5. Network Layer: Control Plane(3)

5.5 The SDN control plane

SDN은 21세기의 network control plane의 approach 기법이다.

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기존까지는 per-router approach 즉, 모노리틱한 각 라우터가 알아서 해왔다는 것이다.

여기서 모노리틱이란 캡슐에 블랙박스처럼 싸여져 있다란 의미이다. 즉, 이 라우터가 동작하는 프로토콜 등을 특정 제작회사가 특허권을 통해 독점적으로 가져서 그 특정 회사의 라우터들끼리만 폐쇄적으로 동작하게 되는 특징을 말한다.

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이렇게 폐쇄적이였던 시장을 오픈하자는 움직임을 통해 등장한 것이 SDN 즉, logically centralize한 control plane이다.

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라우터의 misconfiguration을 피하거나 트래픽 플로우의 flexibility를 향상시키고 control plane의 오픈 할 수 있다는 장점이 있다.(그 때는 폐쇄되어있던 것을 오픈하는 것이 대세였다고 한다.)

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SDN처럼 centralize한 방식의 장점은 per-routing 방법에 비해서 빠르고 효율적으로 포워딩 테이블을 만들 수 있다는 점이다.

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SDN의 장점을 좀 더 자세히 알아보자.

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네트워크 오퍼레이터가 라우터-u에서 라우터-z까지 패킷을 전송하는데 uvwz의 경로로 보내고 싶고, 라우터-x에서 라우터-z까지 전송하는데 xwyz의 경로로 보내고 싶다고 가정해보자.

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기존의 라우팅 알고리즘 방식을 사용해서 구현하려면 링크 코스트들을 임의로 바꿔줘야 했다. 혹은 새로운 라우팅 알고리즘이 필요했다.

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두번째는 네트워크 오퍼레이터가 트래픽을 uvwz와 uxyz로 분산시켜서 보내고 싶어한다고 해보자(flow control aggregation).

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기존의 방식은 good path를 하나 찾아서 보내는 방식으로 진행했기 때문에 불가능하지만 SDN은 가능하다. 그렇기 때문에 로드 밸런싱 면에서 더 뛰어나다.

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위 그림과 같이 파란색 루트로 가는 트래픽과 빨간색 루트로 가는 트래픽처럼 여러 트래픽이 하나의 라우터로 들어올 때, 이 라우터 w는 이 두개의 트래픽에 차별을 주고싶어한다. 기존의 방식은 불가능하다.

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하지만 SDN을 사용하면 위에서 설명한 3가지가 모두 가능하다. logically centralized한 remote controller가 해당 요구조건을 모두 반영해서 포워딩 테이블을 만들어서 각 라우터에 재전송 해준다.

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Data plane switch는 하드웨어로 구현되기 때문에 굉장히 빠르고 심플하다.

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controller가 switch flow table을 계산해서 재전송해준다.

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소프트웨어에 의해 control 되는 API가 존재하는데 이 API는 OpenFlow를 통해서 단일화되어, 어떤 것이 control 가능하고 어떤 것이 안되는지가 정의되어 있다.

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그리고 data plane과 control plane의 중간에 SDN controller가 존재한다(정확히는 control plane에 속해있는데 밑단에 존재한다).

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northbound API를 통해서 윗단의 application들과 통신하고 southbound API를 통해 밑단의 switch들과 통신을 해서 정보를 주고받는 중간자적 역할을 한다.

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network control application은 brain의 역할을 한다고 볼 수 있다.

밑의 레벨 서비스들을 사용하는 control function(라우팅, access control, 로드 밸런싱 등등)들을 수행하는 역할을 한다.

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unbundled되어 있다는 특징이 있다. 즉, 특정 시스템에 예속 되어있지 않다.

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SDN control의 예를 통해서 어떻게 동작하는지 알아보자.

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1. 먼저 밑의 S1 라우터가 특정 링크 status값이 바꼈다는 것을 감지한다.

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2. SDN 컨트롤러에게 link status 값이 바꼈으니 forwarding table을 다시 계산해야 된다고 메시지를 보내서 알려준다.

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3. 이전에 등록된 다익스트라 라우팅 알고리즘 어플리케이션이 호출된다.

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4. 다익스트라 알고리즘이 소환이 되서 네트워크 그래프 정보, 링크 상태 정보를 받아서 새로운 경로를 계산한다.

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5. flow table computation component들과 상호작용을 통해서 계산을 마친다.

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6. 새로운 forwarding table을 받아서 업데이트 한다.

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5.6 ICMP : Internet Control Message Protocol

ICMP는 네트워크 장치에서 에러 리포팅 같은 네트워크 통신 문제를 진단하는 데 사용하는 네트워크 계층 프로토콜이다.

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네트워크 계층에서 동작하는 프로토콜이라는 것 정도만 기억하고 넘어가자.

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5.7 Network management and SNMP

네트워크 매니지먼트의 기본 개념은 각 디바이스가 가지고 있는 자신의 데이터들을 managing entity에 모아서 관리를 하고 이 때 사용되는 프로토콜이 네트워크 매니지먼트 프로토콜이다.