<4D F736F F D20B1E8C8BFBCBA2DBFB5B3B2B4EB2E646F63>

Size: px

Start display at page:

Download "<4D F736F F D20B1E8C8BFBCBA2DBFB5B3B2B4EB2E646F63>"

유진 왕
5 years ago
Views:

1 MPLS 망에서의 QoS 보장형서비스제공을위한 DiffServ-aware-MPLS 연결관리기능연구 김효성, 김영탁 영남대학교대학원정보통신공학과 요 약 차세대인터넷에서는 QoS(Quality of Service) 보장형서비스와차별화서비스가제공되어야하며, 이를위한기반기술로 DiffServ(Differentiated Service) 제공기술과 MPLS(Multiprotocol Label Switching) 기반의 TE(Traffic-Engineering) 기술이개발되고있다. 본논문에서는 QoS 를보장하기위한 MPLS 기반의 Traffic Engineering 기능과 MPLS LSR 을구성및제어하는방안을분석하고, 세부적인구현방안을제시한다. 제안된 DiffServ-aware-MPLS 방안에서는종단간 QoS 를보장하기위하여각사용자의트래픽을 SLA 에따라최대 8 개의 class-type 으로분류하고, 실제 Cisco Router 기반의테스트망에적용하여 DiffServ-aware-MPLS Traffic Engineering 기능을제공하며, 각서비스트래픽의 QoS 를보장해줄수있다. 또한 QoS 보장형 E-LSP(Exp-inferred Label Switched Path) 를설정, 유지및관리하기위한 NMS(Network Management System) 의기능요구사항분석및구현방안을제시하고, NMS 를통한 DiffServ-ELSP 관리절차및성능분석방안을제시한다. 1. 서론 현재의 Internet 은모든패킷을동등하게최선을다해서 (best-effort) 처리하는방식으로사용자들의서비스등급이나패킷유형및응용프로그램의종류에따른 QoS(Quality of Service) 를차별화하여지원하는기능은매우제한적으로이루어지고있다. 최근이러한문제점을해결하고실시간응용서비스 (voice/video) 에서요구되는 QoS 를만족할수없는문제점을보완하기위한 TE(Traffic Engineering) 의필요성이강조되고있으며, 트래픽엔지니어링과차별화서비스를효율적으로제공하기위한구체적방안으로 DiffServ-aware-MPLS TE 모델이개발되고있다 [1, 2]. DiffServ-aware-MPLS TE 기반의서비스제공을위해서는각 MPLS LSR(Label Switch Router) 에서의서비스유형별차별화패킷처리를위한 queuing 및 scheduling 파라메터설정과, LSP 경로에포함된 LSR 들을종합적으로운영관리할수있는네트워크관리시스템 (NMS) 이필수적이다. 본논문에서는패킷을트래픽유형별로구분하여사용자와인터넷서비스제공자 (Internet Service Provider: ISP) 간의서비스수준협약 (Service Level Agreement: SLA) 을체결하고, 설정된 SLA 에해당하는 QoS 보장형 DiffServ 를제공하기위해정책기반 (policy-based) 의 DiffServ-aware-MPLS TE Network 을구성하는기법에대하여분석하고, 이를효율적으로지원하기위한 DiffServ-aware-MPLS NMS 의설계및구현방안을제안한다 [3,4]. 본논문에서제안하는 DiffServ-aware-MPLS NMS 는고속의데이터전달및차별화서비스제공, TE 기능을제공하기위한 DiffServ-aware-MPLS network 의구성관리및 LSP, TE-LSP 생성과관리유지를위한망관리기능을제공한다. 본논문구성은다음과같다. 2 절에서는 DiffServ-aware-MPLS NMS 에대한관련연구를기술하고 3 절에서는 DiffServ-aware-MPLS TE 구성에대한방안들을제시한다. 4 절에서는본논문에서제안된방안에대한성능측정및분석에대한사항들을기술한다. 5 절에서는 DiffServ-ELSP 설정및관리를위한 NMS 기능모듈설계와구현에관한세부적인사항을설명하고내용들을정의하고 6 절에서전체논문에대한결론을맺는다. 2. 관련연구 IETF 는차별화서비스를제공하기위한 DiffServaware-MPLS traffic engineering 의표준화를추진하고있다 [5, 6, 7]. 최근차별화서비스를제공하기위한 NMS 들이발표되고상용으로출시되고있지만 DiffServ-aware-MPLS traffic engineering 기능의일부분만지원하고있는상황이다 [8, 9, 10]. DiffServaware-MPLS traffic engineering 기능을지원하는사용 NMS 및관련프로젝트는다음과같다. RATES(Routing and Traffic Engineering Server) 는 Traffic Engineering 을제공하기위한 NMS 로 MPLS

2 망에서혼잡이발생하거나 LSP(Label switched path) 를생성할때최적의경로계산하여망자원을효율적으로사용할수있게한다. 내부구성은 traffic engineering 을위한 policy 기능, 망상태정보를획득하기위한 OSPF database module, policy 에대한입력과요청된자원을처리하기위한 Common Open Policy Server(COPS), 그리고대역보장형 LSP 를생성하기위한 module 로구성된다. RATES 는 traffic engineering 을지원하는 NMS 로차별화서비스를제공하기위한알고리즘이나내부구현기능이없는단점이있다 [8]. EURESCOM 의 DISCMAN 프로젝트는사용자에게차별화서비스를제공하기위해상용라우터를사용하여 DiffServ 기능블록이나 DiffServ 설정파라메타값에대한분석을진행하고있다. 이프로젝트는라우터에설정가능한 Queuing 과 scheduling 설정 parameter 분석을위해 MPLS 기반의 DiffServ 제공 network 을구성하고, DiffServ parameter 설정에따른현상분석및사용자에게최적의서비스제공방안에대해서연구하고있다. 하지만아직기능블록이완전히제공되지않고있고, DiffServ-aware-MPLS network 을관리하기위한 NMS 에관련된정의나설계및구현에관한내용은언급되지않고있다 [9]. Cisco MPLS Tunnel Builder Pro 는시스코라우터의 traffic engineering 기능을제공하기위한시스템으로 LSP 생성과삭제, 변경등을 Web interface 를통해서제어할수있도록구성되어있다. 차별화서비스를제공하기위한 DiffServ parameter 설정기능을제공하고혼잡발생이나장애발생시트래픽을분산시키거나우회경로설정을위한원격처리를기능을지원한다. Cisco Tunnel builder pro 는시스코라우터에 SNMP(Simple Network Management Protocol) 을사용하여각기능설정을제공하며, 관리자를위한 web interface 를 java GUI 를사용하여제공한다. 이는 LSP 에대한경로변경및사용자에대한차별화서비스를제공할수있지만관리자가각 LSP 에대해트래픽파라메터를수작업으로처리해야하고 network 상황에적합한차별화서비스를제공하지못하는단점이있다. 또한각 Network 구성모듈을관리객체로만들어서관리하지못하기때문에 web interface 를통한동작에대해전체적인 network 정보분석이나관리대상만을접근할수있는기능이없다 [10]. 본논문에서제시하는 DiffServ-aware-MPLS NMS 는이러한단점들을보완하기위해서 DiffServaware-MPLS 망에서 DiffServ 설정파라메터에의한현상을분석하여차별화서비스제공을위한구성모듈을정의하며, traffic engineering 기능을자동화하여네트웍상황에적합한경로설정을가능하게한다. 또한네트웍에대한자원상태및 LSP 정보에대한 monitoring 기능모듈및성능분석을위한모듈을제공한다. 3. DiffServ-aware-MPLS TE 구성 3.1 차별화서비스및 SLA 서비스유형정의 차별화서비스를제공하기위한 DiffServ-aware- MPLS 서비스구조에서는사용자 IP 주소영역, 포트영역, 프로토콜유형에따라차별화된서비스를제공한다. QoS 보장형차별화서비스란각사용자가요청하는 bandwidth 나 delay, jitter, reliability 등을종단간에서비스의우선순위에따라차별화하여보장하는방법으로기존의 best-effort 방식이아닌차별화서비스를제공하는방식이다. 차별화서비스를제공하기위하여 DiffServ-aware- MPLS ingress router 는각사용자구내망으로부터의패킷을 SLA 에서지정한트래픽유형에따라서구분한후 MPLS 레이블및 Exp 필드로표시하여 core router 로전송하게되고, 이들패킷을받은 core router 는 DiffServ class-type 에따라패킷을처리하여 DiffServ-aware-MPLS egress router 로전송한다. DiffServ-aware-MPLS egress router 는해당하는목적지 host 에게전송하게된다. SLA 는사용자와서비스공급자간의트래픽유형별 class-type 정의및각 class-type 별연결설정파라메터와 QoS 에관한사전계약이다. 즉, SLA 를통해서일반적으로사용자가받고자하는서비스의종류 (service class) 와관련파라메터들을정의할수있다. QoS 에관한서비스정보는 IP 주소 (Source IP address, Destination IP address), 포트번호, DSCP 등에따라서패킷의 class-type 을구분하며, 이에따라전송률등을달리하여차별화된서비스를제공하게된다. 그러므로망관리자혹은정책관리자는각사용자에게 SLA 에따라서적절한서비스를제공해주게된다. SLA 에서각 classtype 별로설정하는정보에관한내용은표 1 과같다. 표 1. SLA 에서 class-type 별설정내용 Source IP address/port Destination IP address/port CIR(Committed Information Rate) Bc(Committed burst size) Be(Excess burst size) 송신자의주소및포트수신자의주소및포트보장대역폭허용하는 burst size Drop 발생이시작하는 burst size 각사용자의트래픽은 8 개의 class-type 으로분류한다. 각 class-type 에대한상대적우선순위설정, CIR(committed information rate) 및 Committed burst 등을 SLA 에서설정한다. Cisco Router 기반의 MPLS 망에서차별화서비스를제공하는방안은 (i)e-lsp 기반으로 CIR 의대역폭을보장하는방법, (ii)mpls Router 의 Port 별로 Policy-map 을설정하는방안, 그리고 (iii)bandwidth borrowing 을지원하는 E-LSP 기반의 DiffServ 설정방안이있다.

3.2 E-LSP 별 policy-map 설정에의한 DiffServ 제공방안 E-LSP 기반 DiffServ 를제공하기위한방안은 MPLS LSR 의각 port 에대하여 SLA 에적합한 policy 를적용하는것이아니라, SLA 에대하여 ingress LER 과 egress LER 간에 DiffServ-aware-MPLS E-LSP 를설정하고,

3 3.2 E-LSP 별 policy-map 설정에의한 DiffServ 제공방안 E-LSP 기반 DiffServ 를제공하기위한방안은 MPLS LSR 의각 port 에대하여 SLA 에적합한 policy 를적용하는것이아니라, SLA 에대하여 ingress LER 과 egress LER 간에 DiffServ-aware-MPLS E-LSP 를설정하고, DiffServ-aware-ELSP 가시작되는 ingress LSR 에서 TE-LSP 생성및 policy 를적용하는방법이다. E-LSP 기반 DiffServ 를제공하는 MPLS Network 은그림 1 과같이구성할수있다 [11]. E-LSP 기반 DiffServ 제공방안은 MPLS network 상에차별화서비스를지원할수있는 DiffServ-aware-MPLS ELSP 를각 site 간에개별적으로설정하여차별화서비스를제공한다. 즉연결형 MPLS TE 기능을기반으로하며, 차별화서비스제공은주로 ingress PE LSR 에의하여차별화된 queuing 및 scheduling 기능이제공됨으로써이루어진다. 지정된트래픽전송속도를초과한경우, 즉도착된패킷크기 B 가 Bc B<Be 이거나 Be B 일때패킷에대한처리방법을표 3 과같은 action 으로지정한다. 표 2. E-LSP 별 DiffServ Class-map 정의 Class-map Class-type Action Drop Set-prectrasmit Set-dscptransmit Set-qostransmit transmit Match Source IP addr/port, Destination IP addr /port, protocol 표 3. Policy-map 의 action 정의 Content Drops the packet Sets the IP precedence and sends the packet Sets the Differentiated Services Code Point(DSCP) value and transmit the packet Sets the QoS group and sends the packet Sends the packet 3.3 Port 별 Policy-map 설정에의한 DiffServ 제공방안 그림 1. DiffServ-aware-MPLS network configuration DiffServ-aware-MPLS TE Network 으로들어오는 traffic 들은각 customer site 의 CE 라우터를통해서 service provider network 의 PE 라우터로전달되게된다. 이때각각의 customer network 과 host 를구분하여 SLA 에서지정한각패킷의 class-type 을구분해주기위해서표 2 와같은 class-map 을사용하며, 사용자트래픽의 class-type 을구분하게된다. 또한각 class 별차별화서비스를제공하기위하여 CIR, Bc, Be 값을설정하고 class 에대한 policy-map 을정의하여 customer site 와연결된 WAN interface 에적용시킬수있다. 다수의서비스유형 (DiffServ Class-type) 을포함하는 customer site 간의연결을설정하기위해서는 DiffServ Class-type 별 CIR 의총합계에해당하는대역폭을가지는하나의 TE-LSP 를설정한다 [12]. 하나의 E-LSP 에포함된각 Class-type 별대역폭 (CIR) 보장은 ingress LER 에서 Policymap 의각 Class-map 별로 CIR, Bc, Be 를지정하며, Port 별 Policy-map 설정에의한 DiffServ 제공 방안은 provider network내의모든 MPLS LSR port에 대하여 Policy를적용하여 DiffServ를제공한다. Port 별 PHB(Per-Hop Behavior) policy-map에의한차별화 서비스제공방법에서특정 port의전체대역폭을 각 class-type 별로할당할수있다. 먼저특정 classtype에 대하여대역폭을 priority bandwidth_allocation 방식에따라설정할수있으며, 이경우해당 대역폭은 TE-LSP와같은방법으로관리된다. 특정 port에서 priority로 설정된 대역폭을 제외한 나머지 대역폭을 다수의 class-type들이 공유하는방법으로는 WFQ scheduling과함께 RED 또는 WRED 방식의 queuing 기능을사용할수있다. RED는 port에대해 minimum threshold, maximum threshold, exponential_weight_factor 및 mark_probability_denominator를 지정할 수 있으며, WRED에서는 각각의 class-type별로 minimum threshold, maximum threshold 및 mark_probability_denominator를지정할수있고 port 별 Policy-map 에서의 WRED group에 대한 exponential_ weight_factor를 지정하여 상대적인 대역폭사용을조절할수있다. WRED MPLS LSR의 port 에적용할수있는 Policy는표 4와같이 구성할 수 있으며 DiffServ를 제공하기 위한 Queuing방법인 RED/WRED와 Scheduling방법인 WFQ 및 해당 bandwidth를 보장하는 priority bandwidth 방안을 포함할 수 있다. MPLS Network에서 Port 별 Policy-map 설정에 의한 DiffServ 제공에대한구성은그림 2와같이구성할 수있다.

표 4. Port 별 Policy-map 정의 Policy Policy-map name Class Class-map name Scheduling WFQ Bandwidth kbps or percent % Queuing RED/ Random-detect exponential-weight WRED factor(ewf) Random-detect min-th,

Port 내의 flow 별 DiffServ 적용방안 그림 2에서 LSP들은 TE-LSP 또는 default LSP로설정되며, ingress LER에서 traffic을각 class-type 별로구별하고, class-type에해당하는 PHB 패킷처리기능을제공하게된다.

4 표 4. Port 별 Policy-map 정의 Policy Policy-map name Class Class-map name Scheduling WFQ Bandwidth kbps or percent % Queuing RED/ Random-detect exponential-weight WRED factor(ewf) Random-detect min-th, max-th, mark-prob Priority(Strict) Bandwidth_for_class_type 그림 2. Port 내의 flow 별 DiffServ 적용방안 그림 2에서 LSP들은 TE-LSP 또는 default LSP로설정되며, ingress LER에서 traffic을각 class-type 별로구별하고, class-type에해당하는 PHB 패킷처리기능을제공하게된다. TE-LSP에서의 queuing 은 priority를설정하여서비스를제공함으로써보장된 bandwidth를가지게할수있다. Default LSP에서는각각의 class-type에대하여 WRED queuing 기법으로트래픽을제어하며, queue의 minimum threshold, maximum threshold 값및 mark-probability denominator를적용하여각 queue에대한차별화서비스를제공할수있다. WRED 설정 parameter 값은다음과같이결정된다 [13]. Output link 의 bandwidth/mtu size를 B라하면, RED에적용하는 exponential_weight_factor(ewf) 와 WRED에적용한 WRED_EWF는다음과같이계산된다. RED _ EWF = 10 B (1) 확률이며, 보통 1/10 로설정된다. Drop probability 는 mark-probability denominator 를 α 라할때 (3) 의공식에따라계산할수있다. Drop _ probability = Average _ queue _ length Minimum _ threshold α (3) Maximum _ threshold Minimum _ threshold 3.4 E-LSP 기반의 DiffServ 에서의 bandwidth preemption 지원방안 Bandwidth preemption 을지원하는 E-LSP 기반의 DiffServ 설정방안은 E-LSP 기반 DiffServ 제공방안과 Port 별 Policy-map 설정에의한 DiffServ 제공방안을통합하여사용함으로써 high priority traffic 이 low priority traffic 의 bandwidth 를선점하여사용하게하는방안이다. E-LSP 기반의 DiffServ 제공방안과는달리 PE router 에서 DiffServ parameter 를설정하는것이아니라, 그림 3 과같이 customer network 의 CE router 에 DiffServ parameter 를설정한다. 적용방법은 CE router 의 inbound port 로각 host 의 traffic 이전송되면해당하는 SLA 정보에따라서 precedence 값을 marking 한다. 이때 high priority traffic 이지정한 bandwidth 보다더많이전송되게되면초과한 traffic 에대해서 low priority traffic 의 precedence 값으로 marking 하여전송함으로써 bandwidth preemption 기능을제공하게된다. CE router 의 outbound port 에서는 marking 된 precedence 값에따라 class-type 에관한 scheduling(wfq) 방법을사용하여데이터를처리하게된다. 이렇게차별화서비스를제공받은 traffic 이 PE router 로전달되면, PE router 에서는 TE- LSP 를생성하여 destination PE router 로 traffic 을전달함으로써지정된 bandwidth 에대한 QoS 를보장하게된다. WRED _ EWF = log2 1 EWF (2) LSP 내의각 class-type 별로 EWF 와 WRED_EWF 를구할수있고, 이값을 RED/WRED queuing 에대한설정파라메터로사용한다. 패킷폐기확률 (packet drop probability) 은해당 flow 의 policy-map 에서지정하는 maximum threshold(max-th), minimum threshold (min-th) 및 mark-probability denominator 에의해결정된다. Mark-probability denominator 는해당 WRED queue 의 average queue size 가 max-th 일경우의패킷탈락 그림 3. bandwidth preemption 지원방안

4. 성능측정및분석 4.1 Explicit Routing 및 E-LSP 기반의 DiffServ 제공을위한 Cisco router configuration 각 service class 별로차별화된서비스가제공되는지측정하기위하여 Cisco Router 는 < 표 5> 의구성정보에따라설정되며, LSP 에대한구체적인구성정보는 < 표 6> 와같이설정된다.

즉, TE-LSP 가지나가는경로상의각 LSR 에대한 port 에 sub-pool bandwidth 를지정함으로써 TE-LSP 생성시사용가능한 bandwidth reservation 을지정할수있다. Bandwidth reservation 은 RSVP(Resource reservation protocol) 를통하여이루어진다.

5 4. 성능측정및분석 4.1 Explicit Routing 및 E-LSP 기반의 DiffServ 제공을위한 Cisco router configuration 각 service class 별로차별화된서비스가제공되는지측정하기위하여 Cisco Router 는 < 표 5> 의구성정보에따라설정되며, LSP 에대한구체적인구성정보는 < 표 6> 와같이설정된다. < 표 5> 의 LSP bandwidth information 과같이 TE-LSP 를설정하기위해서는 TE-LSP 가생성되어있는물리적인 interface 에대해서도 bandwidth 에대한설정변경이필요하다. 즉, TE-LSP 가지나가는경로상의각 LSR 에대한 port 에 sub-pool bandwidth 를지정함으로써 TE-LSP 생성시사용가능한 bandwidth reservation 을지정할수있다. Bandwidth reservation 은 RSVP(Resource reservation protocol) 를통하여이루어진다. TE-LSP 를생성하기위한부분으로 bandwidth 를지정할때 sub-pool bandwidth 를지정함으로써지정된 bandwidth 만큼보장을받을수있게된다. 표 6 에서는 LSP 에대한 type 과 bandwidth 종류를설명하고있으며표 5 에서지정한 physical bandwidth 와 sub-pool bandwidth 에대한 TE-LSP 에대한정보를확인할수있다 [14]. DiffServ 를적용하기위해서본논문에서는 Cisco IOS 12.0(24)S version 을사용하여구현하였다. POS interface TE-LSP1 표 5. LSP 대역폭설정 LSP Bandwidth 적용내용 #ip rsvp bandwidth interface_bandwidth single_flow_bandwidth sub-pool TE_LSP bandwidth #Tunnel mpls traffic-eng bandwidth subpool sub-pool_bandwidth 표 6. LSP configuration Physical Sub-pool Service type bandwidth bandwidth TE-LSP kbps 1600kbps EF,AF4,AF2 BF No No BF 그림 4. E-LSP 기반의 Diffserv 시험망구성도 그림 5 와그림 6 의데이터전송률과손실률을비교했을때각 class-type 에대해지정한 CIR bandwidth 는보장함을확인할수있고, BF 와같은트래픽의경우는최소한의 bandwidth 만을전송할수있음을확인할수있다. BF 트래픽의경우 network 상황에따라서 received data rate 과 drop rate 이달라지게된다. 이렇게 TE-LSP 를사용하여특정한트래픽에서요구되는 bandwidth 를보장할수있으므로 voice traffic 과같은 QoS 보장성서비스를제공하거나, 각사용자의트래픽에대한대역폭을보장하기위한방안으로사용할수있다. 표 7. SLA 구성정보 Classtype Connect CIR BC BE Port (kbps) (kbyte) (kbyte) EF A-C AF4 A-C AF2 B-C BF B-C 표 8. class-type 별패킷생성및수신측전송속도 Class-type 송신측패킷전송속도 수신측수신데이터전송 EF 700 kbps 700 kbps AF4 700 kbps 500 kbps AF2 700 kbps 300 kbps BF 700 kbps 100 kbps 각 host 별로구분된서비스를가지고패킷을전송할때, 각 service class 별 E-LSP 의성능측정을하기위하여그림 4 와같은시험망을구성하였고, 각 Class 에대한구성정보는표 7 과같이 SLA 를지정하였다. 표 8 에서의전송속도로실제트래픽을보냈을때측정된전송결과는그림 5 와그림 6 에서보는것과같다. 그림 5. Received data rate

1 400 390 AF2 4000 8 17 1 400 300 AF1 5000 4 17 1 400 200 Cisco Router 환경에서의 explicit routing 과 DiffServ-aware-MPLS E-LSP 기반의차별화서비스제공에서는각 class-type 별 CIR 을엄격하게보장할수는있으나, 하나의 E-LSP 에속한 class-type

또한각 LSP 에대한정보는표 9 와같이구성하였으며 MPLS LSR 의 Port 에대하여 policymap 을적용한구성은표 10 과같이구성하였다.

6 표 10. 각 class-type 별 WRED 구성 그림 6. LSP packet drop rate Class -type Port number Min thresh WRED Max thresh Markprob Generat ed packet rate (Kbps) Receiv ed rate (Kbps) EF 1500 NO setting AF AF AF AF Cisco Router 환경에서의 explicit routing 과 DiffServ-aware-MPLS E-LSP 기반의차별화서비스제공에서는각 class-type 별 CIR 을엄격하게보장할수는있으나, 하나의 E-LSP 에속한 class-type 간에융통성있는 bandwidth borrowing 기능은제공할수없는단점이있다. 4.2 Auto-routing 및 Router port 별 policy-map 설정에의한 DiffServ 제공 Port 에각 class-type 별로 PHB policy-map 설정하여 DiffServ 를적용하기위한구성은그림 7 과같다. 또한각 LSP 에대한정보는표 9 와같이구성하였으며 MPLS LSR 의 Port 에대하여 policymap 을적용한구성은표 10 과같이구성하였다. 또한 WRED 구성정보의 EWF 값은시험망의 Cisco router interface 가 serial link 로구성되어있고해당 bandwidth 는 2Mbps, MTU 는 1500byte 이므로수식 (1) 에의하여 EWF 가 0.06 이되고이값을 Cisco router 에적용하기위해수식 (2) 를사용하여계산된 WRED_EWF 결과값 4 를적용하였다. 그림 8. LSP 별수신데이터속도 그림 9. class-type 별수신데이터속도 그림 7. Port 별 PHB Policy-map 설정에의한 DiffServ 시험망구성도 표 9. Port 별 PHB policy-map 에서의 class-type 별 parameter 설정 Connection Host A- Host C Host B- Host D Class -type EF AF LSP type Default LSP Default LSP bandwidth Bandwidth type 600 kbps Priority (strict) Auto-BW Global-pool 그림 10. class-type 별 drop rate 그림 8, 그림 9, 그림 10 에나타난각 class-type 별 received data rate 및 drop rate 을비교하면, EF class 인경우 LSP1 의 priority bandwidth 를통한 guaranteed service 를제공받게되어네트워크에대한과부하

7 상태가발생하더라도 received data rate 이전송한 600kbps를보장하게된다. 그리고 LSP2의경우각각의 class-type별로구별되어서비스되어지는데 WRED 에대한 min threshold 값에따라 received rate 이 AF4 > AF3 > AF2 > AF1으로 WRED drop rate 이 AF4 < AF3 < AF2 < AF1으로나타나게되며이는각 class 가필요로하는 bandwidth 에맞는 min threshold 값을지정함으로써 class 별 bandwidth를제공할수있다. Minimum threshold값과 received packet rate의관계식은 average queue length에따라식 (2) 의 drop rate으로결정되며, average queue length를정확하게조절할수없기때문에각 class-type별로보장되는대역폭을정확한값으로유지시킬수없다. DiffServ 제공을위한 queuing 및 scheduling 기능으로 WRED 및 WFQ 기법을사용할수있는데, 이는라우터의제공기능에따라제한적일수있다. 라우터 port별로 PHB policy-map을설정하여 DiffServ를제공하는방안에서는각 site간의패킷전송경로들이 auto routing에의하여결정되므로, 특정 link구간에얼마만큼의 LSP가설정되며, 이들의총 CIR값이얼마가되는가를사전에확인할수가없다. 따라서각 site간에요청되는패킷흐름을위한 CIR값을정확하게보장할수없는문제점이있게된다. 4.3 Bandwidth preemption 을지원하는 E-LSP 기반의 DiffServ 설정방안분석 bandwidth preemption 기능을지원하는 E-LSP 기반의 DiffServ 적용하기위한 network 구성은그림 3 의 network 구성도와같다. 각 host 에대한차별화서비스제공방안은표 11 과같이설정하였으며, 각 class-type 별 precedence setting 정보는표 12 와같이설정하였다. CE router 의 outbound port 에적용할 scheduling(wfq) 에대한구성은표 13 과같다. 표 14 의전송속도로각 host 들의 traffic 을전송하였을때측정된결과는그림 11 과그림 12 에서보는것과같다. 표 11. SLA 구성정보 Classtype Connect CIR(kbps) BC(byte) BE(byte) Port NCT A-C EF A-C AF4 B-C BF B-C No setting 5000 < 표 12> class-type 별 precedence setting 정보 Class CIR(kbps) Conform action Excess action -type NCT 500 set-precedence 5 set-precedence 4 EF 600 set-precedence 4 set-precedence 3 AF4 400 set-precedence 3 drop BF No setting 표 13. class-type 별 WFQ scheduling 구성정보 Class-type Precedence WFQ(Bandwidth) NCT match precedence kbps EF match precedence kbps AF4 match precedence kbps BF No setting 표 14. class-type 별시험시간구간별전송속도 Class period 1 period 2 period 3 period 4 period 5 period 6 -type (kbps) (kbps) (kbps) (kbps) (kbps) (kbps) NCT EF AF BE kbps drop ratio Received Data Rate time 그림 11. Received Data Rate Drop Ratio NCT EF AF4 BF time 그림 12. Drop Ratio NCT EF AF4 BF 표 14 의전송속도로 traffic 을전송하였을때수신측에서측정한결과가그림 11 과그림 12 에나타나있다. 그림 11 의 received data rate 을보면구간 1 에서각 class-type 별트래픽발생률의총합을 1,900kbps 로전송하였을때, CE router 의 output link 의 total bandwidth 1.9Mbps 를초과하지않으므로해당전송률을보장하고그림 12 의 packet drop rate 에도

데이터손실이없음을확인할수있다. 트래픽 전송량이 해당 output link의 total bandwidth를 초과하게되는 period 2~6의경우가장우선순위가 높은 NCT 트래픽은 전송량이 보장되는 것을 확인할수있고, 나머지트래픽의경우남아있는 대역폭을우선순위별로나누어서사용하는것을 확인할수있다.

8 데이터손실이없음을확인할수있다. 트래픽 전송량이 해당 output link의 total bandwidth를 초과하게되는 period 2~6의경우가장우선순위가 높은 NCT 트래픽은 전송량이 보장되는 것을 확인할수있고, 나머지트래픽의경우남아있는 대역폭을우선순위별로나누어서사용하는것을 확인할수있다. 측정된결과로각 class 별 우선순위에 따른 대역폭 보장에 관한 내용을 분석하면, 다음과 같은 수식으로 표현할 수 있다 [15]. Te ( n) Drop Strict = ( B ( n + 1) W ( n + 1) T ( n + 1)) T ( n + 1) Drop WFQ Tc ( n) = ( B( n) W ( n) T ( n)) T ( n) Te ( n) + ( B( n + 1) W ( n + 1) T ( n + 1)) T ( n + 1) Drop BF = T ( n) B( n) B(n) : available bandwidth (link bandwidth used bandwidth at upper layer) W(n) : weight T(n) : total traffic that marked n class-type Tc(n) : conformed traffic Te(n) : exceed traffic 위의수식을이용하여각사용자에대한 bandwidth type 과보장하고자하는 bandwidth 를지정할수있다. 차별화서비스제공에필요한네트웍상태정보와설정파라미터는위의수식을사용하여적용할수있고, 구현하고자하는 DiffServ 관리모듈을설계에차별화서비스를제공할수있는방안으로사용한다. MPLS network 의관리및각사용자들에대한차별화된서비스를제공을위한간단한 parameter 만입력받게구현한다. 차별화서비스제공방안은실험결과에따른수식의내용을기반으로네트웍에상황에적합한 QoS 정책을설정가능하게구현하는방안을제시한다. 5.1 DiffServ-aware-MPLS NMS 구조 MPLS network 에서 DiffServ-aware-MPLS 서비스를제공하고관리하기위한전반적인 NMS 구조는그림 13 과같다. NMS 는물리계층망 (physical layer network), MPLS 계층망, MPLS LSR, DiffServ- ELSP 에대한관리기능을중심으로구성된다. Java GUI 기반의망관리자에대한접속기능을제공하고, MPLS network 에대한설정및 network state 에대한정보를나타내는 MPLSLayer network module, 각사용자에대한 DiffServ-aware-ELSP 를설정유지및관리하기위한 DiffServ LSP module 로구성되며이 module 은 MPLS network 에서의 DiffServ 를제공한다. 또한 DiffServ-ELSP module 에서요청하는 LSP 설정을위한 MPLS LSR 환경설정과 LSP 상태정보파악을위해 MPLS LSR MO 가사용되며, DiffServ-ELSP module 에서요청하는데이터를처리하게된다. DiffServ-ELSP 생성에필요한경로를설정하기위해물리적인 network 상태정보를파악하기위해 Physical Layer network module 이구성된다. 또한실제라우터에접속하여 NMS 가설정하고자하는 parameter 를설정할 Cisco router module 이사용된다. RouteMap module, AccessList module 과 ServiceClass module 은 DiffServ-ELSP 설정에대한부분으로사용한다. 5. DiffServ-aware-MPLS 망운용관리를위한 NMS 설계및구현 DiffServ-aware-MPLS network 을구성하고, 각 LSP 의설정및유지관리, 사용자요구에따른 service 제공을위한라우터설정은관리자가각라우터에직접접속하여 CLI(command line interface) 를통하여설정하여야한다. 또한차별화서비스를제공하기위한방안을분석하고네트웍상황에맞게설정을하기위한작업이필요하게된다. 본절에서는차별화서비스를제공하기위해서 4 절에서실험한결과및분석한자료를토대로 DiffServ-aware-MPLS Network Management System (NMS) 를설계하고관리자가수동으로접근하여설정하는것을 Web interface 를통한원격설정이가능하도록구현한다. 또한 NMS 가 CLI 작업에필요한사항들을내부적으로처리하여 LSP 설정과 그림 13. DiffServ-aware-MPLS NMS 기능블록 5.3 NMS 동작시나리오 DiffServ-ELSP 설정절차

NMS 에의한 DiffServ-ELSP 설정은관리자접속기능인 MPLSLayerNetworkView 를통한 DiffServ-aware-ELSP 생성요청발생시 XML/CORBA interface 를통해 NMS 의 MPLS LayerNetwork 으로 DiffServ-ELSP 생성에대한요청이전달됨으로써시작된다.

9 NMS 에의한 DiffServ-ELSP 설정은관리자접속기능인 MPLSLayerNetworkView 를통한 DiffServ-aware-ELSP 생성요청발생시 XML/CORBA interface 를통해 NMS 의 MPLS LayerNetwork 으로 DiffServ-ELSP 생성에대한요청이전달됨으로써시작된다. MPLSLayerNetwork 에서는요청된 DiffServ- ELSP 의연결설정정보를저장하게되고, DiffServ- ELSP 의 path 를결정하기위해서 explicit 또는 CSPF 알고리즘을통한최적경로를결정한다. 입력된 DiffServ-ELSP 정보및 path 정보를 DiffServ- ELSP module 로전달하게되고, DiffServ-ELSP 에서는 AccessList 생성및 ServiceClass 를생성하여각필요한정보를입력하며, CiscoRouterInterface module 로 DiffServ-ELSP 생성에필요한파라메터를전달하게된다. CiscoRouterInterface module 은해당 LSR 라우터에접속하여 DiffServ-ELSP 를생성하고결과를 DiffServ-ELSP module 에전달한다. DiffServ- ELSP module 은생성된 DiffServ-ELSP 에대한 confirmation message 를 MPLSLayerNetwork 으로전달하고, MPLSLayerNetwork 에서는최종적으로해당 DiffServ-ELSP 에대한트래픽을제어하기위해서 RouteMap object 를만들어서 DiffServ-ELSP 를관리하게된다. 해당하는 DiffServ-ELSP 정보및각 MPLSLayer Network 정보는 MPLSLayerNetworkView 를통하여 NMS 로전달하게되고 MPLSLayerNetwork 에서해당하는 MO(Managed Object) 를선택하여그정보를 MPLSLayerNetwork View 로전달하게된다. DiffServ-aware-ELSP 설정을위한 NMS 의각기능 module 간의 interaction 및실행순서는그림 14 에서보는것과같다 [16]. 그림 14. DiffServ-aware-LSP sequence diagram 그림 14 의구성정보로구현된 NMS 에서차별화서비스를제공하기위한동작은그림 15 의 MPLS network GUI 에서 DiffServ-ELSP 를생성하고자하는 Router 에 LSP 생성정보를입력하게된다. 사용자에게차별화서비스를제공하는 LSP 정보및 DiffServ 파라메터설정정보는그림 16 의구성정보로입력할수있다. 그림 15. MPLS network GUI

10 그림 16. DiffServ-ELSP 및 Diffserv parameter GUI DiffServ-ELSP performance monitoring procedure DiffServ-ELSP 생성후각 DiffServ-ELSP와 DiffServ-ELSP가지나가는 MPLSLSR의각 port에대한성능측정을위한 Performance monitoring sequence diagram은그림 17에나타나있다. DiffServ-ELSP의 performance Monitoring 절차는 MPLSLayerNetworkView에서특정 MPLS LSR의 port에흐르는 DiffServ-ELSP를선택하게되고선택된 DiffServ-ELSP ID가 MPLSLayerNetwork module 로전달된다. MPLSLayerNetwork module은전달된 DiffServ-ELSP ID에해당하는 DiffServ-ELSP MO를선택하여 performance 측정을실행하게된다. 실시간으로측정되는데이터들은 MPLSLayerNetworkView로전달되고 MPLSLayerNetworkView에서는전달된 DiffServ-ELSP performance에대해 Java GUI로표시하게된다. MPLSLSP의 port에대한 performance 측정은위와동일한방법으로실행되며 MPLSLayer NetworkView에서 DiffServ-ELSP가아닌 MPLSLSR의 port를선택하고 port 정보를 MPLSLayerNetwork으로전달하여각 port에대한트래픽전달 performance를측정하게된다. 그림 17. DiffServELSP performance monitoring 6. 결론 본논문에서는 Cisco MPLS 망환경에서구현가능한 DiffServ-aware-MPLS TE 기능분석과차별화된서비스 (DiffServ) 제공을위한방안및성능분석방안을제시하였고, DiffServ-ELSP 설정및운용관리를위한 NMS 기능모듈의설계및구현방안을제안하였다. DiffServ-aware-MPLS TE Network 에대한차별화된서비스제공방안에서는각사용자들에대한차별화된서비스를제공하기위하여 DiffServ-ELSP 를생성하여차별화된서비스를제공하였다. 이방안은각 class-type 에대해지정된 CIR 을엄격하게보장함으로써 NCT, EF class-type 의 guaranteed service 를제공하며, voice traffic 과같은전송대역폭보장을요구하는실시간트래픽전송을위하여사용될수있다. AF4, AF3, AF2, AF1 과같이동일한사용자의응용프로그램에대한차별화된서비스를제공하기위한방안으로라우터의 port 별로 policymap 을설정하고, DiffServ 를적용하여각 service class 에대한차별화된서비스를제공할수있는방안을제안하였다. 이러한방안은패킷 video/audio 서비스와같이실시간가변전송율트래픽의특성에따라적절한서비스를제공할수있지만각 site 간에요청되는패킷흐름을위한 CIR 값을정확하게보장할수없는단점이있다. 사용자에게적합한서비스를제공하기위하여차별화서비스제공방안을통합하여사용하는방안을제시하였으며, 각결과에대한차별화서비스제공및트래픽특성을분석하여 NMS 가

사용자에게적합한서비스를제공할수있도록구현하였다. 차별화서비스를제공하기위한 DiffServ-ELSP 관련모듈은 DiffServ-aware-MPLS Network 에서의 DiffServ-ELSP 생성, 삭제, 유지관리및차별화서비스제공모듈로구성되어있다.

MO 내부기능으로구현하였다. 제안된 DiffServ-awareMPLS NMS 는 MPLS network 에서사용자또는각가입자망에대한보다효율적인차별화서비스를제공할수있으며, 구현중인사용자트래픽의 delay, jitter 에대한서비스제공방안을구성하게되면차세대네트웍의차별화서비스제공에대한기술로사용될수있을것이라기대된다. 7.

11 사용자에게적합한서비스를제공할수있도록구현하였다. 차별화서비스를제공하기위한 DiffServ-ELSP 관련모듈은 DiffServ-aware-MPLS Network 에서의 DiffServ-ELSP 생성, 삭제, 유지관리및차별화서비스제공모듈로구성되어있다. 구현된 DiffServ- ELSP 설정및관리용 NMS 기능에서는 SLA 로규정되는 DiffServ 및 LSP 트래픽파라메터를설정하기위한 GUI module 과 MPLS layer network, physical network 및 LSR node 등이 MO 로구현하였으며, Cisco 라우터와의접속은 telnet 기반의 CLI 를 physical node MO 내부기능으로구현하였다. 제안된 DiffServ-awareMPLS NMS 는 MPLS network 에서사용자또는각가입자망에대한보다효율적인차별화서비스를제공할수있으며, 구현중인사용자트래픽의 delay, jitter 에대한서비스제공방안을구성하게되면차세대네트웍의차별화서비스제공에대한기술로사용될수있을것이라기대된다. 7. 참고문헌 [1] Uyless Black, MPLS and Label Switching Networks, Prentice Hall, [2] IETF RFC 2475, An Architecture for Differentiated Services, S. Blake, Dec [3] White paper, IP traffic Engineering for Carrier Networks, Nortel Networks. [4] Xipeng Xiao, etc., Traffic engineering with MPLS in the Internet, IEEE Netwrok, Mar/Apr [5] RFC 3031, Multiprotocol Label Switch Architecture, E.Rosen, A. Viswanathan,R. Callon, Jan2001. [6] RFC 3270, Multiprotocol Label Switching(MPLS) support of Differentiated Services, April [7] IEFT Draft, MPLS Support of Differentiated Services using E-LSP, S.Ganti et. al, April [8] Petri Aukia et al., RATES: A Server for MPLS Traffic Engineering, IEEE Network Magazine, Mar./Apr [9] Differentiated Services Network Configuration and Management(DISCMAN), EURESCOM, [10] Cisco MPLS Tunnel Builder Pro, ps4731/prod_technical_reference09186a b3a. html [11] Eric Osborne, Traffic Engineering with MPLS, Cisco Press, [12] Alvaro Retana, Russ White, Advanced IP Network Design, Cisco Press, [13] Srinivas Vegesna, IP Quality of Service, Cisco Press, [14] Cisco, Cisco router configuration command documents, [15] 김해선, 김효성 DiffServ-aware-MPLS 망에서의 QoS 보장을위한 per-class-type Queuing 및 Packet Scheduling 방안연구, 한국통신학회, [16] Rational Rose, Rose Enterprise Edition guide, 김효성 영남대학교정보통신공과 ( 학사 ) 2002 년 3 ~ 현재영남대학교정보통신공학석사과정 < 관심분야 > QoS 보장기술, 초고속통신망응용서비스 김영탁 영남대학교공과대학전자공학과 ( 학사 ), 한국과학기술원 (KAIST) 전기및전자공학과 ( 공학석사 ), 한국과학기술원 (KAIST) 전기및전자공학과 ( 공학박사 ), ~ 한국통신통신망연구소전송망연구실장 / 선임연구원, 현재영남대학교공과대학정보통신공학과조교수, 부교수, ~ 미국국립표준기술, 연구소 (NIST) Advanced Networking Technology Division 방문연구원, < 관심분야 > 차세대인터넷트래픽엔지니어링및망운용관리, 차세대광통신망제어프로토콜설계및구현

歯이시홍).PDF

歯이시홍).PDF cwseo@netsgo.com Si-Hong Lee duckling@sktelecom.com SK Telecom Platform - 1 - 1. Digital AMPS CDMA (IS-95 A/B) CDMA (cdma2000-1x) IMT-2000 (IS-95 C) ( ) ( ) ( ) ( ) - 2 - 2. QoS Market QoS Coverage C/D