IETF PCE WG 표준 기반 통합 전달망 경로 제어 기술동향

State of the art of IETF Path Computation Element Standards

저자
조은영, 권태현, 정태식 / 광전달망연구실
권호
31권 5호 (통권 161)
논문구분
일반 논문
페이지
99-109
발행일자
2016.10.01
DOI
10.22648/ETRI.2016.J.310511
초록
IETF Path Computation Element(PCE) 그룹에서는 데이터 전송을 위한 전달 경로를 찾는 엔진 기능을 중심으로 표준화를 진행하고 있다. 망의 상태, 위상, 자원 가용성, 정책을 기반으로 최적의 자원을 할당하는 경로 계산 기능과 구조, 프로토콜 등을 정의하는데 MPLS/GMPLS 망의 제어 평면 프로토콜 기반 전송을 위주로 출발하여 광, 회선 망에서의 적용과 서비스 표준이 실제 사례를 뒷받침하여 발전되었고 현재는 데이터 센터 네트워크, SDN, IoT 분야에서의 활용이 활발하게 논의되고 있다. 본고에서는 경로 계산 기능의 분산을 주요 목적으로 하여 이제는 범용의 전달망 관리 분야로 확대 적용되는 추세의 active stateful PCE와 Traffic Engineering Database (TED), Label Switched Path DB(LSP-DB), PCE Protocol(PCEP) 등을 포함한 관련 표준 현황을 살펴보고 향후 통합 전달망 제어 관리 진화 방향을 소개하고자 한다.
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Ⅰ. 서론

전송망의 대역폭 증가 수요는 광-회선-패킷 계층의 전달 기술로 지속 해결해 가고 있다. 이러한 전달망 기술의 진화에는 동적이고 자동화된 제어 관리가 병행하여 발전되어야 한다. 현재 망의 상태, 위상, 자원 가용성, 정책을 기반으로 최적의 자원을 할당하는 경로 계산 기능과 구조, 프로토콜 등의 표준화는 IETF Path Computation Element(PCE) Working Group에서 활발히 논의되고 있다. 기본 요소를 중심으로 보면 PCE, Traffic Engineering Database(TED), PCE Commu-nication Protocol(PCEP)로 구성되어 발전했고 (그림 1)과 같이 설명할 수 있다.

(그림 1)

RFC4655 기반 경로 계산 기본 요소

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• PCE

전달망의 종단 간 경로 계산 알고리즘 기능을 수행하는 요소로써 망 요소 CPU 자원을 포함한 물리적 제약을 극복하고 망 위상 가시성, 다양한 정책 적용 등을 위해서 전달망 시스템으로부터 독립된 외부 컴퓨팅 시스템에서 동작하는 구조가 수립되었다. 계산의 요청은 전달망 시스템 자체나 Network Management System(NMS) 등의 PCE Client(PCC)로 부터 이루어짐.

• TED

PCE의 전달망의 경로 계산을 위해 수집하여 유지하는 망 위상 및 자원 상태 정보 데이터베이스로 관리 망의 위상과 자원 정보를 주기적 혹은 요구 기반으로 수집하여 구축되는 TED는 Open Shortest Path First-Traffic Engineering(OSPF-TE) listener 혹은 polling engine 등으로 실시간 상태를 반영하게 되는데 전달망 계층별로 구성되거나 통합된 정보를 유지한다. 한편 경로 정보의 정확성과 기능성으로 TED뿐만 아니라 경로 정보를 Label Switched Path-DB(LSP-DB)에 유지하고 PCEP 링크 상태 배포 방향으로 전개됨.

• PCEP

PCE-PCC 간 경로 계산 요청과 응답을 수행하는 TCP 기반의 전담 통신 프로토콜로 전달망 경로 관리의 다양한 요구를 위해 확장 설계 및 운용되고 있다. PCC와 PCE는 PCEP에 정의된 Open, Keepalive, Close, PCReq 및 PCrep 메시지 내에 END-POINT(source, destination), BANDWIDTH, METRIC, LSPA(protection, priority 등 LSP 속성), SVEC(diversity, disjoint synchronized computation), ERO/IRO/XRO(Explicit/Include/ Exclude Route Object), Error, Notification 등의 메시지를 통해 기본 경로 계산 기능을 수행하며 전달망 기술과 서비스의 효율적인 수용을 위해 확장되고 있음.

경로 설정의 자동화 수준은 세 가지로 나뉘는데 Generalized MPLS(GMPLS) 프로토콜 라우팅/시그널링 기능을 이용한 제어 평면(Control Plane: CP) 이 주관하는 Soft-Permanent Connection(SPC) 방식과 User Network Interface(UNI)까지 자동화된 Switched Connection (SC) 방식 및 관리 평면(Management Plane: MP) 기반의 Permanent Connection(PC) 방식이 있다. 이런 환경에서의 전달망 경로 계산과 그 제어 기능은 시스템과 전달 계층의 융합에 의해 추가 요구사항의 수용으로 보완 및 확장되고 있는데 경로 설정 관리에도 적극적으로 관여하는 active stateful PCE로 발전하며 그에 따라 PCEP의 확장도 이루어지고 있다.

다계층 전달망의 통합과 계층 간 협력을 위해서는 하위 계층의 경로를 상위 계층의 링크 자원으로 인식할 수 있는 가상 망 위상 관리 Virtual Network Topology Manager(VNTM)라는 표준 기능 요소가 작동하고 망 자원 사용 효율성과 회복탄력성(Resilience) 향상을 위해서 Shared Link Risk Group(SRLG) DB도 추가 운용될 수 있다. PCE 분야의 발전 사항은 참고문헌 [1]-[5]에도 상세히 정리되어 있는데 본문에서는 이러한 구조를 기반으로 경로 계산과 제어 관리 분야에서 중점을 두고 진행되는 표준화 동향과 전망을 살펴본다.

Ⅱ. IETF PCE WG 동향

1. PCE 표준 문서 현황

IETF PCE WG에서 제정된 주요 표준을 보면 <표 1>과 같다[6]. 2006년부터 시작되어 경로 최적화 Backward-Recursive PCE-Based Computation(BRPC)용 확장, 도메인 간 위상 정보 은폐와 기밀을 위한Path-Key 사용 방법, 선택된 노드를 경로 계산에서 배제하는 기능, Objective Functions(OF) 인코딩과 Global Concurrent Optimization(GCO) 등이 발표되었다. PCE 기반 구조에 대한 모니터링 도구, P2MP 경로 계산을 위한 PCEP 확장이 이루어지고 2014년 이후 제정된 표준은 PCEP MIB, PCEP 상에 기업제약 정보를 전달하는 확장, Include Route Object(IRO) 명시를 위한 PCEP 수정을 포함하고 이 외에도 20여개 이상의 관련 표준이 제정되어 있다.

<표 1>

IETF PCE 표준 주요 목록

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2. PCE 논의 사항

최근 집중적으로 진행되고 있는 사항은 다계층 경로 계산과 PCEP 확장으로 경로 계산에는 지역/전역 재최적화와 부하 분산에 대한 계산뿐만 아니라 도메인 내부 및 도메인 간 TE LSP 계산, 운용, 예비, 복원 경로 계산 등이 고려되어 있다.

Stateful PCE에서는 PCC/PCE 경로 계산 통신에 기존 또는 새로운 LSP 추천이 가능하도록 PCEP가 확장되었다. RFC5693 Application Layer Traffic Optimization (ALTO) 응용인 파일 공유, 데이터 미러링, 미디어 스트리밍, 실시간 통신 등의 사례에 대해서 오버레이 망에서의 생성을 위한 응용 간 트래픽 최적화에 대한 관련 표준도 진행된다. PCE는 또한 망 구성 시스템의 원격 제어 요소로써도 논의되고 있다.

2016년 7월 IETF96 회의 시까지의 상황을 보면 Service-aware LSP에 대해 Huawei, Ionos Network, Cisco Systems, KDDI 연합으로 추진된 초안은 종단 간 경로 계산에 대해 지연, 지연 편차, 패킷 손실, 링크 대역폭 사용률을 제약사항으로서 전달하는 확장을 내용으로 하며 표준 요청된 상태이다. Inter-layer TE 관련 초안은 다수 계층에 거치는 종단 간 TE를 제공하여 전체망 효율을 높이고자 하는 PCEP 확장 및 Segment Routing(SR)을 위한 확장 등이 있다.

3. 자원 정보 모델링 현황

PCE 경로 계산 요소는 IETF 표준 RFC4655 의 정의에 따라 망의 그래프와 계산상의 제약을 기반으로 경로를 계산하는 기능을 가진다. 즉, 망 상의 경로를 결정하는 목적으로 TED, 위상 지도상의 동작을 한다. TED는 결국 연결 그래프(노드와 링크), 메트릭과 능력(노드와 링크 제약 사항), 라우팅 프로토콜, 자원 DB나 장비로부터 직접 조회한 정보를 보유하며 PCE는 NMS, router, switch 요소 또는 전달 서버 혹은 가상 서비스로서 제공 가능하다[4].

PCE를 독립 서비스로서 고려하는 장점은 가장 먼저 CPU 부하 경감이며 계산 기능 자체도 향상되고 섬세한 알고리즘을 제공하고자 한다. 이때 다수 경로 상의 계산 협력 과정이 이루어지고 향상된 TED 상의 동작이 이루어진다. 특히 시간성을 가진 LSP 관리, 자동대역폭 조절, Software-Defined Network(SDN)의 중앙 집중형 제어, 레이블 및 SRLG DB 관련 확장과 Yet Another Next Generation(YANG) 모델까지 경로 계산 제어를 넘어 설정까지의 기능 확장이 현장에서의 경험을 바탕으로 반영되고 있다. TED 구축에 링크 자원 정보를 PCEP Notification 메시지로 활용하는 제안은 프로토콜 의존성 제거 방법으로 제기되었다.

4. PCEP 진행 사항

PCEP는 TCP 상의 세션 기반으로 PCE의 서비스 접근을 위한 요구/응답 프로토콜로 RFC5440에 기반한 국내외 기술이 존재한다[7][8][9]. PCE 는 패킷망 뿐만아니라 광 네트워크에서의 경험을 기반으로 발전하였고 경로 절체, 망의 재 최적화 등으로 확장되고 있다. 전달망의 신뢰성은 통상 보호절체 알고리즘으로 제공되고 고신뢰성을 위해 복원(restoration) 기능까지 고려되는데 PCE는 복원 경로 계산도 관여하지만, 복원 시간이나 복원을 위한 다수의 경로 계산 요청에 의한 부하 등은 별도로 지속 해결되어야 할 사안이다.

전통적인 PCE는 망의 상태를 TED에 저장하고 사용하는데 bulk computation이나 기존의 다른 LSP를 고려한 계산을 요청하게 되는 경우 stateful PCE는 망의 자원과 LSP 현황을 인지하고 좀 더 지능적인 경로 계산을 할 수 있다. Active PCE로 동작하는 경우는 최적 경로와 망의 체증에 대해 고려된 개선된 경로를 추천하는 능력을 제공한다. 또한, PCC로부터 LSP delegation 요청을 받을 수도 있고 새 경로를 제공할 수도 있다. 즉, PCEP는 요구/응답 프로토콜로부터 더 나아가 구성/설정 프로토콜로 확장되고 있으며 active stateful PCE로써의 동작을 위해 Delegation, Report, Update, LSP initiation 메시지 등이 추가되었다.

5. PCE 적용 분야 현황

PCE의 유용한 기능을 새로운 망에 적용하려는 시도가 있는데 Source Packet Routed Networking(SFC)에서 부하분담이나 품질(delay, jitter, reliability)이 다른 경로 제공에 사용될 수 있다. Service Function Chaining WG에서도 서비스 함수와 서버의 순차 집합으로 경로 계산이 필요하여 SFC를 위한 PCEP 확장 논의가 진행되고 있다. 시간 확정형 네트워크(Deterministic wireless net-work)에서의 경로 계획에 적용, 사물인터넷(Internet of Things) 영역에서의 적용성도 논의되고 있다[10].

최근의 전달망은 SDN/NFV 중심으로 다루어지고 표준도 이 환경에서의 효율적인 상호운영을 목적으로 진행되고 있다. Orchestrator는 망에서의 트래픽 전달 방법을 알지 못하고는 연합이 불가능하므로 경로 계산 기능이 필요하게 되는데 Controller 또한 트래픽이 노드들의 집합을 통해서 어떻게 전달되는지의 결정을 기반으로 노드를 제어하게 된다. 이렇게 망 가상화를 제공함에서 SDN과 PCE 기술이 적용되는 사례가 Transport SDN 영역이다. 패킷, 회선, 광을 하나의 융합망으로 통합하고 RFC7491 Application Based Network Operations (ABNO) 구조를 기반으로 하여 자원 계산 포함 중앙집중형 기능과 southbound 제어 인터페이스가 제공되는 것이다. 결국, SDN과 PCE는 망 가상화를 가능하게 하는 기술로써 KT, KDDI, China Mobile 등에서 관심을 보이는 사례이다.

6. Multi-domain 및 최적화 관련 사항

MD/MV/MT(Multi-Domain/Vendor/Tenant) 환경에서의 운용을 위해서 고려된 사항 중 RFC5441 BRPC는 다수 도메인에서의 최적 경로 보장을 위해 도착지로부터 도메인 내의 경로를 입력으로 하여 역으로 그다음 도메인에서 경계에 있는 라우터까지의 경로를 계산하는 방식으로 최종으로는 출발 노드까지 계산되는 방식의 표준이다. RFC5557 GCO 표준 역시 자원 사용 효율성, 즉 기존 TED뿐만 아니라 경로 요청들이 이루어진 상황에서의 자원 예약 시간 및 논리 자원까지 고려된 정보를 반영하여 계산하는 기능이다.

현재 표준 논의에서는 도메인 응용 간 PCE 협력, P2MP 서비스 적용, 다중 도메인 상의 경로 선택을 위한 계층적 PCE가 전개되고 있다. 한 네트워크에 있는 노드는 다른 망을 볼 수 없으므로 RFC6805에서는 Hierarchical PCE(H-PCE)가 정의되었고 Parent PCE가 도메인 구간의 경로 선택을 위해 Child PCE와 협력하는 절차가 포함된다[4]. 계층적 stateful PCE는 PCE 간의 계층적 관계 사용을 통해 상호연결된 도메인 최적 순차, 망 정책 제공에 관하여 Huawei, Ericsson, SKT, Lancaster 대학이 공동 제안하여 추진 중이다[11].

한편 MPLS, CCAMP, TEAS, NETCONF WG 들의 진행이 함께 참조되는데 Flex Ethernet을 위한 GMPLS 프로토콜 확장, WDM과 OTN TE 위상 표현을 위한 YANG 모델 정의가 동시에 진행되고 있다. 관련 그룹 통합 회의를 통해 다계층 위상과 터널 정보, 레이블 제약, 도메인 간 위상, PCEP YANG 모델을 다루고 있으며 전달망에서의 서비스 YANG 모델은 Huawei 와 ETRI 공동으로 제안하여 추진 중이다. 2016년 6월 신규 확정 표준은 RFC7896(Update to the IRO Speci-fication in the PCEP)과 RFC7897 (Domain Subobjects for the PCEP)로 경로상의 망 요소 순서화 지정을 위한 IRO subobject 내 목록 정의와 도메인 순차 지정 시 포함/예외가 명시되었다.

Ⅲ. 전달망 경로 관리 국내외 기술동향

PCE를 중심으로 한 전달망 경로 제어 분야는 북미와 유럽의 협력 과제로 진행되고 아시아와 유럽의 상호운영성 과제로도 꾸준히 진행되어 오고 있으며 그 적용 대상도 확대 연구되고 있다.

1. 북미 및 유럽 동향

먼저 북미의 Cisco는 거의 모든 라우터와 스위치에서 공통으로 사용하고 있는 Internetwork Operating System (IOS)과 Extensible Network Controller(XNC)에서 PCE/ PCEP 기능이 포함되어 운용된다. Juniper Networks는 Contrail이라는 SDN/NFV 환경에서 지능화와 자동화 기술을 제공하고 있고 controller 간 통신에 다계층 PCE가 활용되고 있다. Red Hat은 NFV OpenStack platform을 Huawei FusionServer E9000 등을 이용하여 NFV/SDN Open Lab과 통합 시험한 사례를 포함하여 Platform as a Service 로 제공하고 2015 Tokyo Summit 등을 통해 그 성과를 발표하고 있다. ALU사도 Red Hat과 협력하여 CloudBand 과제 내에서 NFV framework을 구현하고 통신사업자와의 Eco System을 가동하였다.

유럽의 동향을 보면 2012년부터 2015년까지 진행된 IDEALIST Project가 있다. 스페인 Telefonica사 주관으로 유럽의 주요 9개국 25개 기관이 협력하여 진행하고 현재까지 ITU-T, OIF, IETF 표준화에 주요 역할을 겸하고 있다[12]. IETF PCE 관련 표준은 MPLS/GMPLS 시그널링 프로토콜 동작 환경이 주요 사항이지만 전달망에서 GMPLS 프로토콜 기반 방식의 실제 운용은 20% 정도 상황이다[13].

Ericsson은 Service Provider SDN 개념으로 Router 6000 시리즈 시스템을 네트워크 슬라이스 구조로 제시하였고 특히 전달망에서는 ML-PCE 가 동작하는 가운데 다계층 WAN Controller를 진행하고 있다. IDEALIST Project 내에서 IP-Optical Convergence 서비스를 위한 다계층 PCE가 제공되고 있다. Nokia는 통신인프라를 클라우드화한 가운데 Vodaphone과 협업으로 VoLTE (Voice over LTE) 시연을 진행한 바 있다. 스페인 CTTC Optical Networks and Systems Department에서 구축한 ADRENALINE testbed 에서의 검증 결과들이 발표되고 공유되어 있다[14][15]. Telecom Italia는 Netphony 개발과 SR, BGP-LS 등을 포함하여 스페인 Telefonica, CTTC와 함께 계층적 PCE 구조에서 멀티 도메인 환경의 Elastic Optical Network(EON) 제어 상호 운영 시연을 보인 바 있고 PCE/GMPLS/ABNO 기반 제어평면 코드가 공개되어 있다[16].

PACE 과제에서는 PCE가 유용하게 활용될 망과 응용이 다루어져서 그 주요 사항이 IETF 표준 회의에서도 진행되고 있다[17]. Wavelength/Spectrum Switched Optical Networks 분야, Multi-domain 고려 BRPC와 계층적 PCE 사항, SDN에서의 사용이 반영되고 있으며 <표 2>와 같은 공개 소프트웨어가 존재한다. 또한, OAM Handler로써의 기능, 광 네트워크 가상화에서의 역할, IoT 망에서의 기능 요소, Segment Routing, Inter-Domain 전달망에서의 동작과 이를 위한 PCEP 확장성이 제기되어 진행 중이다[18].

<표 2>

PCE 관련 공개 S/W

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2. 아시아 동향

아시아에서는 한국, 중국, 일본이 주로 활동하고 있는데 현재 시장 점유와 기술 선도에 있어 영향력이 큰 중국 Huawei는 자사 및 Metaswitch사의 PCE 제품을 이용하여 PON, 100G 이상의 OTN에 적용하고 SDN 분야에서는 NFV를 SoftCOM 개념으로 추진하고 유럽이나 북미 기업과 협업을 진행하고 있다. 통합된 ICT 관리와 유비보수를 지향하는 eSight도 자동화와 지능화 서비스에 참조할만한 제품이다. 또한, ZTE는 WSON 에서 multi-domain PCE를 적용한 관리 제품을 제공하고 있다.

일본 NTT의 NetroSphere 와 NetworkAnalytics 개념은 전달망 통합 환경에서의 제약을 극복하기 위해 장비로부터 전기 및 광 자원의 분리, 기능의 분리를 지향하고 SDN/VFV 기술을 이용하여 자원 최적화, 제어, 재난 대비 신뢰성 등이 고려되어 있으며 IP-over-WDM 다계층 경로 환경에서 OTN OTUflex로 불리는 주파수 슬롯 조절 기법 연구를 진행하였다. NetworkAna-lytics는 NetroSphere 개념의 핵심 요소로 가입자와 서비스 제공자 관점의 분석, 망 내외부의 정보 수집에 의한 분석 등을 포함한다. 복잡한 환경에서의 최적망 운영을 위해 Network Science라는 개념하에 기계 학습, 정보, 제어, 최적화, 그래프, 통계, 큐 이론 등 학문 교류 접근을 진행한다[19].

일본의 Open, Organic and Optima(O3)과제는 2013년부터 NEC, NTT, NTT Communications, Fujitsu, Hitachi 5개사가 협력하여 이미 데이터센터에 적용된 SDN을 WAN 인프라로 적용하여 망 설계, 구성, 변경 시간을 90%까지 절약할 목적으로 출발한 망 가상화 기술 연구에 대한 정부 지원 과제이다. Fujitsu사는 SDN-enabled POTN 망을 위해 OTN/WDM 기반 코어 망 자원의 동적 제어를 연구해 오고 FLASHWAVE9500 시스템과 ODENOS 사용에 의한 테스트베드 시스템을 구축했다. Virtuora 시리즈로 WAN에 대한 SDN Solution을 포함하여 차세대 ROADM 구조 제시 등 일본, 미국 등에서 활발한 연구 및 제품 출시를 하고 있다[20]. NEC의 ODENOS는 SDN, WDM, PTN 등 상이한 망의 자원을 객체 지향 모델로 통합한 Telecom WAN Orche-strator로 구축되었다[21]. NICT는 광-패킷-회선 통합 testbed를 구축하고 OPCInet 체제로 에너지 효율 기법을 포함한 전달망 서비스를 추구한다. KDDI는 Elastic Lambda Aggregation Network(EλAN)을 구축하여 Optical Distribu-tion Network(ODN) DB를 기반으로 경로 서비스를 수행한다. Keio 대학과도 협력하고 재난 대비한 가상의 OLT, ONU 등을 구성하고 VL2SW 구조 등을 이용하여 서비스 지속성을 제공한다. Mitsubishi사는 2016년 초 발표한 테라급 광 트랜시버 기반의 전달망 구축을 진행하고 있다[22].

3. 국내 동향

국내에서의 학계 연구는 SDTN에서의 stateful PCE 기반 orchestration 구현이 진행되고 있고 관련 학회를 통해 대외 기관과 활발히 교류하고 있다[21]. ETRI에서는 테라급 광-회선-패킷 통합 스위칭 시스템 (Optical Carrier Ethernet Switch: OCES) 개발 사업에서 PCE 표준이 반영된 레이어 통합 경로 제어 기능이 구현되고 Transport SDN 분야에서도 PCE와 POTN 자원 및 경로 모델이 활용 가능하다[23][24]. 이 기술은 코위버, 우리넷, 텔리필드 등 국내 산업체 공동 연구를 통해 통신사업자에 의해 활용될 예정인데 다계층 전달망에서 기능이 검증된 PCE 알고리즘 및 표준 ABNO 기반의 구조와 프로토콜 준수로 OpEx/CapEx가 효율적인 운용을 기대한다[7]. 광-회선-패킷 통합 스위치 시스템에 상세내용은 참고문헌 [25][26]과 같고 향후 지능적인 통합망 관리 환경에서 필수 기능인 PCE 중심의 계층 통합 경로 제어 사례로 (그림 2)와 같이 확장성 있는 시스템이 실현된다.

(그림 2)

RFC7491 응용기반 망 운용 PCE 구조

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모바일 백홀에서 품질보장형 전달 경로 서비스는 저가화 및 지능화에 의한 통합 시스템 기반으로 진화하고 있으며 다계층 통합망에서 가상 망은 상위 계층 네트워크에서의 효율적인 경로 제어를 위해 하나 이상의 하위 계층 네트워크에서 제공하는 하나 이상의 LSP들의 집합으로 정의된다. 이러한 가상 망 위상 정보는 상위 계층의 경로 자원으로 이용된다. PCE와 연동하여 다계층 경로 수립의 처리 절차를 보면 (그림 3)과 같이 패킷 계층의 경로를 요청한 경우 가용 자원이 없을 때 계산 실패가 인지되면 VNTM을 통해서 하위 광-회선 계층 경로 계산을 요청하게 되고 성공적으로 계산된 하위 경로는 상위 계층의 TE 링크 자원으로 등록이 되어 최종적으로는 패킷 계층 경로 수립이 가능해진다.

(그림 3)

계층 통합 경로 계산 절차 예

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가. 레이어 통합 경로 제어 현황

광-회선-패킷 통합 전달망 스위치인 OCES 망에서 경로 제어를 위해 연동한 Integrated transport path CONtrol-ler(ICON)는 중앙 집중화된 계산 엔진을 기반으로 관리 평면 S/W 와의 연동에 의해 MPLS-TP 패킷 자원과 G.709 OTN 회선 자원을 통합 TED에 구축하고 동적 TE를 이용한 다계층 전달 경로 관리 기능을 실현한다[27]-[30]. 패킷 계층의 자원 부족으로 경로를 설정할 수 없는 경우 가용한 OTU2 및 OTU4 자원을 이용하여 하위 경로를 설정하고 이를 VNTM 컴포넌트를 통해 MPLS 인터페이스로 등록하여 패킷 경로를 실시간으로 설정하게 된다. 추가된 TE 및 LSP 정보는 보고 메시지를 통해 stateful PCE로 동작하도록 반영된다.

전달망 경로뿐만 아니라 사용자의 서비스 개시가 실시간으로 이루어지도록 레이블 자원 할당, PW (Pseudowire) 회선 연동까지 완전 자동화로 설정하는 Multi-Layer One-Click Provisioning 기능이 가능한데 (그림 4)와 같이 운용자가 양종단 노드만 선택하고 QoS 사항을 입력하면 PTN tunnel, Optical Data Unit(ODU) Trail, PW, 및 Attachment Circuit(AC)까지 한 번에 설정된다[31]. 운용자가 필요시 임의의 노드에 대해 OAM & Protection, Diversity, QoS를 다양하게 선택하고 설정하는 절차도 가능하다.

(그림 4)

다계층 자동 경로 계산과 설정 화면 예

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나. PCE 알고리즘 현황

PCE 알고리즘은 표준 대상이 아니지만 원하는 정책과 제약 사항들을 적용하고 신속한 최적의 경로 산출을 위한 핵심 기능이며 통합 환경에서는 더욱 중요한 요소가 된다. 최단 경로 계산 알고리즘의 현황을 살펴보면 Dijkstra 및 Bellman-Ford 알고리즘이 기반이 되고 이로부터 top-k shortest path를 위한 Yen 알고리즘이 가장 많은 참조가 되어 왔다[32]. 계산 가속을 위한 노력은 양방향 계산이나 A* 방식처럼 목표 지향 탐색, 계층적 기법, 노드와 에지 레이블 계산 기법 등이 있고 이들의 혼합 기법 등이 시도되었다[33]. 그러나 실시간 제약성 및 최적화 경로를 위해 더 많은 조건이 고려되는 상황에서는 검색 영역이나 링크를 제한하고 또는 주어진 요구에 대한 검색을 재구성하는 경험적(heuristic) 기법이 적용되는데 성능 측면에서 개선된 주목할만한 top-k 최단 경로 기법 중 replacement paths 알고리즘은 경로 가지 및 등가 클래스 구조 도입과 Fibonacci heap 경로로 성능이 개선되었고 Holistic join Before full candidate path, Lazily determined threshold(HBL) 기법과 너비 우선 탐색 기반 Iteratively Bounding 기법이 가장 최근에 제안된 알고리즘이다[34][35]. 한편 다양한 알고리즘을 요구에 따라 선택적으로 사용하고 그래프 계산 성능을 위해 General-Purpose computing on Graphic Processing Unit(GPGPU)를 활용하는 구조도 적용된다.

다. 경로 제어 해결 과제

지금까지 살펴본 PCE 중심의 경로 제어 기술에서 더 나아가 미래인터넷을 포함해서 관심거리가 되는 자기주도망(Self-Driving Network) 개념은 자동화 수준을 높이고 원격측정 정보를 충분히 제공하며 망 운용의 많은 측면에 기계학습 기술 등의 도입을 포함한다. 마치 자율 주행 차량과 유사하게 자가 발견, 구성, 감시, 수정, 분석, 최적화, 보고를 목표로 사용자 혹은 망 상위 계층의 의도(intent-based networking)와 요구사항을 실현하며 일종의 Programming Protocol-Independent Packet Processors(P4) 프로그램을 포함한 컴파일러 위치와 역할을 하는 환경으로 진보하고 있다. 부하 분산이나 경로 최적화라는 고유 목표를 위한 PCE 표준 중심의 기능이 소프트웨어 정의 망과 망 가상화 분야에서 적용되는 가운데 발생하는 고려사항과 대규모 망에서 대용량 TED, LSP-DB 유지와 동기화, 상호 운영성을 위한 프로토콜과 그 확장, 전달망 관리의 지능화와 자동화로 달성되는 많은 기능이 S/W 중심의 사안이므로 이에 대한 가치 부여가 더욱 기대되는 상황이다.

Ⅳ. 결론

본고에서는 경로 제어 PCE 표준 분야가 전달망의 다양한 기술 요구사항 만족과 적용성을 위해 OF를 정의하거나 멀티 도메인과 계층 적용, hierarchical, stateful, active PCE로 발전되어 진행 중임을 확인하였다. 계층 통합 환경에서의 효율적인 동작을 위해서는 프로토콜 확장 및 DB의 수용이 대용량화되고 에너지 효율성과 지능화 요구에 따라 TED, LSP-DB 및 정책 정보에 함께 반영되고 있다. 광-회선-패킷 등의 통합 전달망 경로 계산을 포함하여 다양한 네트워크에서의 최적 경로 제공뿐만 아니라 적극적인 망 관리를 위한 OAM 정보들의 송수신이 이루어지도록 그 기능과 프로토콜이 지속적으로 확장된 유용한 기능 구현이 확인된다.

이처럼 PCE 분야는 다양한 망 운용 통합 환경에서 최적의 자원 사용과 경로 제공 및 더 나아가 기존의 구성, 장애, 성능, 과금, 보안 관리 기능을 위해 지속적으로 고려될 것이므로 지능화와 자동화를 추구하는 망 운용 환경에서 서비스 적시성이 높은 플랫폼과 프로토콜이 널리 사용될 것으로 기대된다. 고화질 콘텐츠 품질 보장 서비스가 수용되는 테라급 통합 전달망 시스템과 그 제어 관리 시스템은 국내에서도 선도적인 단계로 추진되고 PCE와 PCEP 기술은 향후 데이터센터 망, SDN, DetNet, IoT 등에 적용성이 높은 분야이다. 따라서 부하 분산이나 경로 최적화라는 고유 목표를 위한 PCE 표준 중심의 기능이 다양한 통합망에 적용되는 가운데 발생하는 고려 사항과 대규모 망에서 대용량 DB 유지와 동기화, 기계 학습 적용 자동 운용과 서비스 등 복잡도가 높은 사안에 대해 지속 향상 기여하는 것이 의미 있다고 판단된다.

약어 정리

ABNO

Application Based Network Operations

BRPC

Backward-Recursive PCE-Based Computation

CP

Control Plane

GCO

Global Concurrent Optimization

GMPLS

Generalized MPLS

ICON

Integrated transport path CONtroller

LSP-DB

Label Switched Path-Data Base

MLN

Multi-Layer Network

MPLS

Multi-Protocol Label Switching

MP

Management Plane

MPLS-TP

MPLS-Transport Profile

OCES

Optical Carrier Ethernet Switch

ODU

Optical Data Unit

P4

Programming Protocol-Independent Packet Processors

PC

Permanent Connection

PCC

Path Computation Client

PCE

Path Computation Element

PCEP

PCE Communication Protocol

POTN

Packet Optical Transport Network

SDN

Software Defined Network

SFC

Service Function Chaining

SPC

Soft-Permanent Connection

SR

Segment Routing

SRLG

Shared Link Risk Group

TED

Traffic Engineering Database

VNTM

Virtual Network Topology Manager

YANG

Yet Another Next Generation

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(그림 1)

RFC4655 기반 경로 계산 기본 요소

images_1/2016/v31n5/ETRI_J003_2016_v31n5_99_f001.jpg
(그림 2)

RFC7491 응용기반 망 운용 PCE 구조

images_1/2016/v31n5/ETRI_J003_2016_v31n5_99_f002.jpg
(그림 3)

계층 통합 경로 계산 절차 예

images_1/2016/v31n5/ETRI_J003_2016_v31n5_99_f003.jpg
(그림 4)

다계층 자동 경로 계산과 설정 화면 예

images_1/2016/v31n5/ETRI_J003_2016_v31n5_99_f004.jpg
<표 1>

IETF PCE 표준 주요 목록

images_1/2016/v31n5/ETRI_J003_2016_v31n5_99_t001.jpg
<표 2>

PCE 관련 공개 S/W

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