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진 삼
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ICT 신기술 데이터센터인터커넥트기술동향 윤지욱김광준이준기 * 한국전자통신연구원책임연구원 한국전자통신연구원그룹장 * I. 서론 오늘날소비자들은클라우드서비스의증가와 IoT 기기의확산에따른인터넷연결소자들의급격한증가로언제어디서든다양한기기들을이용해서원하는콘텐츠와서비스를실시간으로이용할수있게되었다.

1 ICT 신기술 데이터센터인터커넥트기술동향 윤지욱김광준이준기 * 한국전자통신연구원책임연구원 한국전자통신연구원그룹장 * I. 서론 오늘날소비자들은클라우드서비스의증가와 IoT 기기의확산에따른인터넷연결소자들의급격한증가로언제어디서든다양한기기들을이용해서원하는콘텐츠와서비스를실시간으로이용할수있게되었다. 또한, 5G 서비스의상용화로 2020년이후시간민감형서비스와대용량실감서비스의수요가급증할것으로예상된다. 이에, 인터넷서비스제공자 (Internet Service Provider: ISP) 들은소비자들의요구에맞추어필요한서비스를원활하게제공하기위해서전송대역폭에있어서의대용량화뿐아니라지리적으로넓게분포되어있는장비들을연결하기위한가상화기술이필요하게되었다. 또한, 다양한업체들의제품들간상호연결성과시스템관리의편리성및비용절감을위해개방형구조의네트워크가필요하게되었다. 현재, 많은기업들이자사의서비스와애플리케이션을클라우드환경으로옮기고있으며, 고객들또한클라우드기반의쇼핑, 뱅킹, 콘텐츠제공서비스등에익숙해져있다. 과거의데이터센터인터커넥트 (Data Center Interconnect: DCI) 기술은새롭게등장하는서비스들을수용하기위한목적으로주로전송대역폭확장에초점을맞추어발전해왔다. 그러나최근의데이터센터의발전방향이클라우드기반의개방형구조로변화함에따라서데이터센터인터커넥트기술또한변화가필요하게되었다. 기장큰변화는하이퍼스케일 (Hyperscale) 데이터센터의등장으로데이터센터들사이에또는데이터센터와인터넷익스체인지포인트 (Internet Exchange Points: IXP) 간에주고받는트래픽량이기하급수적으로증가하게되었다는것이다. 또한, 가상화기술을이용하여지리적으로멀리떨어져있는여러개의데이터센터들을마치한곳에모여있는것처럼연결해주어야할필요성이생겼다. 데이터센터를클라우드 * 본내용은윤지욱책임연구원 ( , younjw@etri.re.kr) 에게문의하시기바랍니다. ** 본내용은필자의주관적인의견이며 IITP의공식적인입장이아님을밝힙니다. 정보통신기술진흥센터 17

2 주간기술동향 환경에서운용하기위해서는낮은소비전력, 기능모듈화, 확장의편의성, 개방형제어 / 관리등과같은새로운요구사항들을만족해야한다. 오늘날, 이러한요구사항들을보다효과적으로수용하고데이터센터의지속적인확장과발전을위해서인터넷서비스제공자와글로벌광전송장비업체가중심이되어자사의데이터센터에새로운구조의데이터센터인터커넥트기술을적용하고있다. 본고에서는데이터센터가클라우드기반으로발전해감에따라서새롭게등장하고있는하이퍼스케일데이터센터의요구사항들과이러한요구사항들을제공하기위한데이터센터인터커넥트기술및네트워크구조에대해서살펴보고이를통해서가까운미래의데이터센터발전방향을유추해본다. II. 데이터센터인터커넥트현황 1. 데이터센터인터커넥트구조 스마트폰의보급으로인해 OTT(Over The Top) 서비스가급격하게증가하게되었고클라우드서비스가보편화됨에따라서점점더많은트래픽들이데이터센터를경유하거나데이터센터들간에전송되게되었다. 또한, 클라우드서비스의보편화와함께등장한하이퍼스케일데이터센터는기존전송장비의기술발전경향을바꾸고있다. 현재까지는텔레콤과엔터프라이즈가새로운전송기술개발과신기술을상용네트워크에적용하는초기시장을이끌어왔다. 이후새로운기술이성숙되고관련시장이커져서가격이내려가면그기술들을데이터센터에적용하는방식이었다. 그러나하이퍼스케일데이터센터가등장함에따라서이러한기술개발및네트워크적용경향이바뀌어가고있다. [ 그림 1] 을보면, 2010년이후부터하이퍼스케일데이터센터의인터페이스용량이급격하게증가하여 2017년부터는엔터프라이즈와텔레콤의클라이언트인터페이스용량을넘어서고있다. 현재는 400Gbps 인터페이스기술이하이퍼스케일데이터센터에먼저적용되고있으며, 2018년이후부터는대용량트래픽을처리하기위한새로운기술개발과개발된신기술을네트워크에적용하기위한연구를하이퍼스케일데이터센터가이끌어가는추세가예상된다 [1]. 현재, 하이퍼스케일데이터센터에적용이시도되고있는새로운기술로는클라이언트의요구에따라서실시간으로전송대역폭을조정 ( 확장 / 축소 ) 하는기술과현재의다양한서비스 18

ICT 신기술 < 자료 > Lightwave, Data center interconnects: The road to 400G and beyond, 2016. 7.

현재까지대부분의데이터센터인터커넥션은두개의데이터센터를광섬유를통해연결해주는단순한점대점 (Point to Point: P-2-P) 구조였다.

3 ICT 신기술 < 자료 > Lightwave, Data center interconnects: The road to 400G and beyond, [ 그림 1] 하이퍼스케일데이터센터와기술발전동향들과가까운미래에새롭게등장하게될기능들을기존의서비스에영향을주지않으면서전체하드웨어의변경없이수용하는기술이다. 현재까지대부분의데이터센터인터커넥션은두개의데이터센터를광섬유를통해연결해주는단순한점대점 (Point to Point: P-2-P) 구조였다. 그러나데이터센터의수가증가하고이들을연결해주는네트워크가클라우드환경으로변화함에따라서다수개의데이터센터들을서로연결해줄필요가생겨났다. < 자료 > Lightwave, Editorial guide Data center interconnect strategies, [ 그림 2] 데이터센터인터커넥트구조 정보통신기술진흥센터 19

4 주간기술동향 [ 그림 2] 는공간적으로멀리떨어져있는 5개의데이터센터들을 DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing) 기반의점대점구조로연결하는방법과 ROADM(Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer) 기반의링구조로연결하는일예를보여준다. 점대점구조의경우에는모든데이터센터에 4개의 DWDM용트랜스폰더와 4개의다중화기가필요하며, 데이터센터들을연결하기위해서 10 개의광섬유 (Dark fiber) 가필요하다. 반면에, ROADM 구조에서는모든데이터센터에 4개의 DWDM용트랜스폰더와 1개의 2-degree ROADM이필요하며, 데이터센터들을연결하기위해서는 5개의광섬유만이필요하다 [2]. [ 그림 3] 에서는 [ 그림 2] 에서보여준점대점구조와링구조를기반으로서로연결되어지는데이터센터개수에따른총소유비용을비교하였다. 연결되는데이터센터의개수가 3개를넘어서면서부터 ROADM 기반의링구조가가격측면에서점대점구조보다장점을가지는것을알수있으며, 이는데이터센터의개수가증가할수록급격한차이를보인다. 6개의데이터센터를연결하는네트워킹에있어서의총소유비용을비교해보면, 점대점구조가링구조와비교하여약 2배정도의총소유비용이요구된다. 이러한가격차이는크게장비가격과광섬유포설비용 / 임대비용측면으로나누어생각할수있다. 장비가격측면에서보면, ROADM 전송장비가점대점전송장비보다다소비싸지만점대점구조에서는서로연결되는데이터센터수가증가할수록광섬유포설비용 / 임대비용이급격하게증가하기때문이다 [2]. 데이터센터가클라우드기반으로발전함에따라서데이터센터인터커넥션또한점대점구조에서 ROADM 기반의링구조로변화할것으로예상된다. < 자료 > Lightwave, Editorial guide Data center interconnect strategies, [ 그림 3] 데이터센터인터커넥트구조에따른총소유비용비교 20

ICT 신기술 2. 데이터센터인터커넥트장비 데이터센터인터커넥트장비는적용되는위치에따라서 [ 그림 4] 와같이 Metro/Long reach DCI, Access peering DCI, Remote router access DCI 및 Dual peering with shared router DCI 장비로구분할수있다 [3].

5 ICT 신기술 2. 데이터센터인터커넥트장비 데이터센터인터커넥트장비는적용되는위치에따라서 [ 그림 4] 와같이 Metro/Long reach DCI, Access peering DCI, Remote router access DCI 및 Dual peering with shared router DCI 장비로구분할수있다 [3]. 현재망에서사용되고있는대부분의데이터센터인터커넥트장비들은샤시형태로제작된통합장비로적용위치별로다른종류의장비를사용한다. 이는적용위치에따라서요구사항이달라지기때문이다. [ 그림 4] 에있는 Metro/Long reach DCI 장비를예로들어보면, 클라이언트인터페이스는 IP/MPLS, 이더넷, FC, SONET/SDH, OTN 등과같은다양한 < 자료 > Fujitsu, Application note data center interconnect, [ 그림 4] 적용위치별데이터센터인터커넥트장비의기능블록 정보통신기술진흥센터 21

6 주간기술동향 형태의신호들을수용할수있어야한다. 반면에, 네트워크인터페이스는 DWDM/ROADM 기반으로광파장당 100Gbps 이상의대용량신호를장거리전송할수있어야한다. 이를위해서기존의데이터센터인터커넥트장비는백플레인기반의샤시형태로클라이언트신호별인터페이스카드들과이들을목적지별로다중화하기위한 L1 다중화카드, 인터페이스카드들사이에신호를전송하기위한스위칭패브릭, DWDM/ROADM 기반의광다중화기및장거리용광트랜스폰더로구성된다. 그러나이러한통합형장비구조는상대적으로넓은상면적을차지하면서도많은공간을낭비하게되고큰소비전력, 제한된확장성, 낮은유연성과유지관리가힘들다는단점을가진다. 데이터센터가클라우드기반으로빠르게변화하고있는환경에서, 서비스제공업자와엔터프라이즈는데이터센터인터커넥트장비전체를소유하고관리하는것보다는몇개의파장만을대여해서사용하는것이일반적인추세가되어가고있다. 이러한환경변화에적응하기위해서데이터센터인터커넥트장비는기존의샤시기반의통합형장비에서모듈형태의블레이드기반으로변화해가고있다. [ 그림 4] 에있는적용위치별장비들은별도의장비가아니라공통된하드웨어플랫폼을공유하면서적용위치별로요구되는기능에따라서필요한기능블록만을모듈형태로추가함으로써구성된다 [3],[4]. 이러한블레이드기반의모듈형장비는샤시기반의통합형장비와비교해서다음과같은특징들을가진다. - 1RU 기반의블레이드형태로필요한기능만을제공 - 필요에따라서다양한블레이드를조합하여요구되는기능제공 - 작은상면적과낮은소비전력 - 제품개발기간과데이터센터적용기간을단축함으로써시장변화에빠르게대처 - 필요에따라서해당블레이드만을교체함으로써파장당대역폭을 100Gbps, 200Gbps, 400Gbps 또는 400Gbps 이상으로확장가능 - 운용및관리의편리성과효율성을위한개방형구조현재시장에출시되고있는클라우드기반의데이터센터인터커넥트장비는 Fujitsu사의 1FINITY, Juniper사의 BTI 7800, Coriant사의 Groove G30, ADVA사의 FSP 3000과 Nokia사의 1830 PSS 등이있다 [4]-[15]. 대부분의장비들은자사의 P-OTN(Packet Optical Transport Network) 장비를기반으로블레이드형태로출시되고있다. 22

7 ICT 신기술 3. 데이터센터인터커넥트시장현황 시장조사기관인 Ovum사의 2017년자료에의하면데이터센터인터커넥트분야는광네트워크시장에서가장빠르게성장하고있는영역으로연평균 15% 의성장세를보이고있다. [ 그림 5] 와같이데이터센터인터커넥트시장규모는 2016년 34억달러로전체 WDM 시장의약 29% 를차지하고있으며, 2021년에는 69억달러로 2배이상의성장이예상되고있다 [15]. 시장에새롭게출시되고있는데이터센터인터커넥트장비의특징중하나는데이터센터인터커넥트장비에 Disaggregated WDM 시스템을적용하려는움직임이눈에띄게증가하고있다는것이다. Disaggregated WDM 시스템을적용한데이터센터인터케넥트장비시장규모는 2017년 2분기에 4억달러에이르렀다 [16]. < 자료 > Nokia, Nokia 1830 PSS cloud DCI solutions, [ 그림 5] 전세계데이터센터인터커넥트시장규모 [ 그림 6] 은광전송시스템의단계별 disaggregation 시나리오를보여준다 [17]. 현재까지의광전송시스템은시스템을구성하는모든소자들 ( 트랜스폰더, 채널다중화기, 광증폭기, DWDM/ROADM 등 ) 이하나의중앙집중형제어시스템에의해서관리되어졌다. 그러나클라우드데이터센터인터커넥트장비의경우운용과관리의편의성을위해서시스템을구성하는소자들을기능별로분리하여따로운용 / 관리하는방안이연구되고있다. 아직까지완전한 Disaggregated 데이터센터인터커넥트장비는상용화되지않고있으며, 현재교체주기별로기능을분리하여관리하는부분적인 disaggregation 기술이적용되고있다. 즉, 교체주기가 18개월정도로짧은트랜스폰더기능을광라인시스템 (Optical Line System: OLS) 과분리하여별도로관리하는방안이적용되고있다. 광라인시스템의경우교체주기가 5년이상으로 정보통신기술진흥센터 23

8 주간기술동향 (a) No Disaggregation: Entire Transport network acts as one element (b) Fully Disaggregated: Everything is a separate network element (c) Partially: Transponding is one element, OOLS is second < 자료 > Lightwave, A snapshot of today s data center interconnect, [ 그림 6] 광전송시스템 Disaggregation 시나리오 길기때문에이두기능들을분리함으로써라인인터페이스의대역폭증가, 전송거리별대역 폭변경, 신규서비스지원과같은새로운요구사항발생시에보다빠른시간에최소한의 비용으로이를수용할수있다는장점을가진다. III. 데이터센터인터커넥트발전방향 오늘날많은기업들이자신들의 IT 인프라와미션크리티컬애플리케이션의많은부분을클라우드데이터센터로옮기고있는추세이다. 이에따라서클라우드데이터센터를운용하는사업자들에게는보안과개인정보보호가점점더중요하게자리잡게되었으며, 폭증하는데이터센터간트래픽을수용하기위해서가까운미래에광파장당 400Gbps의높은대역폭이필요할것으로예상하고있다. 데이터센터인터커넥트장비의보안을강화하기위한방안으로최근에광계층에서의암호화기술이연구되고있다. 광계층에서의암호화기술은광스위칭 24

9 ICT 신기술 단위로암호화를수행하기때문에저지연특성을가지며, 대용량전송에적합한기술로평가되고있다. 광계층암호화기술의주요적용분야로는하이퍼스케일데이터센터간연결과 AR/VR, 금융, 의료등과같은시간민감형서비스등이있다 [15]. 이외에도지리적으로넓게분포되어있는클라우드환경에서의데이터센터에낮은비용으로새로운기능및서비스를추가하고, 엔터프라이즈의요구에따라서비용과운용인력의증가없이빠르게대역폭을조정하기위해서클라우드오토메이션 (Cloud automation) 기술이새롭게떠오르고있다 [18]-[22]. 현재개발중인기술들을기반으로데이터센터인터커넥트기술의발전방향을유추해보면아래와같은방향으로발전해나갈것으로예상된다. - 광파장당 400Gbps 이상의고속신호전송 - 전송거리와요구대역폭에따른다양한변조방식적용 - ROADM과 OTN 기반의링네트워크구조 - SDN/NFV 기반의개방형네트워크 - 시스템 Disaggregation - 실시간대용량서비스에적합한광계층암호화기술적용 [ 참고문헌 ] [1] Lightwave, Data center interconnects: The road to 400G and beyond, [2] Lightwave, Editorial guide Data center interconnect strategies, [3] Fujitsu, Application note data center interconnect, [4] Fujitsu, Data sheet 1FINITY L100 series, [5] Fujitsu website, [6] Juniper website, [7] Coriant website, [8] ADVA website, [9] Nokia website, [10] Lightwave, ADVA optical networking supports PAM4 data center interconnect, [11] Lightwave, ADVA optical networking touts 600-Gbps data center interconnect with TeraFlex terminal, [12] Lightwave, Fujitsu expands 1FINITY data center interconnect line, [13] Lightwave, Juniper networks provides multilayer data center interconnect approach, [14] Lightwave, SwissIX targets data center interconnect with Coriant Groove G30 deployment, [15] Nokia, Nokia 1830 PSS cloud DCI solutions, 정보통신기술진흥센터 25

10 주간기술동향 [16] Lightwave, Sales of disaggregated WDM systems for data center interconnect up 225% yearover-year: Dell Oro, [17] Ligthwave, A snapshot of today's data center interconnect, [18] Lightwave, Editorial guide SDN/NFV and optical networks, [19] Lightware, DCI-optimized technology solutions: the next wave, [20] Nokia, Strategic white paper, Cloud interconnect for enterprise and public sector, [21] ADVA, Connectivity in a world of data centers, [22] Lightwave, Cloud automation enhances optical data center interconnect,

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<30C7A5C1F62E687770> 1854 호 2018.7.11. 주간기술동향 은과학기술정보통신부 ICT 동향분석및정책지원 과제의일환으로정보통신기술진흥센터 (IITP) 에서발간하고있습니다. 주간기술동향 은인터넷 (http://www.itfind.or.kr) 을통해서비스를이용할수있으며, 본고의내용은필자의주관적인의견으로 IITP의공식적인입장이아님을밝힙니다. 정보통신기술진흥센터의 주간기술동향 저작물은공공누리