[Network] SDN 히스토리에 대한 정리 (AI 대본)

https://www.youtube.com/watch?app=desktop&v=eXsCQdshMr4

 

본 게시글은 위 영상을 토대로 AI로 번역된 내용 + 제가 이해한 내용을 추가로 작성한 정리 글입니다.
잘못된 내용이 있으면 댓글로 알려주시면 수정하겠습니다.

 

발표 서두

저는 오늘 저와 함께 일했던 세 분의 동료를 언급하면서 시작하려 합니다. 마틴 카사도는 소프트웨어 정의 네트워킹(SDN)의 창시자라고 할 수 있는 인물입니다. 닉 맥키운(Nick McKeown)은 소프트웨어 정의 네트워킹의 초기부터 참여하며 OpenFlow 개발과 표준화에 중요한 역할을 해왔습니다. 그리고 탐 컴포넌트(Tam Component)는 세계 최고의 인터넷 아키텍트 중 한 사람입니다.

그의 글을 찾아 읽어보시길 추천합니다. 이 세 명은 모두 소프트웨어 정의 네트워킹의 초기 단계부터 참여해 왔습니다.

물론 SDN에 참여한 사람들은 이외에도 많지만, 이 발표는 주로 제가 언급한 이 세 사람과의 논의를 반영한 내용으로 이루어져 있습니다.

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SDN의 핵심 개념 소개

이 발표의 초점은 SDN의 기본 개념에 대해 소개하는 것입니다. SDN은 혁신적인 기술이 아니라, 네트워크를 조직화하는 새로운 원칙이라고 할 수 있습니다.

SDN의 설계가 중요한 것이 아니라, 그것이 어떤 질문에 답하고 있는지가 핵심입니다. 소프트웨어 정의 네트워킹은 기존 네트워크의 컨트롤 플레인과 데이터 플레인을 분리함으로써 네트워크를 관리하고 운용하는 방식을 혁신합니다.

 

소프트웨어 정의 네트워킹(SDN)에 관한 작업 소개

마틴 카사도를 강조한 이유는 소프트웨어 정의 네트워킹(SDN)을 우리가 아는 방식으로 발명한 사람이기 때문입니다. 닉 맥키운은 소프트웨어 정의 네트워킹의 초기부터 관여해 왔으며, OpenFlow 개발 및 표준화 작업을 주도했습니다. 탐 컴포넌트는 인터넷 아키텍처 분야에서 세계 최고의 전문가로 꼽히며, 소프트웨어 정의 네트워킹의 초기부터 참여해 왔습니다. 그의 저서를 읽어보는 것을 추천합니다.

소프트웨어 정의 네트워킹에 참여한 사람들은 이외에도 많습니다. 하지만 이 발표는 제가 언급한 세 동료와의 논의를 바탕으로 만들어졌습니다. 이 외에도 제니퍼 렉스포드(Jennifer Rexford)를 포함한 많은 사람들이 SDN의 발전에 기여했지만, 그들 이름을 이 자리에서 언급하지 않는다고 해서 그들이 중요하지 않다는 뜻은 아닙니다.

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SDN의 본질은 혁명이 아닌 "조직화 원칙"

SDN은 패킷 속도를 높이거나 네트워크의 마법 같은 일을 수행하지 않습니다. 그것은 단순히 네트워크를 조직화하는 원칙일 뿐입니다. 따라서 큰 기대를 하지 말고 발표를 들어주시기 바랍니다.

저는 발표에서 스스로 질문을 하고, 그 질문에 답변하는 방식으로 SDN의 개념을 설명하려 합니다. SDN의 설계 자체보다 중요한 것은 SDN이 해결하려는 문제, 즉 질문의 본질입니다.

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SDN의 역사

2004년경, 제니퍼 렉스포드의 '라우트 컨트롤 플랫폼(Route Control Platform)' 프로젝트와 4D 프로젝트, 스탠포드와 버클리의 연구에서 SDN의 초기 개념이 시작되었습니다. 2008년에는 SDN의 핵심 요소인 NOX 네트워크 운영 체제와 OpenFlow 스위치 인터페이스가 정의되었습니다.

2011년, 닉 맥키운과 제가 설립한 비영리 단체인 '오픈 네트워킹 재단(ONF)'이 표준화를 위한 조직으로 출범했습니다. Google은 자사의 데이터 센터 간 연결에 SDN을 사용한다고 공개적으로 발표했습니다. 이는 SDN이 상업적으로 사용되기 시작했다는 중요한 전환점이었습니다.

SDN의 구조적 변화

SDN은 컨트롤 플레인과 데이터 플레인을 분리함으로써 네트워크 관리의 패러다임을 바꾸었습니다.

이제 네트워크 운영자는 물리적 네트워크의 복잡성을 걱정하지 않고, 단순화된 논리적 네트워크를 다룰 수 있습니다.

-> 운영자가 SW로 네트워크를 제어할 수 있게 됩니다.

출처 ATMECS

 

데이터 플레인 (Data Plane)

• 역할: 네트워크 장비(스위치, 라우터 등)가 실제로 데이터(패킷)를 전달하는 작업을 수행합니다.
• 동작 방식: 패킷이 스위치나 라우터에 들어오면, 패킷 헤더를 확인하고 미리 설정된 포워딩 테이블(Forwarding Table)에 따라 어느 포트로 보낼지 결정합니다.
• 특징:
  • 빠른 속도로 작동해야 하며, 실시간으로 패킷을 처리합니다.
  • 하드웨어 중심: ASIC(Application-Specific Integrated Circuit)이나 고성능 네트워크 칩에서 실행됩니다.
  • 예: 패킷이 A에서 B로 이동하는 경로를 결정하고 전달하는 작업.

컨트롤 플레인 (Control Plane)

• 역할: 네트워크의 동작을 설계하고 관리합니다. 즉, 데이터 플레인이 사용할 포워딩 테이블(라우팅 테이블 등)을 생성하거나 업데이트합니다.
• 동작 방식:
  • 네트워크의 전체 상태(토폴로지 등)를 바탕으로 포워딩 규칙을 계산합니다.
  • 분산된 라우팅 알고리즘(OSPF, BGP 등)을 실행하여 네트워크를 최적화합니다.
  • 네트워크 정책(예: 방화벽 규칙, ACL 등)을 정의하고 적용합니다.
• 특징:
  • 상대적으로 느린 속도에서 작동하며, 주로 소프트웨어로 구현됩니다.
  • 네트워크의 논리적 동작을 결정합니다.
  • 예: "패킷을 A에서 B로 전달할 때, 특정 경로를 사용해야 한다"는 규칙을 설정.

간단한 비유를 추가하자면 아래와 같은 시스템이라고 이해할 수 있겠습니다.

• 데이터 플레인: 물건을 배달하는 택배기사 (실제 물건을 운송).
• 컨트롤 플레인: 택배기사에게 배달 경로를 지정해주는 중앙 물류 센터 (어디로, 어떻게 배달할지 지시).

 

SDN의 접근 방식: "문제를 추상화로 나눕니다"

SDN은 컴퓨터 과학의 중요한 원칙인 "추상화를 기반으로 한 모듈화"를 네트워크에 적용합니다. 추상화를 통해 문제를 간단하게 나누고, 이를 기반으로 시스템을 설계합니다.

데이터 플레인에는 계층적 모델(OSI 모델 등)이 성공적으로 적용되었습니다. 하지만 컨트롤 플레인은 모듈화와 추상화가 부족해 복잡하고 비효율적입니다.

SDN은 이를 해결하기 위해 세 가지 주요 추상화를 제공합니다.

 

SDN의 세 가지 추상화

1. 포워딩 추상화
   • OpenFlow를 통해 네트워크 장비의 저수준 하드웨어 세부 사항을 숨기고, 간단한 인터페이스를 제공합니다.
2. 네트워크 상태 추상화
   • 전체 네트워크의 상태를 단순화하여 제공하며, 이를 통해 네트워크 제어 프로그램은 효율적으로 작동할 수 있습니다.
3. 명세 추상화
   • 네트워크 운영자가 단순화된 네트워크 맵을 기반으로 의도만 명확히 표현하도록 합니다. 복잡한 세부 구현은 SDN 플랫폼에서 처리됩니다.

 SDN의 추상화 계층 세부 설명

1. 포워딩 추상화
   • OpenFlow는 스위치와 통신하는 표준 인터페이스로, 패킷 헤더와 액션(action)을 정의합니다. 예를 들어, 특정 패킷이 들어왔을 때 어느 포트로 전달할지 또는 차단할지를 설정합니다.
   • OpenFlow의 개념은 간단하지만, 세부적으로 어떤 패킷 매칭을 허용할지와 같은 설계가 복잡합니다. 하지만 핵심은 OpenFlow가 저수준 하드웨어의 세부 사항을 추상화한다는 점입니다.
2. 네트워크 상태 추상화
   • 네트워크 운영자가 전체 네트워크의 상태를 간단히 볼 수 있도록, "주석이 달린 그래프" 형식으로 상태를 제공합니다.
   • 이 그래프는 네트워크의 연결 상태, 대역폭, 지연 시간 등을 포함하며, 운영자는 이를 기반으로 의사결정을 내립니다.
   • 네트워크 운영 체제(Network Operating System)는 이 추상화를 구현하며, 이는 표준 서버에서 실행됩니다. 이 운영 체제는 네트워크의 정보를 수집하고, 제어 프로그램의 지시에 따라 스위치에 명령을 전달합니다.
3. 명세 추상화
   • 네트워크 운영자는 물리적 네트워크가 아닌 단순화된 네트워크 맵을 다룹니다. 예를 들어, A가 B와 통신하지 못하도록 하는 규칙만 지정하면, 세부 구현은 SDN의 컴파일러가 처리합니다.
   • 이것은 고수준 언어에서 프로그램을 작성하고, 컴파일러가 저수준의 명령어로 변환하는 것과 유사합니다.

SDN의 계층적 구조

SDN은 네트워크 컨트롤 플레인에 새로운 계층을 추가합니다.

• 가상화 계층: 추상화된 네트워크 맵을 제어 프로그램에 제공합니다.
• 제어 프로그램: 운영자가 정의한 규칙(예: A는 B와 통신 금지)을 명확히 기술합니다.
• 네트워크 운영 체제: 이 규칙을 실제 네트워크 상태로 변환하고, 스위치와 통신하여 이를 실행합니다.

SDN의 목표: 복잡성을 올바르게 배치하기

SDN은 네트워크 관리의 복잡성을 없애지는 않지만, 이를 올바른 위치로 옮깁니다. 즉, 운영자는 간단한 인터페이스를 통해 네트워크를 관리하고, 복잡한 작업은 SDN 플랫폼이 처리합니다.

이 구조는 소프트웨어 컴파일러와 유사합니다. 컴파일러는 복잡하지만 한 번 구현되면 모든 사용자가 이점을 누릴 수 있습니다.

SDN의 킬링 포인트: 가상화된 네트워크 정책

SDN의 가장 중요한 응용 분야는 네트워크 가상화입니다. 기존 네트워크의 물리적 토폴로지와 독립적으로 논리적 정책을 정의하고 이를 유지할 수 있습니다.

예를 들어, 기업의 데이터센터에서 클라우드로 워크로드를 이전하더라도 동일한 네트워크 정책이 유지됩니다. 클라우드 환경에서는 논리적 네트워크 토폴로지가 물리적 구현에 관계없이 복제되므로, 기존 정책과 보안이 보장됩니다.

이는 SDN이 빠르게 채택되는 주요 이유 중 하나입니다.

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SDN의 네 가지 주요 포인트 요약

1. SDN은 컨트롤 플레인에 대한 새로운 추상화를 제공합니다.
2. SDN의 핵심은 분산 프로토콜이 아닌 함수 계산입니다.
3. SDN은 물리적 네트워크 대신 추상화된 네트워크에서 작동합니다.
4. 네트워크 가상화는 SDN의 가장 큰 응용 분야로, 관리와 배포를 혁신합니다.

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SDN의 미래: 네트워킹의 "정상화"

SDN의 궁극적인 목표는 네트워킹을 다른 컴퓨터 과학 분야처럼 "정상화"하는 것입니다. 이를 통해 하드웨어는 더 저렴해지고, 소프트웨어는 하드웨어와 독립적으로 더 자주 업데이트되며, 네트워크 설계는 더 높은 수준의 지적 기초 위에서 이루어질 것입니다.

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SDN이 네트워킹 전체에 미치는 영향

1. 컨트롤 플레인과 데이터 플레인 분리
   • 컨트롤 플레인은 독립적인 서버에서 실행되며, 데이터 플레인과 분리됩니다. 이는 네트워크 장비와 소프트웨어를 별도로 구매하고 관리할 수 있는 유연성을 제공합니다.
2. 엣지 중심 네트워킹
   • 네트워크의 복잡성은 엣지(호스트 소프트웨어)로 이동하며, 핵심 네트워크는 간단히 패킷 전달에 집중합니다. 이는 SDN의 점진적 배포를 가능하게 합니다.
3. 소프트웨어 중심 네트워킹
   • 네트워크 제어와 기능이 소프트웨어 기반으로 전환되면서, 네트워크 설계가 소프트웨어 개발 속도로 혁신됩니다.
4. 네트워크의 형식화(Formalization)
   • SDN은 추상화를 통해 네트워크의 동작을 더 명확하고 공식적으로 정의할 수 있게 합니다. 이는 네트워크 문제를 보다 쉽게 해결하고 디버깅할 수 있도록 합니다.

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SDN의 지속적인 유산

SDN은 데이터센터의 성능 향상을 넘어, 네트워크 제어와 운영에 대한 더 나은 이해를 제공할 것입니다.

이는 네트워크를 새로운 영역으로 확장하는 데 중요한 역할을 할 것입니다.