ICNRG 표준화 동향분석

1. 관련 용어

ICN 에서는 관련 기술을 서술하기 위해 다음과 같은 용어를 정의한다.

2. ICN의 기본 개념

ICN에서는 다음과 같은 기본 개념을 갖는다.

1. 네이밍(Naming)

ICN 환경에서 이름은 위치와 무관하게 각 NDO를 식별하는데 이용되기 때문에 ICN은 각 NDO에 대해서 유일한 이름을 요구한다.

또한 NDO 는 기본적으로 망상에서 캐싱이 허용되기 때문에, 요청자가 수신한 데이터가 원본과 동일한 것인것 확인할 수 있는 방법을 제공해야 한다. 이것은 데이터 객체와 이름 사이에 신뢰할 수 있는 바인딩을 제공하는 것으로 구현된다.

ICN에서의 네이밍은 크게 다음과 같은 두 가지 형태를 고려하고 있다.

NDO의 컨텐츠가 미리 생성된 형태가 아닌 동적인 NDO의 경우에는 이름이 객체가 생성되기 이전에 미리 생성이 되어야 한다. 이러한 동적 NDO는 미리 생성된 이름이 망에 등록되면 가용한 상태가 된다.

NDO가 망에서 캐싱이 되고, 기간이 오래 지나게 되면 망상의 곳곳에 사본이 존재하게 된다. 따라서 함부로 이름을 변경할 수는 없다. 만약 컨텐츠의 업데이트가 필요한 경우가 생겨도 이름을 변경할 수 없으므로 업데이트가 불가능해진다. NDO를 버전화하는 방법도 있을 수 있으나, 이는 버전화가 가능한 네이밍 스킴의 개발을 필요로 한다.

2. 보안(Security)

가. NDO의 인증(Authentication)

ICN에서 기본적으로 캐싱을 허용하고 있으므로 컨텐츠의 진위여부 파악을 위한 인증이 중요하다. 악의적인 컨텐츠의 변조를 막기 위해서라도 NDO의 원출처 및 무결성을 검증할 수 있는 메커니즘은 제공되어야 한다.

정적인 NDO의 경우에는 네이밍에서 언급했던 해시기법을 통한 이름-컨텐츠 바인딩 방법을 쓸 수 있다. 동적 NDO의 경우에는 해시를 쓸 수 없으므로, 공개키 암호화를 사용할 수 있다. 이 경우에 NDO의 퍼블리셔(Publisher)의 공개키를 어떻게 요청자에게 배포할 것인가가 문제가 될 수 있다.

나. NDO와 제공자와의 바인딩

NDO와 제공자와의 바인딩 문제는 이름-컨텐츠의 인증문제와 더불어 중요한 보안이슈이다. 실제 컨텐츠의 원본 검증도 중요하지만 제공받은 컨텐츠가 실제 의도한 퍼블리셔로부터 온 것인지를 확인할 수 있어야 한다.

다. 트래픽의 집적 및 필터링

특정 NDO를 요청하는 하나의 요청 메시지는 여러 요청자들로부터 온 것일 수 있다. 이러한 요청 메시지의 집적은 트래픽을 감소시킬 수 있으나, 요청자별 필터링을 어렵게 한다.

라. 상태정보 과부하(State Overloading)

라우팅을 처리할 때 중간 라우터에서 상태를 저장하는 ICN 기술들은 내부에 상태를 유지하기 때문에 내부상태의 DoS (Denial of Service) 공격에 약하다.

마. 사본으로부터의 NDO 전달(Delivering data objects from replicas)

ICN에서는 망내 NDO의 사본이 존재할 경우, 가능한 한 사본을 적극적으로 이용하려 한다. 이러한 경우 성능의 향상은 있지만, 퍼블리셔의 입장에서 보았을 때 컨텐츠의 접근이나 배포에 대한 제어의 상실을 의미하게 된다. 이러한 제어의 상실은 결국 중요 자산인 컨텐츠의 사용통계나 접근제어가 어려워지는 문제점을 낳게 된다.

바. 암호화의 견고함(Cryptographic Robustness)

퍼블리셔는 데이터의 무결성 및 진위여부 파악을 위해 컨텐츠에 암호화 사인을 할 수 있다. 하지만 만약 대규모로 사인된 컨텐츠가 망상에 오래 살아남게 된다면, 공격자는 이러한 암호화를 무력화할 수 있는 통계정보를 얻을 수 있게 된다.

사. 라우팅 및 포워딩 정보

NDO의 이름을 기반으로 라우팅을 수행할 경우, 이름 자체가 라우팅이나 포워딩 테이블에 나타날 수 있다. NDO의 개수는 매우 많을 것이므로 이것은 바로 라우팅/포워딩 테이블의 확장성 문제를 불러올 가져올 가능성이 높다. 이러한 확장성 문제는 테이블 크기 증가를 노리는 공격에 취약할 수 밖에 없다. 또한 라우팅 시스템은 ICN 기술의 핵심이기 때문에 이러한 문제를 회피하기가 쉽지 않다.

3. 라우팅 시스템 확장성

ICN에서의 라우팅은 다음과 같은 세 개의 단계로 정의된다.

가. 이름 기반 라우팅(Route-By-Name Routing)

이름 기반 라우팅에서는 NDO의 이름을 요청 메시지를 데이터 객체로 전달하는데 직접적으로 사용한다. 따라서 적절한 집적화(Aggregation)가 이루어지지 않을 경우 라우팅 테이블의 확장성 문제를 겪을 가능성이 매우 높다. 하지만 ICN에서의 라우팅 단계 중, 이름 해석단계를 수행하지 않기 때문에 지연시간이 줄어들고 라우팅 절차가 단순화 되는 장점이 존재한다. 기본적으로 이름을 기반으로 요청이 포워딩되기 때문에 실제 컨텐츠가 요청자로 전달될 때에는 별도의 라우팅 메커니즘이 필요하다.

나. 이름 기반 검색(Lookup-By-Name Routing)

이름 기반 검색방법에서는 보통 플랫한 이름을 가정을 한다. ICN의 라우팅 전 단계를 다 수행을 하며, 이름 해석단계를 통해서 위치자를 얻게 되면, 그 위치자에 의해 라우팅 방식이 결정된다. 예를 들어 위치자로 IP 주소가 사용된다면, 요청의 전달이나 컨텐츠의 전달은 IP 라우팅에 의존하게 된다. 따라서 라우팅과 관련된 문제보다는 이름 해석 시스템의 성능이 전체망의 성능에 영향을 끼치게 된다. 이름 해석 시스템은 얼마나 신속하게 위치자를 얻어오는지와 위치가 변경되었을 때 얼마나 신속하게 위치자를 업데이트 하는지가 성능을 결정짓는 주요 요소가 된다.

4. 이동성 관리

기존 인터넷에서의 호스트 기반 이동성 관리기법은 위치자를 기반으로 하며, 이동성 앵커(Anchor) 개념에 의존한다. 커넥션의 양쪽에 연결된 노드들 사이의 세션 지속성 유지가 핵심 기능이기 때문에 관련 시그널링이 복잡하며 오버헤드가 크다. 이러한 IP망에서의 이동성 지원과 달리 ICN에서의 이동성 지원은 디자인 단계에서부터 고려되었던 요구사항이다. 하지만, 아직까지 ICN의 기본 특징(Native primitives)을 유지하면서 이동성을 지원하는 것에 대한 뚜렷한 해답은 없는 상황이다. 특히 기존에 제안되었던 ICN 연구결과물들은 오히려 이동성 앵커 개념을 사용하는 흐름을 따르고 있다. 하지만 이러한 방식은 데이터 중심 이며 위치에 독립적인 ICN에는 적합하지 않아 보이며, ICN의 특징을 잘 활용한 이동성 지원방식의 고안이 필요해 보인다.

5. 무선 네트워킹

무선 통신환경은 기본적으로 매체를 공유할 수 있는 브로드캐스팅 환경이다. (그림 2)에서 보듯이 무선 환경의 브로드캐스팅 특징을 제대로 활용하지 못하면 불필요한 반복전송을 하게 된다.

(그림 2)

무선 액세스망에서의 유니캐스트 통신

6. 전송 서비스(Transport Service)

ICN의 수신자기반 요청/응답 모델은 전송 프로토콜 디자인에 새로운 기능을 제공할 수 있다. 예를 들어 요청된 NDO가 캐시되어 곳곳에 존재한다면 요청자는 요청 메시지를 여러 번 보내어 NDO를 빠르게 받아올 수 있다. 또한 요청자가 보내는 요청 메시지의 주기를 조절하여 전체 전송속도를 조절할 수도 있다.

하지만 이러한 특징 때문에 흐름제어와 관련된 기능들이 오동작 할 가능성이 있다. 이를테면 요청자가 수신하는 NDO의 일부분이 캐시로부터 올 수 있는데 이렇게 되면 송신자와 수신자 사이의 흐름제어와 관련된 데이터의 동기가 깨질 수 있어 알고리즘이 오동작할 수 있다.

7. 망내 캐싱

임의의 NDO는 임의의 망내 노드에 캐시가 될 수 있다. 이러한 캐시는 지리적으로 가까운 곳에 위치한 컨텐츠를 이용하게 되므로 망의 성능을 높일 수 있다. 망내 캐시는 다음과 같은 두 가지 방식이 있을 수 있다.

캐시의 효율에 영향을 미칠 수 있는 또 다른 상황은 망내 임의의 위치에 존재하는 캐시의 위치를 추적하기 힘들다는 점이다. 이러한 캐시된 컨텐츠에 대한 정보를 유지하려면 또 다른 제어평면(Control plane)이 개입해야 하는데 이것은 또 다른 중대한 확장성 문제를 낳을 수 있다.

1. 시나리오 분류

9 가지의 시나리오는 다시 크게 다음의 3 가지 군으로 분류할 수 있다.

2. 기존 시나리오 적용군

이 응용군에서는 현 인터넷의 시나리오에 ICN 방식을 적용하였을 때, 기존 시나리오에 대비하여 성능, 복잡성, 비용 등과 같은 평가요소에 대한 ICN의 적절성 및 우수성을 검토하고 개선점을 제공하고자 한다.

가. 소셜네트워킹(SNS)

트위터나 페이스북과 같은 SNS(Social Networking Service) 응용은 현재 인터넷에도 널리 사용되고 있다. ICN에서는 컨텐츠 제공자와 소비자 간에 중계를 위한 특정 서버를 이용하는 end-to-end 시스템 설계 개념이 아니라, 이를 정보(즉, SNS로 통해 전송되는 트윗(tweet), 이미지 등)의 생성과 분배를 multicast delivery와 캐싱의 조합으로 제공할 수 있다고 본다. ICN으로 SNS를 구현할 경우, 중앙 서버가 필요하지 않으며, 다수의 소비자에게 정보를 전달함에 있어 in-network 캐싱을 통하므로 네트워크 효율성을 증대할 수 있다.

나. 실시간 오디오/비디오 통신

이 시나리오는 CCN 초기에 “대화형 서비스에도 ICN이 적절한가?”에 대한 물음에 대한 부분이다. 실시간 통신이란 1:1 음성통화에서 다자 간 멀티미디어 컨퍼런스까지 다양한 종류가 있으며, 까다로운 품질(QoS) 요구사항을 만족해야 되는 서비스이다. 참고문헌 [5]에서는 ICN상의 VoIP 호(call)가 RTP/UDP를 이용하는 단일 VoIP 호에 대해 실험적인 환경에서 적절한 수준이 가능함을 보였고, 관련된 오버헤드를 줄이는 작업[6]도 있었다. 하지만, ICN에서는 실시간 통신의 특성상 NDO가 동적으로 생성 및 분배되어야 하기 때문에 이의 분해 단위 정도의(granularity) 문제가 발생할 수 있음을 지적하고 있다. 또한 적정한 수준을 넘어, 복잡성 감소, 확장성, 신뢰성, 품질 보장 등에 대한 추가적인 노력이 필요함을 이슈로 제기하고 있다.

다. 이동성 제공

IP 이동성 관리는 호스트의 이동 상황에서도 통신상대와의 종단 간(end-to-end) 연결성을 유지하기 위한 기술이다. ICN에서는 NDO가 특정 인터페이스의 주소와 분리됨으로써 위치 독립성이 제공되며, 연결 지향성에 덜 의존적이기 때문에, 연결성 유지를 위한 리다이렉션(redirection) 메커니즘이 반드시 필요하지 않다. 즉, 이동성 및 다중접속(multi-access)를 구조적으로 지원한다고 볼 수 있다. 정보소비자(Consumer)는 Interest 패킷의 재발행을 통해, 정보제공자(Provider)는 이동 후에 공지(announcement)를 통해 이동성을 제공할 수 있다. 하지만, 이러한 특성의 확산적 적용을 위해서는 현재 이동성 관리 메커니즘의 수준을 뛰어넘을 수 있어야 되며, 핸드오버 지연(Handover latency), 신호처리 오버헤드(Signaling overhead) 등 기존 지표(metric)들에 대비한 성능평가를 통해 복잡성 및 제어 시그널의 감소, 무선 용량의 활용증대면에서 특징을 제공하여야 한다. 또한 이동성은 다른 시나리오 내에서 결합되어 나타나는 특성이므로, 고속 이동 시 해당 시나리오의 성능 유지를 보장해 줄 수 있어야 한다.

3. ICN 특징적인 응용 시나리오군

이 응용군은 컨텐츠 전파 및 인프라 자원 공유와 같이, ICN의 고유 특징으로 제공할 수 있는 응용 시나리오들로써, 다양한 시나리오 개발과 함께 개선점을 도출하여 향상된 메커니즘을 연구개발하여 ICN을 완성하는 것에 목적을 두고 있다.

가. 인프라 공유(Infrastructure sharing)

ICN에서는 정보 객체가 네트워킹의 핵심요소(networking primitive)이며, 이들의 저장소 및 컴퓨팅 자원은 in-network 혹은 호스트에 있다. 즉, ICN에 접속된 호스트가 정보 객체와 이를 처리하는 스토리지와 프로세싱 자원을 인프라에 제공하는 개념으로 본다. 사진 공유(Photo sharing) 서비스[7]와 같은 전형적인 ICN 서비스들은, 특정 순간에 가용한 인터페이스(WLAN, 블루투스 등)를 통해 네트워크에 접속되면 중앙 집중화된 인프라 없이도 수많은 디바이스 간의 동기화가 가능하며, 이는 인프라에 자원을 제공하기 때문이라고 설명한다. ICN은 in-network 캐싱을 통해 다양한 장점을 제공하지만, 유비쿼터스(ubiquitous) 캐싱이 좋은가에 대한 의문이 제기[8]되었으며, 이와 관련하여 최적화된 자원 사용에 대한 추가적인 연구가 필요하다. 자원의 공유라는 관점에서 ICN은 차별화된 장점을 제공하지만, 적절한 배치(deployment)를 위해서는 통신-컴퓨팅-저장소 간의 절충에 대한 연구가 필요하다. 특히 IETF CDNI(CDN Interconnect) 워킹그룹에서 논의되고 있는 ‘IP CDN 연동기술’과의 운용 및 비용측면에서의 비교도 반드시 필요할 것으로 보인다.

나. 컨텐츠 전파(Content Dissemination)

ICN은 컨텐츠 혹은 정보를 네트워킹의 중심에 두고 이를 위한 컨텐츠의 네이밍, 라우팅, 캐싱 등을 통해 보다 효율적인 컨텐츠의 배포를 제공하는 것이 그 핵심적인 특징이다. 따라서 A/V 스트리밍, 파일분배, 트래픽 수집처리(aggregation)와 같은 많은 시나리오들이 존재한다. 참고문헌 [9]에서는 정보 객체들이 계층적인 서브컴포넌트로 구성되어 있고, 객체들이 분산되어 있을 때, 동적으로 정보들을 수집처리(aggregation)할 수 있음을 설명한다. 예를 들면, 하나의 비디오 스트림은 각기 다른 소스들로부터 받은 오디오 스트림, 서브타이틀(subtitle) 집합을 정보소비자측에서 즉석으로 조합할 수 있다는 것을 보여준다. 즉, ICN의 컨텐츠 배포는 정보객체의 명명과 위치 해석(resolution)을 통해 그 객체가 어디에 있든지, 어떻게 가져오는지에 대한 고민을 해결해준다는 것이다. 하지만, 유료나 제한적인 컨텐츠에 대한 인증방법에 대한 효과적인 스킴이 필요하며, 이에 앞서 대규모 네트워크에서의 유효성을 보여줄 수 있어야 하며, 기존 CDN 대비 성능 및 비용 효율성도 같이 제고할 필요가 있다.

4. 타 영역에 적용한 응용 시나리오군

이 응용군은 기존의 인터넷 기반의 통신영역뿐만 아니라, 타 통신영역에서 고민하고 있는 기술적인 도전 영역에 ICN을 적용하고 이의 상호보완 방향을 검토함으로써 ICN 기술의 확대 적용에 초점을 두고 있다.

가. 차량통신

차량통신은 차량 간 혹은 인프라와 통신에 있어 고속 이동성, 빠르게 변하는 토폴로지, 간헐적 연결성이라는 특성을 갖고 있으며, 다양한 소스로부터 정보를 수집해야 되는 상황이 많이 발생한다. 차량이 통신을 통해 수집하려는 것은 정보(안전운전 정보, 관심지역(POI) 정보) 그 자체이며 누가 전달하는지에 대해서는 관심이 없다. 이러한 정보 획득의 측면에서 볼 때, ICN은 이러한 시공간적 의존성을 갖는 이동체 응용에 매력적인 솔루션을 제공한다. 이동하는 차량과 차량 간, 차량과 인프라간에 컨텐츠 캐싱을 활용할 수 있으며, 간헐적인 네트워크 연결상황에서도 비동기적인 데이터 교환을 지원하므로 분리된 영역 간의 링크로 동작하여 통신을 가능하게 한다. 차량통신에서 이러한 ICN의 장점을 논의한 여러 문헌들이 있으며, 대표적으로 참고문헌 [10]에서는 VANET(Vehicular Ad hoc Network)의 국부화되고 동적인 특성을 활용하여, 혼잡 도로정보를 알려주는 응용 구현의 예를 보였다.

VANET 시나리오는 확장성, 캐싱, 전송, 이동성 이슈들을 포함한 다양한 ICN의 배치(deployment)를 실험할 수 있는 영역이다. 더불어, 도전적인 시나리오의 조사, 정보소비자/제공자 양자 간 이동성, 컨텐츠 인기도, 사용자와 차량 간 소셜관계 등을 고려한 스마트 캐싱 등 다양한 응용 발굴에 대한 노력이 요구된다.

나. DTN

DTN(Delay Tolerant Networking)은 ‘store, carry and forward’ 패러다임을 가지는 통신방식으로 인터넷을 위성 간 통신으로 확장하기 위한 수단으로 고안되었지만, 노드 간 지연이 길고, 연결성 보장이 안 되는 재난지역 통신 등에 확대 적용되고 있는 기술이다. DTN는 종단 간 통신 패러다임을 따르지 않고, 네트워크내 저장(in-network storage), 이름과 위치 간의 후결합(late binding) 등 ICN이 시너지를 발휘할 수 있는 적용분야이다. 다음과 같은 DTN에 적용하는 대표적인 2 가지 시나리오를 들 수 있다.

DTN의 연결 회복성(connectivity resilience)라는 특성과 ICN의 정보 회복성(information resilience)라는 유사성으로 인해 DTN 커뮤니티에서는 Bundle Protocol Query Block[11]을 DTN bundle protocol로 제안하는 등 초기 단계에서부터 ICN 원칙(principle)에 대한 통합시도가 있어왔으며, 지속적인 ICN의 적용 노력이 진행되고 있는 분야이다.

다. 사물인터넷

사물인터넷은 인터넷의 경계를 물리적인 세계로 확장하는 기술로 센서, 액츄에이터 등의 스마트 객체를 통해 인터넷의 또다른 변화를 가져올 것으로 예상하고 있다. ICN에서는 수많은 스마트 객체들이 제공하는 정보들을 어떻게 잘 배포하고 소비할 수 있는지에 대한 관점으로 사물인터넷을 접근할 수 있다. 객체들이 가지고 있는 정보의 표현을 위해 NDN의 계층화된 네이밍을 사용한 예가 있으며, 객체들에 대한 identification을 위해 사용할 수 있는 Named Information URI scheme[RFC 6920][12] 규격도 있다. 소규모의 실험적인 예로, 참고문헌 [13]에서는 빌딩의 조명 제어 자동화시스템 구축에 NDN의 보안, 네이밍, 디바이스 검색 메커니즘을 적용하여 객체들을 구성하고 설치 및 관리하여 기존 IP 솔루션 대비 유지보수의 용이성을 보였다.

하지만, 글로벌한 관점에서 볼 때, 수많은 노드 수, 막대한 정보의 볼륨에 대해 검색하고 처리할 수 있는 확장성과 유연성, 신뢰할 수 없는 통신환경에서 기회적인 연결성을 사용할 수 있도록 하는 메커니즘, 시간가변적인 객체들의 정보에 대한 타임스탬핑(timestamping) 방법, 에너지 효율성 등 해결해야 되는 이슈들이 많이 존재한다. 사물인터넷으로의 ICN 메커니즘의 적용은 가장 동적이며, 이질적인 종류의 도전을 요구하는 분야이다. 이중에서도 디바이스와 컨텐츠의 수가 폭발적으로 예상되므로 확장성 문제의 해결은 특히 중요하다고 볼 수 있다.

라. 스마트시티(Smart City)

스마트시티는 지능형 교통 시스템, 에너지 네트워크, 헬스케어, 시민들을 위한 협업 플랫폼, 공공안전과 보안, 센서 네트워크 등 ICT 기술을 이용하여 도심지역의 발전된 공공 인프라를 구축하고자 한다. 이는 앞서 살펴본 사물인터넷이나 차량통신 기술 등의 비전을 같이 포함하고 있는 개념이다. ICN을 통한 실제적인 디지털 생태계를 구축하기에는 가야 할 길이 멀다. 홈 에너지 관리, 지역특화(geo-localized)서비스, 교통정보의 전파 등에 ICN의 기여가 예상되고 있고, 일부는 실제 테스트베드에서 구현될 것으로 예상된다. 스마트시티는 ICN 기술을 총체적으로 적용할 수 있는 시나리오이며, 극도로 큰 데이터 처리에 대한 ICN 능력 분석, 분산서비스 환경에서의 확장성 문제, 차량통신과 같은 복잡한 응용에 있어서의 ICN 적용 적합성, 복잡한 네트워킹 환경에서의 프라이버시와 보안과 관련된 약점 분석 등이 추가적으로 필요하다.