[논문]SDN 기반의 EIGRP 라우팅 프로토콜 설계 및 구현

최영준; 권태욱

doi:10.9717/kmms.2019.22.2.178

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Recently, due to the rapid growth of the internet the existing network architecture is showing limitations. In order to overcome these problems SDN has been proposed as a new paradigm. EIGRP is a modern routing protocol with many advantages but little research has been done on operation in SDN. In t...

Recently, due to the rapid growth of the internet the existing network architecture is showing limitations. In order to overcome these problems SDN has been proposed as a new paradigm. EIGRP is a modern routing protocol with many advantages but little research has been done on operation in SDN. In this paper we propose a controller-centric EIGRP based on the SDN environment. To construct the SDN network, We seperate the control function and the data transfer function and the EIGRP is operated by a separated controller. Experiments have shown that the proposed scheme can actually work and be used effectively.

Keyword

표/그림 (5)

그림 Fig. 1. The SDN architecture.
그림 Fig. 2. The comparison of Hasan's method and proposed method's operating environment. (a) Hasan's method, (b) controller-centric the EIGRP based on the SDN.
그림 Fig. 3. Configuration used in experiment. (a) simulation topology, (b) configuration of controller, (c) configuration of switch.
그림 Fig. 4. Message exchange event log. (a) EIGRP_hello_message, (b) EIGRP_update_message.
그림 Fig. 5. Message exchange event log for route confirmation.

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 SDN 기반 환경에서 제어평면과 데이터 전송평면을 분리하여 EIGRP 라우팅 프로토콜을 운용함으로써 SDN의 최적의 성능 발휘를 위한 형태를 제안한다. 이를 위해 EIGRP 라우팅을 컨트롤러에서 수행하도록 하며, 스위치는 플로우 테이블을 통해 컨트롤러의 통제에 따라서 단순히 포워딩을 방식을 설계하고, 환경적 본 논문에서는 우선 기존에 H. Hasan이 접근한 방식을 분석하여 제안하는 방식에 대한 차이점을 분석한다. H.
제안하는 방식에서는 SDN의 기본 개념을 준수하여 제어평면과 데이터 전송평면의 분리를 통해 컨트롤러에서 경로 계산 및 관리가 이루어질 수 있도록 하는 것을 목표로 하였다. 그러한 과정에서 몇몇 기능들이 개별 장비가 아닌 중앙 컨트롤러에서 통합적으로 수행됨에 따라서 중복되는 소요가 줄어들게 되어 효율성이 증가할 것으로 판단하였다.
후)실험조건이">실험 조건이 공개되어 있지 않아 실험에 어려움이 있었다. 따라서 기존에 제어평면과 데이터 전송 평면이 분리된 네트워크 환경에서 EIGRP의 운용과 관련된 연구 사례는 없기 때문에 본 논문에서는 SDN에 보다 최적화된 EIGRP를 구현하고 동작이 가능함을 나타내는 방식으로 연구를 진행하고자 하였다.
본 논문에서는 SDN에서의 최적의 성능 발휘를 위한 제어 평면 Controller 중심의 SDN 기반의 EGIRP를 제안하였다. 또한 OMNeT++ 네트워크 시뮬레이터를 통해 구현하고 실험을 통해 동작이 정상적으로 이루어짐을 확인하였다.

제안 방법

2장에서는 본 논문의 기본 이론이 되는 SDN과 EIGRP에 대해서 정의한 다음, 3장에서 제안하는 Controller 중심의 SDN 기반의 EIGRP를 설명한다. 여기에서 Hasan이 제안한 방식의 분석을 통해 문제점을 확인하고 Controller 중심의 EIGRP를 위한 컨트롤러와 스위치의 구성 환경을 서술한다. 4장에서는 제안한 SDN 기반의 EIGRP의 구현 및 실험을 통해 제안하는 방식이 운용 가능함을 확인하고 5장에서 결론을 맺는다.
또한 H. Hasan의 접근방식에서 라우터들은 개별적으로 라우팅 테이블, 토폴로지 테이블, 플로우 테이블을 가지고 경로 계산을 수행하고 그러한 정보를 공유한 것을 바탕으로 컨트롤러에게 플로우 엔트리를 제공받아 데이터 전송을 한다. 그러나 SDN의 구조에서 컨트롤러가 갖게 되는 global view는 전체 네트워크 토폴로지를 포함하기 때문에 각각의 라우터가 개별 테이블을 갖는 것은 중복되는 방식으로 비효율성을 갖게 된다.
스위치는 제공받은 flow entry를 기반으로 flow table을 만들며 컨트롤러를 통해서 통제된 대로 flow table을 따라서 패킷을 포워딩하게 된다. 이러한 테이블 구성 및 패킷의 처리를 위해 Legacy Network 환경 하 EIGRP의 헬로 메시지, 확인 메시지, 업데이트 메시지를 동일한 동작절차를 가지고 운용되도록 하였으며, SDN 환경에서의 패킷-인 메시지(새로운 데이터 패킷이 도착한 경우 스위치가 컨트롤러에게 패킷의 처리를 위한 경로정보를 요청하는 메시지)와 패킷-아웃 메시지(경로정보를 스위치에 제공하기 위해 컨트롤러가 발행하는 메시지)를 추가하여 활용하고 그에 대한 확인 응답은 EIGRP의 확인 메시지가 추가적으로 수행하도록 하였다. 컨트롤러는 공개된 상용 컨트롤러에서 EIGRP 운용이 제한되어 기본 제어기능을 갖춘 자체 컨트롤러를 구성하여 활용하였다.
후)경로 정보를">경로정보를 요청하는 메시지)와 패킷-아웃 메시지(경로정보를 스위치에 제공하기 위해 컨트롤러가 발행하는 메시지)를 추가하여 활용하고 그에 대한 확인 응답은 EIGRP의 확인 메시지가 추가적으로 수행하도록 하였다. 컨트롤러는 공개된 상용 컨트롤러에서 EIGRP 운용이 제한되어 기본 제어기능을 갖춘 자체 컨트롤러를 구성하여 활용하였다. 이를 위해 Upper bound I/F상에 토폴로지 테이블과 라우팅 테이블을 추가하고 저장된 정보를 기반으 로 EIGRP의 DUAL알고리즘을 컨트롤러가 수행하여 계산하도록 하였고 컨트롤러는 공개된 상용 컨트롤러에서 EIGRP 운용이 제한되어 기본 제어기능을 갖춘 자체 컨트롤러를 구성하여 활용하였다. 이를 위해 Upper bound I/F상에 토폴로지 테이블과 라우팅 테이블을 추가하고 저장된 정보를 기반으 로 EIGRP의 DUAL알고리즘을 컨트롤러가 수행하여 계산하도록 하였고 경로정보는 테이블에 저장되록 활용할 수 있도록 구성하였으며, Lower bound I/F에서는 스위치의 필요정보제공 및 실질적인 패킷 정보처리를 담당하도록 하였고 구성 세부 인터페이스는 Fig. 2(b)에 나와 있는 것처럼 구성하였다.
실험에는 Windows OS용 OMNeT++(Objective Modular Network Testbed in C++) 시뮬레이터가 사용되었다. OMNet++에 SDN기반의 EIGRP를 구현하면서 먼저 SDN에서 가장 대표적으로 사용되는 연결 프로토콜인 OpenFlow를 기반으로 하여 제어평면과 데이터 전송평면이 구분된 네트워크 환경을 구성하고 EIGRP는 응용으로써 컨트롤러의 통제를 받아 라우팅 프로토콜로써 활용이 되도록 하였다. EIGRP의 (b)는 실험에 사용된 컨트롤러의 인터페이스를 나타내며 SDN 컨트롤러를 자체 구성하여 사용하였다. SDN을 위한 기본 요소와 EIGRP를 운용하기 위해 토폴로지 테이블과 라우팅 테이블을 추가하였다. (c)는 스위치의 구성으로 네이버 테이블과 플로우 테이블을 가지고 있으며 라우팅 테이블은 컨트롤러로 이동하였다.
(c)는 스위치의 구성으로 네이버 테이블과 플로우 테이블을 가지고 있으며 라우팅 테이블은 컨트롤러로 이동하였다. 이러한 구성을 통해서 필요 정보 교환을 통해서 컨트롤러에서 라우팅 경로 계산이 이루어지고 스위치는 플로우 테이블을 통해서 데이터 패킷을 처리하는 SDN 기반의 EIGRP 운용을 위한 네트워크 환경을 구성하였다.

대상 데이터

실험에는 Windows OS용 OMNeT++(Objective Modular Network Testbed in C++) 시뮬레이터가 사용되었다. OMNet++에 SDN기반의 EIGRP를 구현하면서 먼저 SDN에서 가장 대표적으로 사용되는 연결 프로토콜인 OpenFlow를 기반으로 하여 3은 OMNeT++에 구현된 구성 환경이다. (a)는 실험을 위해 사용된 토폴로지이며 1대의 클라이 언트와 1대의 컨트롤러 2대의 스위치와 3대의 서버를 기반으로 하여 네트워크를 구성하였다. (b)는 실험에 사용된 컨트롤러의 인터페이스를 나타내며 SDN 컨트롤러를 자체 구성하여 사용하였다.

성능/효과

따라서 사용자는 특정 네트워크 벤더 위주의 장비를 사용하여야 하였고, 선택권은 제한되었다. 이러한 폐쇄적인 벤더 중심적인 환경적 특성으로 인해 사용자는 사용을 원하는 최소 필요기능을 지원하는 저렴한 네트워크 장비를 구매하고자 하여도, 네트워크 벤더들은 다수의 기능들을 통합시킨 고가의 장비만을 제공하기 때문에 사용자 입장에서는 불필요한 비용의 증가가 불가피하였고, 결과적으로 네트워크 시장은 다수의 사용자가 아닌 소수의 네트워크 벤더가 주도하는 기형적인 형태로 발전이 이루어지게 되었다.
후)전송 평면을">전송평면을 분리하여 EIGRP 라우팅 프로토콜을 운용함으로써 SDN의 최적의 성능 발휘를 위한 형태를 제안한다. 이를 위해 EIGRP 라우팅을 컨트롤러에서 수행하도록 하며, 스위치는 플로우 테이블을 통해 컨트롤러의 통제에 따라서 단순히 포워딩을 방식을 설계하고, 환경적 제한사항으로 인해 실제 시스템이 아닌 네트워크 시뮬레이터를 이용하여 구현하고 실험함으로써 제안하는 방법이 운용 가능함을 확인하였다.
후)접근 방식에">접근방식에 대해서는 Vasily Pashkov는 HAC(High Available Controller)[10]과 Naga Katta는 REVANA 플랫폼[11] 등 SDN 환경에서의 신뢰성 향상을 위한 연구들이 지속되고 있다. 따라서 컨트롤러와 스위치 간 채널의 단절 상황만을 우려하여 라우터와 컨트롤러가 라우팅 책임을 동시에 갖는 구조를 사용한다면 제어평면과 데이터 전송 평면의 분리를 추구하고자 하는 SDN의 기본 개념에도 부합하지 않는다는 것을 확인할 수 있었다.
후)경로계산">경로 계산 및 관리가 이루어질 수 있도록 하는 것을 목표로 하였다. 그러한 과정에서 몇몇 기능들이 개별 장비가 아닌 중앙 컨트롤러에서 통합적으로 수행됨에 따라서 중복되는 소요가 줄어들게 되어 효율성이 증가할 것으로 판단하였다. Fig.
구현된 환경에서 시뮬레이션 동작 후 이벤트 로그를 분석하여 세부적으로 각각의 기능들이 정상적 동작함을 확인하였다. Fig.
본 논문에서는 SDN에서의 최적의 성능 발휘를 위한 제어 평면 Controller 중심의 SDN 기반의 EGIRP를 제안하였다. 또한 OMNeT++ 네트워크 시뮬레이터를 통해 구현하고 실험을 통해 동작이 정상적으로 이루어짐을 확인하였다. 이를 통해 SDN환경에서 EIGRP 기반의 네트워크를 구성하는 경우에도 순수 SDN기반의 네트워크에서 또한 OMNeT++ 네트워크 시뮬레이터를 통해 구현하고 실험을 통해 동작이 정상적으로 이루어짐을 확인하였다. 이를 통해 SDN환경에서 EIGRP 기반의 네트워크를 구성하는 경우에도 순수 SDN기반의 네트워크에서 화이트박스 하드웨어들을 이용한 구성이 가능함을 확인하여 경제적 효율성을 유지할 수 있고 사용자 중심의 네트워크 환경 구성이 가능함을 알 수 있었다. 그러나 단일 토폴로지를 이용한 네트워크 환경에서만이 실험이 진행되고, 실험적 한계로 인해 SDN 환경에서의 EIGRP를 운용의 효율성에 대한 평가가 이루어지 못하였으며, 가상 시뮬레이션을 통한 실험이 수행되었기 때문에 향후 연구를 통해 다양한 토폴로지에서의 실험과 성능의 효율성에 대해서, 추가적으로 실험 결과 구현된 SDN 기반의 EIGRP환경에서 기존의 Legacy Network에서 라우터가 수행했던 라우팅 기능을 Control Plane에서 Controller가 수행하도록 하더라도 정상적으로 네트워크 기능발휘가 가능함을 확인함으로써 EIGRP가 차후 발전하는 SDN 환경에서도 충분히 활용되어질 수 있는 것을 확인하였다. 실험 환경 구성의 제한으로 간단한 단일 토폴로지 환경에서의 운용만을 실험하였는데 차후 더욱 다양한 토폴로지 환경에서의 실험이 필요할 것으로 판단된다.

후속연구

후)기능 발휘가">기능발휘가 가능함을 확인함으로써 EIGRP가 차후 발전하는 SDN 환경에서도 충분히 활용되어질 수 있는 것을 확인하였다. 실험 환경 구성의 제한으로 간단한 단일 토폴로지 환경에서의 운용만을 실험하였는데 차후 더욱 다양한 토폴로지 환경에서의 실험이 필요할 것으로 판단된다.
후)화이트 박스">화이트박스 하드웨어들을 이용한 구성이 가능함을 확인하여 경제적 효율성을 유지할 수 있고 사용자 중심의 네트워크 환경 구성이 가능함을 알 수 있었다. 그러나 단일 토폴로지를 이용한 네트워크 환경에서만이 실험이 진행되고, 실험적 한계로 인해 SDN 환경에서의 EIGRP를 운용의 효율성에 대한 평가가 이루어지 못하였으며, 가상 시뮬레이션을 통한 실험이 수행되었기 때문에 향후 연구를 통해 다양한 토폴로지에서의 실험과 성능의 효율성에 대해서, 추가적으로 가상환경이 아닌 실제 장비를 활용한 네트워크에서 SDN 기반의 EIGRP를 운용하는 연구가 필요할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	SDN의 구조는 무엇으로 구분되는가?	SDN의 구조는 기존 네트워크 체계에서 담당하는 각각의 기능을 가상화된 3개 계층으로 구분하는데 ONF에서 제시한 SDN의 기본 구조는 Fig.1과 같이 데이터 전송계층(infrastructure layer), 제어계층(controllayer), 응용계층 (applicationLayer)의 3개 계층구조로 표현이 된다. 데이터 전송계층은 하드웨어 장치들로 구성되어 실질적인 데이터의 전달 기능을 담당하게 된다.
	EIGRP는 어떤 형태를 가지는가?	EIGRP는 CISCO 장비 전용의 사설 라우팅 프로토콜[6,7,8,9]이다. 기본적으로는 거리벡터 기반의 프로토콜이지만 경로 계산 시 홉수 외에 5 가지 요소를 고려하여 하이브리드 형태이다.(1)은 EIGRP의 기본경로 계산 공식이다.
	SDN은 무엇인가?	ONF에서는 SDN을 ‘네트워크의 제어 평면(con-trol plane)과 중앙 집중화된 컨트롤러가 여러 대의 전송 장비를 통제하는 데이터 전송평면(dataplane)에 대한 물리적인 분할’로 정의[4]하고 있다. SDN의 구조는 기존 네트워크 체계에서 담당하는 각각의 기능을 가상화된 3개 계층으로 구분하는데 ONF에서 제시한 SDN의 기본 구조는 Fig.

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