참여를 통한 협업을 통하여 발전을 계승합니다. 대부분의 개발자 통신 장비 업체와 통신사, 그리고 Redhat 과 같은 공개 소프트웨어 소속으로 저를 포함하여 약 150여명이 활동 중입니다. 매년 2회 정도 공개 Summit을 통하여 기술을 공개하며 관심 있는 기업이나 단체, 그리고 개발자의 사용과 참여를 유도합니다. 본 글을 통하여 OPNFV에 대한 이해와 관심, 그리고 함께 참여하기를 희망합니다. |
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