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[국내논문] 캐리어 급 주소 변환기(NAT)의 설계 및 구현
Design and Implementation of Carrier-Grade Network Address Translation (NAT) 원문보기

한국통신학회논문지 = The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences, v.41 no.10, 2016년, pp.1290 - 1300  

이문상 (KT Institute of Convergence Technology) ,  이치영 (KT Institute of Convergence Technology) ,  김우태 (KT Institute of Convergence Technology) ,  이영우 (KT Institute of Convergence Technology)

초록
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최근 들어, 유무선 망의 종단 사이에 위치하여 다양한 네트워크 기능을 제공하는 미들박스 서비스가 일반화되고 있다. 특히, 클라우드 컴퓨팅 분야의 가상화 기술이 네트워크 분야에 적용되면서 네트워크 가상화가 빠르게 진행되고, 가상 네트워크 장비들을 유연하게 연결하여 민첩한 네트워크 서비스를 제공하는 플랫폼들이 연구되고 있다. 본 논문에서는 캐리어 급 미들박스 서비스를 제공하기 위한 필수 요소들을 살펴보고, 범용서버에서 캐리어 급 네트워크 주소 변환 서비스를 제공하기 위한 프레임워크의 설계와 구현에 대해 기술한다. 실험 결과에 의하면, 제안하는 프레임워크는 기존의 리눅스 커널에서 제공하는 주소 변환 기능보다 15.5배 빠른 성능을 보인다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently, various middle box services have been developed and applied to provide network functions to end nodes of the network. Especially, network virtualization is increasingly proceeding by applying the virtualization technologies of cloud computing field to network field, and network platforms f...

Keyword

AI 본문요약
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문제 정의

  • RFC 3234[1]에서는 22종의 미들박스 서비스들을 정의하고 각 미들박스 종류의 특징을 기술하고 있다. 본 논문에서는 초고속 네트워크에서 캐리어 급 주소변환(CGNAT: Carrier-Grade Network Address Translation)을 제공하기 위한 프레임워크에 대해 기술한다.
  • 전통적인 리눅스 서버의 네트워크 처리 성능으로는 이 요구를 만족할 수 없기 때문에 리눅스 서버의 네트워크 성능을 극대화하는 것이 필요하다. 본 논문에서는 캐리어 급 주소변환 서비스를 제공하기 위한 CGNAT 프레임워크를 설계하고, x86 기반의 범용 서버에서 실행 가능한 프로토타입을 구현한다. 이를 위해, 제안하는 CGNAT 프레임워크는 DPDK를 이용하여 패킷 전달 성능을 극대화하고, 파이프라인 구조로 구현하여 패킷 당 프로세싱 성능을 최대화한다.
  • 제안하는 CGNAT 프레임워크의 목표는 수많은 가입자의 패킷을 처리할 수 있는 높은 패킷 처리율을 제공하는 것이다. 이를 위해, 본 논문은 DPDK에 의한 패킷 전달 속도 향상과 파이프라인 구조에 의한 병렬적 처리를 통해 기존에 비해 성능을 극대화한다.
  • 예를 들어, 0번 NUMA 소켓(NUMA socket) 에 속한 프로세서가 1번 NUMA 소켓에 속한 메모리를 접근하면 데이터 전달 경로가 길어져 성능이 낮아진다. 따라서 본 논문은 프로세서 할당에 따른 성능 차이를 실험을 통해서 보임으로써, 최적의 프로세서 할당을 위한 기초 자료를 마련한다.
  • 본 논문은 파이프라인의 작업량에 따른 성능 변화를 더 자세히 알아보기 위해서, 같은 NUMA 소켓의 물리 코어만 활용하는 환경에서 각 파이프라인의 조합을 바꾸면서 동일한 물리 코어를 할당하는 실험을 진행하였다. 이 실험에서 사용한 물리 코어의 할당 정보는 표 4와 같다.
  • 본 논문에서는 캐리어급 주소변환을 위한 프레임워크를 설계하고 프로토타입 구현을 통해 성능 평가를 수행하였다. 전통적인 리눅스 커널(iptables)을 사용하는 경우에 비해 최대 15.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
네트워크 주소변환은 어떤 기능인가? 네트워크 주소변환(NAT: Network Address Translation)은 사설 IP 주소를 공용 IP 주소로 변환하는 기능이다. 네트워크 단말의 증가로 인해 부족해진 공용 IPv4 주소 공간을 효율적으로 확장하거나 네트 워크 주소공간을 분리하여 보안성을 향상시키기 위한 목적으로 사용되며, 통상적으로 가입자 사이트의 공유기 또는 Wi-Fi AP(Access Point)에서 수행되어 왔다.
미들박스의 예시에는 무엇이 있는가? 미들박스는 통신에 참여하는 양 종단 사이에 위치하여 특정 기능을 수행하는 네트워크 장치를 통칭한다. 예를 들어, 기업의 사내외 망을 연결하여 보안을 제공하는 방화벽, 클라우드의 전단에 위치하여 백엔드 노드들의 부하를 분산시키는 로드밸런서, 연결 경로상의 중간에서 파일 및 컨텐츠의 접근 속도를 향상시 키는 캐쉬/프락시, 사설망과 공용 망 사이에 위치하여 사설 IP주소를 공용 IP 주소로 변환하는 네트워크 주소 변환기 등을 포함한다. RFC 3234[1]에서는 22종의 미들박스 서비스들을 정의하고 각 미들박스 종류의 특징을 기술하고 있다.
캐리어 급 주소변환에서 높은 패킷 처리율이 요구되는 이유는 무엇인가? 일반적으로, 캐리어 급 주소변환은 수많은 가입자의 모든 패킷에 대해 수행되어야 하기 때문에 높은 패킷 처리율이 요구된다. 전통적인 리눅스 서버의 네트워크 처리 성능으로는 이 요구를 만족할 수 없기 때문에 리눅스 서버의 네트워크 성능을 극대화하는 것이 필요하다.
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참고문헌 (21)

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  21. A. Drebes, A. Pop, K. Heydemann, N. Drach, and A. Cohen, "NUMA-aware scheduling and memory allocation for data-flow task-parallel applications," in Proc. 21st ACM SIGPLAN Symp. Principles and Practice of Parallel Programming, no. 44, Barcelona, Spain, Mar. 2016. 

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