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1 포커스 데이터링크계층의교환기술 김아정 * 비용과속도, 관리용이성에있어강점인데이터링크계층의교환기는상위계층의경로제어및서비스질 (QoS) 보장기능을부가하면서기존의라우터의역할을대체해나가고있다. 이기술은 10 기가비트이상의초고속이더넷및메트로이터넷기술과결합하여기존이더넷망의영역을확장하고멀티미디어전송등의통합망으로서차세대통합전송망의위상을차지해가고있다. 이러한데이터링크계층의교환기술을살펴보고이를토대로한전송망의시장성과파급효과등을살펴본다. 목 I. 서론 차 I. 서론 방송통신위원회에서는 IT 산업을위한신성장동 력의일환으로광대역통합망, 유비쿼터스센서네 II. 데이터링크계층의 internetworking 기술분석 III. 표준화현황및시장분석 IV. 결론 트워크, IPv6 적용의 3 개핵심인프라와홈네트워크서비스, 텔레매틱스서비스등의 8 개핵심서비스, 그리고차세대이동통신, 홈네트워크등의 9 대신성장동력산업을정의하고이에대한표준화및기술연구개발을 2006 년부터 2010 년까지추진중이다. 데이터링크계층의교환기술은광대역통합망, 홈네트워크등차세대통신망을구성하기위한핵심요소로서이에대한신기술개발요구가점차부각되고있다. 데이터링크계층은 OSI Reference Model 하위 2 계층으로서현재많이쓰이고있는 * 세종대학교전자정보통신공학부 / 부교수 이더넷기반기술은 IEEE 802.3[1] 에서정의하고 1

2 주간기술동향통권 1378 호 있는링크계층이하패킷방식제반통신프로토콜기술및유무선 internetworking 기술 [2] 을말하며, ITU-T SG13/SG15[3],[4] 등에서는캐리어망에이더넷기술을적용하기위한작업을진행하고있다. 대부분의근거리통신망 [1],[5] 에서사용되는이더넷은랜덤한전송지연시간등의문제때문에, 엄격한지터제약조건이요구되는실시간서비스를제공하거나장거리용전송망으로확장에어려움이있었다. 이같은네트워크를구성하기위하여서는기존 IP 망의실시간전송기술이나이동기술이해결할수없는 2ms 이내의전달지연보장, 대역보장서비스를위한호설정제어기능, 1microsec 이내에이더넷프레임동기화가필요하다. 이를위해기존브리징기술을확장하여데이터링크계층에서 QoS 기능을제공하고상위계층이활용할수있는기능을제공하기위한표준기술들이개발되고있다. 이러한기술들을바탕으로근거리망으로서의이더넷은메트로이더넷 [6] 으로영역을확장하고기존의 SONET/SDH 기반의회선전달망과 IP 라우터기반의패킷망을이더넷기반으로통일함으로써망투자및운영비용을절감할수있게되었다. 이같은데이터링크계층의교환기술등을고찰하고이를토대로한개발동향및시장성과기술적경제적파급효과등을분석하고자한다. II. 데이터링크계층의 internetworking 기술분석 1. 백본망을위한기술공급자백본망 (Provider Backbone Bridge Network: PBBN) 은물리적으로서로떨어진고객사이트들을공급자백본망브리지 (Provider Backbone Bridge: PBB) 를통해연결하는기술로 IEEE 802.1ah 에서정의되고있다. Provider Bridge 및 Backbone Bridge 기술, 이더넷 OAM 기술등을결합한이더넷기반의연결지향성 (connection-oriented) 전달망기술로서 802.1ad Provider Bridge 에서기술된여러개의 Provider Bridge 망을묶는기술이다. Provider Backbone Bridge 는공급자백본망에지에위치하는백본에지브리지 (Backbone Edge Bridge: BEB) 와공급자백본망코어를구성하는백본코어브리지 (Backbone Core Bridge: BCB)[10] 로나누어진다. 백본에지브리지는고객사이트로부터들어온서비스프레임을공급자백본망내에서인식할수있는백본망프레임 (PBB frame) 안에캡슐화하여공급자백본망으로전송한다. 공급자백본망내에서의프레임포워딩은백본코어브리지를통해이루어진다. 2

3 ( 그림 1) provider backbone bridge 구성 ( 그림 1) 의공급자백본망의구성에서보듯좌측상단에위치한고객사이트의 CE A 는공급자백본망을통해우측상단의 CE B 와연결하기위해백본에지브리지인 BEB W 로서비스프레임을보내고 BEB W 는이프레임을캡슐화하여백본코어브리지인 BCB X 로보낸다. BCB X 와 BCB Y 는프레임의목적지 MAC 주소를참조하여목적지단말인 BEB Z 로보내고 BEB Z 는프레임의캡슐화를해제하여다시고객사이트로전송한다. Provider backbone 전달망의경로제어기술로서 G-MPLS 기방의이더넷경로제어기술과 IS-IS 링크상태프로토콜기반의최단경로설정 (Shortest path provider backbone bridging) 기술이있다. Shortest path bridging 은기본적으로 OSPF 혹은 ISIS 의 LAN 버전의라우팅기술이다. 이는레이어 2 의이더넷이레이어 3 의기존기능을담당하며영역을확장하였음을의미한다. 전통적인 LAN 라우팅은스패닝트리를기준으로동작한다. 이스패닝트리는주어진네트워크에서단한개만존재하며스패닝트리에선택되지않는링크는현재의동작하는링크가고장났을때를대비한백업링크로만동작한다. 이러한간단한방식은비용을지불하지않은 LAN 구간에서는유용하게사용할수있으나메트로구간보다더나아가서백본구간에서는값비싼선로를사용하지못한다는단점을보완하기위해서여러개의스패닝트리를사용하는 MSTP (Multiple Spanning Tree Protocol) 가제안되었다. Shortest Path Bridging 기술이란 MSTP 의다중 STP 기술을기반으로각노드를루트로삼는 ST(Spanning Tree) 를만들때에 shortest path 로만들어서백본구간에서의전송비용을줄이는기술이다. MSTP 는단지여러개의 STP 를사용하자는취지에서만들어졌는데 Shortest Path Bridging 기술은 STP 를만들때에각 ingress 노드마다하나씩 tree 를만들고각 tree 는루트노드와비루트노드사이에서 shortest path 의성질을만족하게한다. 그결과단축된전송경로만큼의대역폭이절약되며전송속도가 3

4 주간기술동향통권 1378 호 단축된다. 현재대칭적경로보장, MSTP2 기반선택, 인그래스노드가증가함에따라서트리표현코드의확장성등이논의되고있다. 이더넷이레이어 3 네트워크에비해취약한 traffic engineering 기능에대한연구를 데이터센터브리지 task group 에서진행하고있다 [11]. 이는단대단으로네트워크의상태를측정하여네트워크가과부하에걸려있음을판별하는과부하공지 (Congestion Notification: CN) 기술과부하가과중할경우에 priority 가낮은것에대해서는전송을제한하고우선되는것은일정하게전달되게조절하는개선전송선택 (Enhanced Transmission Selection: ETS) 기술, 인가되는부하에대해서여러레벨별로부하를구분하여레벨에따라서네트워크자원을차별적으로할당하는우선순위별흐름제어 (Priority based Flow Control: PFC) 기술로분류된다. ETS 기술은여러가지다른형태의트래픽, 즉지연에민감한 IPC, 손실에민감한 SAN(Storage Area Network), 지연과손실에덜민감한트래픽의요구사항을만족하는융합네트워크를지원한다. 2. 멀티미디어브리지를위한기술 근거리통신망에서사용되는이더넷은랜덤한전송지연시간과캡처현상에의한불공정성 Higher Layer Relay Entities PTP Layer time stamp information LLC Entities PTP Message Reception by PTP Layer PTP Message Processing PTP Message Transmission by PTP Layer LLC Entities time stamp information MAC--Service MAC--Service MAC Entity MAC Relay Entity Internal Sublayer Service Internal Sublayer Service MAC Entity Clock Timestamp Point PTP Message Reception by MAC Entity PTP- Assist (G)MII PTP Message Transmission by MAC Entity PTP-Assist (G)MII Clock Timestamp Point ( 그림 2) IEEE802.1AS Node Architecture and Layer 4

5 문제때문에, 엄격한지터제약조건이요구되는실시간서비스를제공하는데문제가있었다. 이러한문제를해결하기위하여산업용에서는우선순위방식, 이더넷상에서의토큰패싱방법, 시분할다중화슬롯방식등이일부제안되고있었다. 최근, 전송지연이보장가능하도록슈퍼프레임 (Superframe) 이라고불리는고정된사이클기간을분할하여실시간및비실시간트래픽들을함께지원할수있는 Gibson 사의동기식이더넷표준안, 그리고지멘스사의 ProfiNet 표준안등도발표되고있다. 이들중에서 Gibson 사의동기식이더넷표준안은이더넷에서의서비스품질 (Quality of Service) 을제공하기위하여슬롯기반의수퍼프레임방식으로동작한다. 이러한동기식이더넷기술은 Audio/video bridging working group 에서표준화를구체화하고있다. Audio/video 네트워크를구성하기위하여서는기존 IP 망에서제공하는실시간전송기술이나이동성제공기술이해결할수없는 2ms 이내의전달지연을보장, 대역보장서비스를위한호설정제어기능, 1microsec 이내에이더넷프레임동기화가필요하다. 이를위해기존브리징기술을확장하여 2 계층에서 QoS 기능을제공하고상위계층이활용할수있는 API 기능을제공하기위한표준기술이필요하다. 다만, 기존 PHY 의변경없이프레임전달기술만을이용해서동기를유지하고자원예약과전달지연보장이가능하기위해서는독자적인 Audio/ video 망으로구성되어야하며기존이더넷망과의연동시고유의 Audio/video 브리징네트워 Control Point (UI Application) MediaServer MediaRenderer ContentDirectory ConnectionManager AVTransport (optional) UPnP Actions RenderingControl ConnectionManager AVTransport (optional) Connection Information AVB SRP (Talker) AVB MAC/PHY AV Contents AVB PAL (Encapsulation) Out-of-Band Transfer Protocol AV Contents AVB PAL (Deencapsulation) AVB MAC/PHY Connection Information AVB SRP (Listner) Status of AVB Connection AVB SRP AVB LAN AVB SRP ( 그림 3) Integration of Audio/video bridge 5

6 주간기술동향통권 1378 호 크의성능보장을기대하기어렵다. Audio/video bridging 기술은디지털 Audio/video(AV) 장치간의동기방식의이더넷연결을위한타임동기, 대역예약, 스케줄링지터제한에대한기술이다. 수퍼프레임방식으로동작하는이러한 Audio/video bridging 기술에서는실시간트래픽의전송을위한동기구간과비실시간트래픽의전송을위한비동기구간으로구성된수퍼프레임이 125μ sec 의주기의싸이클방식으로사용된다. 그러나주기적인프레임의전송보다임의적인프레임전송으로부터노드간에동기를추출하고추출된동기를기반으로전달지연과지터를최소화할수있는타임동기화기술도개발되었다. 이러한타임동기화추출기능을활용하여오디오나비디오전송과같은실시간전송이나실시간응용서비스의제공을이더넷에서제공할수있는방안을제시하고있다. 이를위하여, 노드간의실시간동기전송이가능하도록노드간의엄격한시간동기를유지할수있는시간동기화기술, 실시간동기전송이가능한망에서주기적트래픽에대한브리지망내부에서의종단간동기유지를위한대역예약기술, 그리고이더넷프레임에대한주기적전송및비주기적전송이모두가능하도록하는브리지계층에서의 Audio/video 급 QoS 보장을위한포워딩및스케줄링기술등에대하여각각 802.1AS/.1Qat/.1Qav 로표준화가진행중이다. 이외에도이더넷기반 TV 전송기술로비디오나 TV 와같은멀티캐스트트래픽전송을위한브리지내에서 point-to-multipoint 전달기술이논의되었다. III. 표준화현황및시장분석 1. 표준화현황프로바이더백본브리지기술은프로바이더브리지와백본브리지기술과이더넷 OAM 기술등이결합된, 이더넷기반의연결지향성전달망기술로서 IEEE 802.1ah 에서정의되었고 ITU-T SG15 의 2008~2011 년회기의주요표준화이슈가될것으로전망된다. 현재 ITU-T SG15 에서는프로바이더백본브리지의기능구조를 ITU-T 관점에서정의하고 ITU-T G.8031 이더넷선형보호절체표준에프로바이더백본전달망의보호절체기능을추가하도록개정작업중이다. Shortest Path Bridging 는 IEEE 802.1aq 에서 2006 년 3 월에최초의드래프트가제안된이후진행중이다. 이더넷전체의성능에지대한영향을미치는다음세대의이더넷라우팅을다루는만큼많은연구자의관심을가지는분야이다. 데이터센터브리지기술은향후브리지에적용되는기본추가기능기술로표준이완성되면브리지표준인 IEEE 802.1Q 의어 6

7 멘드먼트로제정될예정이다. IEEE 에서는프로바이더브리지, 프로바이더백본브리지등과같이기존이더넷망을확장하는측면에서의접근을시도하고있고, ITU-T SG13/15 에서는기존 OTN 네트워크에이더넷인터페이스를정합하는측면에서의접근을시도하고있으며, IETF 에서는 MPLS 기술을통한이더넷인터페이스를정합하는측면에서의접근을시도하고있어실제어떤기술을기술적기반으로할것인가를결정하는것도표준화를추진하는데결정사항중하나이다. IEEE 에서는동기식이더넷기술에대한표준화를진행하기위하여레지덴셜이더넷스터디그룹을구성하였으며, 이는브리지에서프레임제어및연동기술을이용한실시간이더넷전송서비스를표준화하기위해 IEEE 로이환되어 Audio/video bridging working group 으로서활동을계속하고있다. 단순동기제공을넘어동기식 LAN 자체적인서비스제공을위한자원예약및호설정프로토콜의표준과동기식프레임전달을위한브리징및포워딩기술등이추가로표준화되었다. Network timing and synchronization 은 IEEE 802.1AS 에서, Stream reservation protocol 은 802.1Qat 에서, Bridging operation 은 IEEE 802.1AV 에서진행중이다. 또한가정내 TV 전송이나 Audio/video 스튜디오와같은방송용데이터전달을위해 point-to-multipoint 전달을위한기술및무선 LAN 브리지와같이 point-to-multipoint 브리지에서전달기술등멀티캐스트기술도논의되었다. 이더넷기반의멀티캐스팅서비스인 E- TREE 에대한표준화는 MEF 에서정의하였다. Audio/video 브리징은 Broadcom 사를중심으로표준화가시작되어현재 Samsung, Broadcom, Intel, Marvell, SMSC, Gibson 등의다수의업체들이경쟁적으로참여하고있고, 관련된시제품도개발되었다. IEEE1588 PTP 는스위스 Zurich 공대에서개발된것으로써 Audio/video 브리징기술에필요한시간동기기술에활용되고있다. 2. 국외시장현황및전망근거리망에서사용되었던이더넷이메트로이더넷으로 MAN/WAN 에확장도입되고있다. 더우기 L2 스위치에서라우팅기능을추가한이른바 L2 스위치라우터가등장하면서이러한추세는더욱가속화되고있다. 특히, 최근에는인터넷속도와용량이커지고애플리케이션이다양해지면서 10 기가비트이더넷시장이점점확대되고있는추세이다. 이더넷스위치도초기패스트이더넷에서출발해 2000 년대들어포트당기가비트의속도를지원하는기가비트이더넷이등장하면서시장이급속히확대되기시작하고있다 년부터는시스코시스템즈, 쓰리콤, 포스텐네트웍스등을중 7

8 주간기술동향통권 1378 호 심으로 10 기가비트이더넷스위치가잇따라출시되면서새로구축되는사이트들을중심으로자리를잡아가고있다. 기업과백본네트워크와의연결이전용선에서메트로이더넷망통한전송으로교체되면서라우터의시장이감소하는대신기가비트이더넷스위치시장이급속도로성장하고있다 [7],[8]. 이같은경우기업의망구성은과거라우터- 스위치- 단말기에서이더넷스위치- 워크그룹스위치- 단말기형태로변하게되었다. 전통적으로인터넷의망구조에서라우터의기능은데이터의경로를지정 (Routing) 하는것으로 OSI 7 계층에서 3 계층에해당하는것에비해, 브리지는 L2 스위치장비로, 하드웨어적으로데이터를빠른속도로전달 (Switching) 하는역할을담당하고있다. 라우터는기업이나학교등의내부망을서비스프로바이더등의외부망과연결하는데사용되거나, 과거통신사업자들이비동기전송 (ATM) 이나프레임릴레이 (FR) 방식으로전용선을제공했을때필수적으로필요하였다. 하지만전용선이속도가향상된메트로이더넷으로바뀌면서이더넷스위치가라우터를대신하게될것으로예상되고있다. 특히 L2 스위치에라우팅기능을추가한장비의등장으로이러한경향은더욱가속화되었다. Audio/video bridge 는최근수요가폭증하는디지털 A/V 장치뿐만아니라가정내노래방게임기및전자오락기기등을기존의데이터단말들과함께모두동기식이더넷으로연결하여, 이들간의실시간트래픽의전송과제어를지원할수있는기술이다. 주로사람이거주하는가정내디지털홈을구축하거나전문적인방송스튜디오, 산업자동화공장등에서유무선이더넷을이용하여동기식연결이가능하게하는새롭고시장성이큰기술이다. 하지만무한정대역을 < 표 1> worldwide router 2004~2010 analysis by IDC 구분 ~2010 CAGR(%) Revenue($M) 8,986 9,970 11,188 12,203 13,127 12,671 12, Growth(%) NA < 표 2> worldwide Ethernet and LAN switch 2004~2010 analysis by IDC 구분 ~2010 CAGR(%) Revenue($M) 15,164 16,287 17,275 18,311 19,355 20,468 21, Growth(%) NA Port shipments(000) 218, , , , , , , Growth(%) NA

9 제공할수없기때문에가전제품간의대역보장을위한호연결설정제어, 대역제어, AV QoS 제공을위한전달제어등과브리지내에서의전달방식및대기방식, 그리고비디오나 TV 전송에반드시필요한 L2 멀티캐스팅기술이표준화되고있다. IPTV 기술이확산되면서기존이더넷에서 TV 나비디오서비스를제공하는 point-to-multipoint 기술의멀티캐스팅기술에대한관심이태동되고있는상황이지만, IPTV 시장이확정되지않은상태에서 AV 브리지기반의이더넷 TV 시장의가능성은현재확실하지않은상태이다. 그러나위와같은기술들의정립을통한차세대동기식이더넷시장성은매우크다. 3. 국내시장현황및전망교환기시장과연관되어국내초고속통신망장비의전망을보면이더넷브리지시장성을예측할수있다 [9]. 초고속인터넷의경우궁극적으로는 FTTH(Fiber To The Home) 으로진화할것으로예상되지만, 당초전망했던것보다광랜이나 VDSL 장비에대한기술개발이급속히진행되어현재 100Mbps 급의서비스가제공가능하게되면서, FTTH 로의전이가예상보다지연되고있다. 즉, VDSL 장비의경우 100Mbps 급장비가본격적으로도입되어광랜서비스와경쟁할것으로예상된다. TPS(Triple Play Service) 가확산됨에따라장비의경우에도코어망에서액세스까지이를지원할수있는장비들의개발이본격화되고있으며, VoD, IPTV, 화상전화등보다높은대역폭과안정적인서비스가요구되는애플리케이션이증가하고있다. 이에따라최근 10 기가비트이더넷시장이점점확대되고있는추세인데국내에서도지난 2000 년대초반부터기가비트이더넷이도입되기시작해신규시장뿐아니라업그레이드시장의대부분을차지하고있으며 10 기가비트이더넷스위치도확산되고있다. 일부사업자는 10 기가비트의메트로이더넷서비스를제공하고있으며다산인터넷, 코어세스, 콤텍등에서관련장비를개발하고있다. 광랜서비스구축을위해스위치에대한투자가계속증가하고있는데, 브리지장비에라우 < 표 3> Korea Telecom Service and Equipment 2005~2010 Analysis by IDC 구분 CAGR LAN % Optical % Broadband % IP % Total 1, , , , , , % 9

10 주간기술동향통권 1378 호 팅기능이강화된장비들이많아지고, MSPP(Multi-service Provisioning Platforms) 장비가다양한애플리케이션을수용하면서비용효율적측면이강조되며라우터시장은그성장이제한되고있다. LAN 장비시장은라우터의경우통신사업자들의기존네트워크에대한업그레이드수요, 부가서비스를지원하기위한신인증사업을위한수요및 IPTV 나 QoS 기반의인터넷전화등이도입되면서이를지원하기위한프리미엄네트워크구축을위해차세대라우터인테라비트급라우터도입등으로시장성장이예상된다. 스위치시장은통신사업자들이광랜에대한투자가지속되고네트워크보안과트래픽관리에대한중요성이증가되면서레이어 4~7 스위치에대한도입도활성화될것으로예상된다. IV. 결론 데이터링크계층의교환기는속도, 관리비용절감등강점이있으나실시간서비스를제공하거나장거리용전송망으로확장에어려움이있었다. 그러나여기서소개한기술및상위계층의경로제어및서비스질기능을부가하면서기존의상위계층교환기역할을대체해나가고있다. 이기술은 10 기가비트이상의초고속이더넷및메트로이터넷기술과결합하여기존이더넷망의영역을확장하고멀티미디어전송등의통합망으로서차세대통합전송망의위상을차지하고있다. 이러한기술들을보면, 이더넷망이메트로및백본망으로확장하면서모든전송망을포괄하는망으로서역할을수행하고있고이를위해기존서비스외에파이버채널을이용한스토로지네트워크서비스와초고성능컴퓨팅서비스등의다양한서비스를수용하는데이터센터브리징기술이개발되었다. 프로바이더백본전달망은기존의 SONET/SDH 기반의회선전달망과 IP 라우터기반의패킷망을이더넷기반으로통일함으로써망투자및운영비용을절감할수있는기술로서기술적, 경제적파급효과가매우크다. Audio/video 브리지기술은전달지연이나, 지터등을최소화한동기식전송기술을결합하여앞으로디지털 Audio/video 장치연결에핵심적인기술로사용될것이고데이터센터브리징기술은향후설치되는모든스위치에적용하려는기본기능으로서, 지적재산권을위한기술개발과표준분석이필요하다. 초고속통신망이고도로발달한국내에서는교환장비와교환기술에는취약한실정이다. 국외유력한칩및시스템장비업체들의적극적인기술개발이선행하고있고교환기시장에서의존적인현상황에서기술주도권을잡기용이하지않을수있지만교환기술이전달망에서차지하는비중을볼때위의기술들의전략적중요도와기술적파급효과는매우크므로간과할수없는 10

11 분야라하겠다. 산업계와학계의유기적연대와적극적인연구개발로기술및시장경쟁력의 열세를극복하여차세대교환기술을적용한망에대한대응을통해국내관련산업의활성화와 국제경쟁력강화가필요한시점이다. < 참고문헌 > [1] IEEE Working Group, [2] IEEE Working Group, [3] ITU-T Study Group 13, [4] ITU-T Study Group 15, [5] IEEE Working Group, [6] Metro Ethernet Forum, [7] Worldwide Ethernet and LAN Switch, IDC #203724, [8] Worldwide Router, IDC #201081, [9] Korea Telecom Sevice and Equipment, IDC #KR , [10] Proceedings of Ethernet Forum Workshop, [11] TTA, IT 839 Standardization Roadmap Ver [12] IITA, BcN Roadmap ITRM2012, * 본내용은필자의주관적인의견이며 IITA 의공식적인입장이아님을밝힙니다. 11

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