Gi LAN 가상화 – 해야 할 것과 하지 말아야 할 것

Bart Salaets현장 최고기술책임자 | F5

수년간의 논의와 개념 증명을 거쳐, 네트워크 기능 가상화(NFV)는 이제 개념 단계를 넘어 구현 단계로 나아가고 있습니다.

일부 서비스 제공업체는 NFV 인프라 플랫폼을 구축하기 시작했으며, 그중 일부는 이미 이러한 플랫폼에서 최초의 NFV 기반 사용 사례와 애플리케이션을 구현했습니다.

진화형 패킷 코어(EPC)와 Gi LAN의 가상화는 현재 업계에서 큰 주목을 받고 있는 활용 사례 중 하나입니다.

가상 Gi LAN을 구축할 때는 반드시 답해야 할 두 가지 근본적인 질문이 있습니다. 첫 번째는 통합에 관한 질문입니다. 여러 Gi LAN 기능을 하나의 가상 네트워크 기능(VNF)으로 통합할 것인지, 아니면 Gi LAN 아키텍처를 여러 개의 개별 VNF로 완전히 분리할 것인지 결정해야 합니다.

두 번째 질문은 확장성에 관한 것입니다. 단일 가상 머신만으로는 Gi LAN 워크로드를 처리하기에 충분한 용량을 제공하지 못할 수 있는데, 이 아키텍처를 어떻게 효과적으로 확장할 수 있을까요?

모바일 사업자는 네트워크의 보안을 강화하고 수익을 창출하기 위해 TCP 최적화, 비디오 최적화, 헤더 보강, 심층 패킷 검사, Gi 방화벽, 통신사업자급 NAT(CGNAT) 등 다양한 기술을 Gi LAN에 도입해 왔습니다.

과거에는 이러한 기능 중 상당수가 서로 다른 공급업체의 각기 다른 플랫폼에 구축되는 경우가 많았습니다. 최근 몇 년 동안 이동통신 사업자들은 Gi LAN 아키텍처를 통합하고 간소화해 왔습니다.

통합을 통해 이동통신 사업자는 총소유비용을 크게 절감할 수 있었습니다. 이 아키텍처를 범용 상용 하드웨어에 기반한 NFV 플랫폼으로 마이그레이션할 때, 아키텍처를 각각 단일 기능만 수행하는 개별 VNF로 분리하고 싶은 유혹이 생길 수 있습니다.

이러한 분해형 아키텍처는 서로 다른 Gi LAN 기능이 각각 매우 구체적인 일부 플로우에 적용되는 경우 분명 합리적입니다. Gi LAN 진입 지점에 위치하는 지능형 서비스 분류 엔진은 정책 및 과금 규칙 기능(PCRF)과의 연동을 통해 비즈니스 정책을 기반으로 어떤 플로우를 별도의 VNF로 배포된 특정 기능으로 전달하거나 서비스 체이닝해야 하는지 판단할 수 있습니다. 그러면 해당 VNF는 실제로 처리해야 하는 트래픽만 처리하면 되므로 모든 VNF에 트래픽을 매우 효율적으로 분산할 수 있습니다.

그러나 Gi LAN 기능을 거의 모든 트래픽에 적용해야 한다면 이러한 기능 분리는 아무런 이점이 없습니다. TCP 최적화와 Gi 방화벽을 예로 들어 보겠습니다. 거의 모든 Gi LAN 트래픽은 이 두 기능을 통해 처리되어야 하므로, 이를 단일 VNF로 통합하면 물리적 환경에 배포할 때와 유사한 효율성 향상을 얻을 수 있습니다.

실제로 여기서는 VNF를 선택하기 위한 지능형 서비스 분류기가 필요하지 않으며, 트래픽을 한 VNF에서 다음 VNF로 전달하기 위해 SDN 계층을 드나드는 헤어피닝도 필요하지 않습니다. 또한 TCP 최적화 기능에 방화벽 기능을 추가해도 CPU 오버헤드가 거의 늘어나지 않으므로, 통합의 이점은 NFV 환경에서도 여전히 유효합니다.

또 다른 과제는 단일 VNF가 처리할 수 있는 범위를 넘어서는 워크플로를 어떻게 처리하느냐는 것입니다. 일부 공급업체는 하나의 VNF를 여러 가상 머신(VM)으로 구성할 수 있도록 하는 방식을 채택했습니다. Gi LAN의 기능은 대부분 상태 저장 방식으로 작동하므로, 동일한 흐름의 수신 및 송신 트래픽을 같은 VM에서 처리해야 합니다. 따라서 수신 트래픽을 처리한 VM과 다른 VM에 송신 트래픽이 도착하면, 트래픽을 올바른 VM으로 되돌리기 위해 VM 간 통신이 필요합니다. 이는 당연히 성능 저하로 이어집니다.

F5에서는 VNF를 항상 단일 VM으로 배포하고, 아키텍처를 여러 VM으로 확장하는 작업은 외부 설계 요소로 두는 방식을 선택했습니다. 매우 간단한 방식부터 고도로 발전된 방식까지 다양한 스케일아웃 기법을 사용할 수 있습니다.

매우 단순한 스케일아웃 아키텍처는 ECMP(Equal Cost Multipath)와 같이 여러 VM에 걸쳐 IP 기반 트래픽 해싱을 수행하는 방식에 기반합니다. 그러나 이 기법에는 몇 가지 단점이 있으며 Gi LAN의 대다수 사용 사례에는 적합하지 않습니다. 트래픽 분산을 제어하는 SDN 기반 접근 방식은 이러한 ECMP의 한계 중 일부를 피할 수 있지만, 여전히 기능이 다소 제한적이며 선택한 SDN 솔루션에 크게 좌우됩니다.

기반 네트워크 및/또는 SDN과 완전히 독립적으로 모든 Gi LAN 기능을 확장할 수 있는 가장 유연하고 진보된 접근 방식은 단연 무상태 소프트웨어 기반 로드 밸런서(이 역시 VM으로 배포됨)를 사용하는 것입니다. 무상태이므로 Gi LAN 기능을 제공하는 VM 전반에 걸친 트래픽 분산의 일관성을 유지하면서 무상태 로드 밸런싱용 VM을 추가할 수 있어 사실상 거의 무제한으로 확장할 수 있습니다.

위 내용을 바탕으로 볼 때, 이동통신 사업자가 Gi LAN 아키텍처를 물리 계층에서 가상 계층으로 마이그레이션할 때 통합과 스케일아웃 측면을 모두 신중하게 고려하는 것이 매우 중요하다고 생각합니다.

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