인터넷방송을위한멀티캐스트기술동향 Overview of Multicasting for Internet Broadcasting 고석주 (S.J. Koh) 박주영 (J.Y. Park) 김은숙 (E.S. Kim) 강신각 (S.G. Kang) 통신프로토콜표준연구팀선임연구원통신프로토콜표준연구팀선임연구원통신프로토콜표준연구팀선임연구원통신프로토콜표준연구팀책임연구원, 팀장 인터넷방송은 통신과방송의융합 이라는시대의한흐름속에서주목을받고있다. 대화형, 개인화, 풍부한채널자원등의특성을갖는인터넷방송은기존방송매체와의차별화를통해인터넷 TV, 교육방송및주식 / 뉴스전달서비스등의관련인터넷응용서비스산업의발전을주도하고있다. 인터넷방송서비스는여러수신자를대상으로하는다자간통신서비스임에도불구하고, 현재대부분의인터넷방송전송시스템이유니캐스트방식에의존하고있다. 이는네트워크에서의대역폭및송신시스템장비의이용측면에서비효율적이며동시접속자수측면에서도한계를지닌다. 또한, 유니캐스트트래픽의중복전송으로인해네트워크의과부하및병목현상을유발할수있으며, 이로인해전체적인서비스품질저하를초래하고있다. 본고에서는인터넷방송전송기술의효율성을증진시키고나아가관련산업경쟁력강화를위한멀티캐스트기술의적용방안에대하여논의하고, 이를위해세부적으로요구되는멀티캐스트기술에대하여살펴본다. I. 서론 최근의통신기술및서비스의발전방향은 통신과방송의융합, 광인터넷, 유무선망통합, 무선인터넷 등의키워드들로표현된다. 인터넷방송은, 특히 통신과방송의융합 이라는시대의한흐름속에서주목을받고있다. 기존의방송매체와는달리, 대화형서비스가가능하고개별고객의요구사항에따른맞춤형서비스기능을제공할수있으며, 또한무한한채널을통해다양한컨텐츠를제공할수있는특성으로인해인터넷방송, 교육방송및주식 / 뉴스전달서비스등의관련응용서비스산업발전을촉진시키고있다 [1],[2]. 한편, 인터넷멀티캐스트기술은인터넷방송등의다자간그룹통신서비스에적합한기술로서지난 20여년간꾸준히표준기술이연구개발되어왔다. 유니캐스트에비해멀티캐스트방식은네트워크자원및송신시스템의처리용량이용측면에서도매우효율적이다 [3]-[6]. 인터넷방송서비스는여러수신자를대상으로하는다자간통신서비스임에도불구하고, 현재대부분의인터넷방송전송시스템이유니캐스트방식에의존하고있다. 이는네트워크에서의대역폭및송신시스템장비의이용측면에서비효율적이며동시접속자수측면에서도한계를지닌다. 또한, 유니캐스트트래픽의중복전송으로인해네트워크의과부하및병목현상을유발할수있으며, 이로인해전체적인서비스품질저하를초래하고있다. 그동안 멀티캐스트도입에대한수익모델부재 등의여러가지이유로멀티캐스트보급이지연되어 1
전자통신동향분석제 17 권제 3 호 2002 년 6 월 왔지만, 인터넷방송등의멀티캐스트 killer 응용서비스등장에따라인터넷방송을위한멀티캐스트기술활용및보급이촉진될것으로전망된다. 본고에서는인터넷방송을위한멀티캐스트세부기술및활용방안에대하여논의한다. 먼저인터넷방송시스템및서비스특징을알아보고, 인터넷방송데이터전송에적합한유니캐스트및멀티캐스트전송구조에대해기술한다. 또한, 인터넷방송서비스전송에요구되는멀티캐스트세부기술에대하여살펴보고자한다. II. 인터넷방송서비스 1. 서비스특징인터넷방송은통신과방송이결합된기술로서최근초고속가입자망보급확대및 Internet Data Center(IDC), Contents Delivery Network(CDN) 등의네트워크고도화와함께관련인터넷산업의성장을촉진시키고있다. 인터넷방송서비스는기존의지상파방송및위성방송과는달리여러가지특화된서비스를제공하며, 다음과같은특징을갖는다. 대화형 (interactivity) 혹은양방향성 (bi-directional) 기존의방송매체에서는송신자가일방적으로고객에게컨텐츠를전송하는반면에, 인터넷방송에서는송신자와수신자간양방향통신이가능하며송신자는개별수신자와의대화를통해고객요구사항을받아들여향상된서비스를제공할수있다. 개인화서비스및채널의다양화고객은자신이원하는서비스종류및특성등을송신자에게요구할수있으며, 원하는시간대에원하는컨텐츠를수신할수있다. 또한고객취향에따라컨텐츠선택및반복재생등이가능하며이를통해고객지향 (customizing) 서비스를제공할수있다. 또한, 기존의방송매체와는달리인터넷방송은무한한방송채널을제공하며사업자는고객특성및요구에부합하는컨텐츠를개발및보급할수있다. 다른인터넷산업과의연계인터넷방송서비스는또한보안및과금기능의강화를통해전자상거래등의다른인터넷산업과의연계가용이하며관련인터넷사업의수익창출을촉진시킨다. 기존방송 단방향 인터넷방송 컨텐츠사업자 양방향 / 개인화 ( 그림 1) 기존방송과인터넷방송과의비교 사용자 2
인터넷방송을위한멀티캐스트기술동향 ( 그림 1) 은기존방송과인터넷방송과의차이점을보여준다. 인터넷방송은양방향성, 개인화에따른고객요구의수용및채널의다양화등을통해관련인터넷서비스산업의성장을촉진시킬수있다. 2. 서비스종류인터넷방송기술은비단공중파방송뿐만아니라인터넷기반전자상거래, 제품판매촉진및기업홍보등의동영상광고, 각종행사의실시간생중계서비스, 영상과문자를병행하는원격교육방송등의다양한인터넷서비스에서활용될수있다. 인터넷방송을통해제공되는서비스는전송방식에따라크게다음두가지로구분된다. 주문형 (on-demand) 서비스주문형인터넷방송서비스는 pull service 모델에해당하며고객의주문에따라컨텐츠가배달된다. 개별고객의요구에따라컨텐츠종류, 타입및전송속도등이달라질수있으며, 고객은원하는시간대에원하는컨텐츠를수신할수있다. 또한, 고객의요구에따라반복재생등의켄텐츠조작이가능하다. 컨텐츠사업자는고객분류및특성에따라컨텐츠를개발및보급할수있다. 생중계 (live broadcasting) 서비스인터넷생중계서비스는 push service 모델에해당하며, TV 방송으로비유하면녹화방송이아닌특정이벤트의실황중계에해당한다. 이방식은동시에수많은고객에게동일한컨텐츠를전송하고자할때사용되며, 또한수많은가입자에대한뉴스및홍보매체전송서비스도이에해당한다. 3. 인터넷방송시스템인터넷방송시스템은여러개의방송장치및서버들로구성된다. 서버의경우실제배치에따라약간씩차이가있겠지만대개웹서버와스트리밍전송을담당하는스트림서버로구성된다. 또한, 컨텐츠를생성혹은가공하는인코더와생성된컨텐츠를저장하는스토리지디바이스등이요구된다. ( 그림 2) 는인터넷방송시스템구조를보여준다. 주문형서비스의경우, 스토리지디바이스에저장된컨텐츠가스트림서버를통해고객에게전달되며, 생방송서비스의경우인코더를통해생성된컨텐츠는곧바로스트림서버를통해고객에게전송된다. 고객이 CP(Contents Provider) 의웹서버에접속하여관련컨텐츠를요청하면, 웹서버는생방송 / 주문 Encoder (Live) Storage Stream Server(VOD) Stream Server(Live) Encoder (VOD) 인터넷 웹서버 사용자 ( 그림 2) 인터넷방송시스템구조 3
전자통신동향분석제 17 권제 3 호 2002 년 6 월 형서비스및컨텐츠요구에따라적절한스트림서버를선택하고, 선택된스트림서버는인터넷을통해고객에게데이터를전송하게된다. 인터넷방송시스템장비들은이미많이상용화되어사용되고있으며, 특히스트리밍미디어전송기술의경우 Window Media, Real Media, MPEG 및 Quick Time 등의다양한제품들이출시되어사용되고있다. III. 인터넷방송트래픽전송구조 인터넷데이터전송방식은크게유니캐스트와멀티캐스트로구분되며, 현재대부분의인터넷서비스들은 TCP/IP 혹은 UDP/IP 기반의유니캐스트방식을통해제공되고있다. 한편, 멀티캐스트기술은본래인터넷방송등의다자간그룹통신서비스를위해개발되었으나아직폭넓게보급되어있지는않다. 하지만, 최근인터넷방송및원격교육등의관련응용서비스시장이급격히성장하고있고, 또한유니캐스트에비해멀티캐스트가갖는효율성및경제성등으로인해조만간멀티캐스트기술이널리사용될것으로전망된다. 특히, 주문형서비스처럼 개별고객의특성화에기초한컨텐츠전송에는유니캐스트전송이적합하지만, 생방송서비스의경우동시에수많은가입자에게컨텐츠를전송해야함에따라네트워크자원의효율성측면에서멀티캐스트전송이절실히요구된다. 본절에서는인터넷방송컨텐츠전송을위해사용될수있는전송구조에대하여기술한다. 특히, 유니캐스트및멀티캐스트전송기술의관점에서대안들을제시하고장단점을비교분석한다. 1. 유니캐스트 (Pure Unicast) 가. 전송메커니즘현재인터넷방송서비스에서가장많이사용되는전송방식으로, 송신자와각개별수신자간에 TCP/IP 혹은 UDP/IP 유니캐스트연결을통해데이터패킷이전송된다. ( 그림 3) 에서보여지듯이, CP 송신자와각수신고객간에개별적인유니캐스트연결을통해데이터가전송된다. 각수신자는 CP의웹서버에접속하여컨텐츠를요청하고 CP는스트림서버를이용하여해당컨텐츠를전송한다. CP Local Network Internet Local Network ( 그림 3) 유니캐스트전송방식 4
인터넷방송을위한멀티캐스트기술동향 나. 장단점분석 1) 장점현재인터넷에널리보편화된전송방식이며개별고객에게특성화된서비스를제공하는주문형서비스에적합하다. 또한, CP와고객간에직접적인연결이설정되므로 CP 입장에서개별고객에대한접속정보, 컨텐츠이용정보및트래픽통계자료등을쉽게얻을수있어과금및고객관리정책을수립하기에유리하다. 2) 단점인터넷망에서의부분적인폭주등의네트워크환경변화에따라전송지연및데이터손실이증가할수있으며이로인해데이터전송품질이급격히저하되는, 소위 middle-mile 문제를겪을수있다. 또한, 접속자수만큼의유니캐스트연결이설정되므로많은네트워크대역폭이요구되며, 송신서버시스템의부하가많이걸린다. 따라서, CP의송신시스템용량및네트워크링크대역폭에따라동시에접속자수가상당히제한된다. 대규모그룹으로구성되는인터넷방송서비스및생방송서비스에적용하기에는많은한계를지닌다. 2. 중계기서버기반유니캐스트중계 (Relay Server based Unicast Relay) 가. 전송메커니즘지역별혹은 ISP 도메인별중계기서버 (relay server) 가위치하여, CP의송신트래픽을수신자에게중계해주는방식이다. CP에서중계기서버및중계기서버에서수신고객간에는모두유니캐스트연결을사용한다. 송신데이터가수신호스트에도착하기전에중계기서버를경유하는과정에서네트워크상위계층인 수송계층혹은응용계층 기능을수행해야하므로 응용계층멀티캐스트 (application layer multicast) 방식이라고도불린다. ( 그림 4) 는중계기서버기반유니캐스트중계전송방식의예를보여준다. 송신트래픽은각중계기서버에유니캐스트로전송되며, 개별고객들을지리적으로가까운위치의중계기서버로부터유니캐스트연결을통해인터넷방송데이터스트림을수신하게된다. 최근주목을받고있는 CDN 기술은 응용계층멀티캐스트 방식의대표적인예이다. CDN 전송사업자는네트워크의각지역에 CDN 지역서버를설치하고, 수신자는원거리의 CP가아니라가까이에위 CP Local Network Relay Server Local Network Internet Relay Server ( 그림 4) 중계기서버기반유니캐스트중계전송방식 5
전자통신동향분석제 17 권제 3 호 2002 년 6 월 치한 CDN 서버로부터인터넷방송스트림을받게함으로써유니캐스트전송방식에서겪고있는소위 middle-mile 문제를해결하고자한다. CDN 기술의등장으로인해 CDN 전송사업 이라는새로운사업분야가자리잡고있으며 Cisco Systems사등의국내외여러회사에서관련솔루션제품을개발및판매하고있다. CDN 전송사업은외국의경우 Inktomi, Akamai, 국내의경우 KT 및 CDNetworks사등에서참여하고있다 [7]. CDN 기술외에도 응용계층 에서멀티캐스트기능을구현하는방식도제안되고있다. 미국의일부학계에서진행중인 Your Own Internet Distribution(YOID) 프로젝트에서는특정그룹에참여하는수신호스트간에논리적트리를구성하여트리를따라각호스트간에유니캐스트중계를시도하는방식을연구중이다 [8]. 한편, 국내에서는 EGC&C[9] 및 RITZ Communications[10] 등의회사에서네트워크에서의멀티캐스트라우터를사용하지않고일부수신호스트에서소프트웨어적으로멀티캐스트전송기능을구현하는기술들을개발하여관련분야의시장을주도하고있다. 나. 장단점분석 1) 장점지역서버기반유니캐스트중계방식은기존의 Pure Unicast 방식에비해네트워크대역폭및송신시스템자원의이용측면에서효율적이다. 또한, 고객의입장에서컨텐츠를받기위해인터넷백본을통과하는원거리의 CP에연결을설정하는대신, 가까이에있는중계기서버로부터데이터를수신하기때문에데이터전송의품질을향상시킬수있다. 이러한방식은주문형서비스에적합하다. CDN 의경우각 CP는컨텐츠들을미리여러대의 CDN 중계기서버에분배해놓는다. 고객이웹서버등을통해컨텐츠전송을요구하면 CP는고객과가까이 에위치한최적의 CDN 중계기서버를찾아고객에게응답하고고객은해당중계기서버에접속하여컨텐츠를수신하게된다. 2) 단점 CDN 전송구조로생중계서비스를제공하기에는다소문제점을지닌다. 생중계서비스의특징은수많은동시접속자와실시간데이터의 seamless 전송에있는데비해, CDN은기본적으로유니캐스트중계전송에의존하므로동시접속자수가급격히증가하는경우대처능력에한계가있다. 또한, 생방송스트림이 CP에서수신자에도착하는동안에 CDN 중계기서버에서 < 네트워크계층 수송 / 응용계층 네트워크계층 > 의변환과정을거쳐야한다. CDN 방식의경우컨텐트보급은 CP에서수행하지만컨텐츠의실제전송은 CDN 중계기서버에서담당하므로 Pure Unicast 방식에비하여 CP의컨텐츠및고객관리기능이약해지며, 또한 CDN 망에서의컨텐츠제어, 분배및관리가모두 CDN 전송사업자에의해이루어지므로 CP와 CDN 사업자 간역학구조가다소 CDN 사업자위주로전개될수있다. 3. 멀티캐스트 (Pure Multicast) 가. 전송메커니즘멀티캐스트방식에서는인터넷망에멀티캐스트기능이보급되어있다고가정한다. CP는웹서버를통해멀티캐스트세션을생성하고, 고객들에게멀티캐스트데이터를수신하기위해필요한세션정보를공지한다. 고객들은 CP의웹서버로부터관련정보를얻은후멀티캐스트세션에가입하고네트워크에서멀티캐스트연결을설정한다. 이러한과정을통해네트워크라우터간에멀티캐스트트리가형성된다. ( 그림 5) 에서보여지듯이, CP가전송한데이터는네트워크의멀티캐스트트리를통해각고객들에게전달된다. 별도의중계기서버는사용되지않는다. 6
인터넷방송을위한멀티캐스트기술동향 CP Multicast-enabled Local Network Multicast-enabled Local Network Multicast-enabled Internet ( 그림 5) 멀티캐스트전송방식 나. 장단점분석 1) 장점 IP 멀티캐스트기술은지난 20여년간의연구개발을통해충분히성숙된표준기술이며, 유니캐스트방식에비해네트워크자원이용및전송측면에서매우효율적이다. 대부분의상용라우터들은이미멀티캐스트기능을탑재하고있으므로 ISP 입장에서관련수익모델형성이구체화되면곧바로사용될수있다. 멀티캐스트방식은수많은동시접속자를갖는인터넷생중계방송서비스에매우적합한전송방식이며, 이론적으로무대의수신자들에게전달될수있다. 또한, 수신자에도달하기까지패킷전송이모두네트워크계층에서이루어지므로패킷전송시간이매우짧다. 2) 단점생중계서비스에는적합한반면에, 개별고객에게특성화된컨텐츠및품질을제공하는주문형방송서비스에는적합하지않은측면이있다. 국내의경우두루넷등의일부 ISP들은멀티캐스트를도입하고있지만, 아직도많은 ISP 망에는도입되어있지않다. 특히, DSL(Digital Subscriber Line) 및케이블모뎀등의하부전송구조에서의멀티캐스트기능지원여부가아직검증되지않았다. ISP 망내부에서의멀티캐스트적용은상대적으로쉬운반면에, 서로다른 ISP 간의멀티캐스트전송기술은아직해결되어야할많은문제를지니고있다. 4. 중계기서버기반멀티캐스트 (Relay Server based Multicast) 가. 전송메커니즘위에서기술하였듯이, ISP 망내부에서의멀티캐스트보급은쉬운반면에, 가까운시일내에멀티캐스트기능이전체인터넷에보급되기에는다소시간이걸릴것으로전망됨에따라유니캐스트와멀티캐스트를혼합한전송구조가효과적인대안으로전망된다. 이방식에서는멀티캐스트가지원되지않는인터넷백본망에서는 ISP 간 IX(Internet exchange) 포함 유니캐스트연결을사용하고, 멀티캐스트가지원되는지역망에서는중계기서버를이용하여개별고객과의멀티캐스트연결을사용한다. 특히, 이방식은 CP와고객들이다른 ISP 도메인에속해있는경우에매우효과적이다. ( 그림 6) 에서보여지듯이, CP에서각지역망의 7
전자통신동향분석제 17 권제 3 호 2002 년 6 월 CP Multicast-enabled Network Relay Server Multicast-enabled Network Internet Backbone Relay Server ( 그림 6) 중계기서버기반멀티캐스트전송방식 중계기서버까지는유니캐스트연결을이용하여데이터를전송하고, 중계기서버는개별고객들에게멀티캐스트연결을통해데이터를전송한다. 지역망에위치한고객은 CP의웹서버에접속하여중계기서버의위치및멀티캐스트지원여부를파악하고중계기서버와의멀티캐스트그룹에가입하여데이터를수신하게된다. 나. 장단점분석 1) 장점위방식은유니캐스트와멀티캐스트의혼합전송방식으로서, 멀티캐스트도입전망에따른현실적인대안으로볼수있다. 또한, 멀티캐스트가지원되는지역망에서는멀티캐스트전송을활용하여네트워크자원이용의효율성을도모할수있다. 인터넷생중계서비스가대표적인타깃서비스로볼수있다. 또한, 지역중계기서버에서 CDN 전송방식과병행하여사용하는경우주문형서비스및생중계서비스모두를지원할수도있다. 이경우, 지역서버에서주문형서비스요구에는유니캐스트전송을사용하고생중계서비스에는멀티캐스트전송을사용하게된다. 2) 단점지역서버에서의유니캐스트와멀티캐스트전송의원활한연계를위해컨텐츠분배관리, 멀티캐스트그룹및세션관리등의세부기술개발이추가적으로요구되지만관련기술의개발은현재까지개발된멀티캐스트표준기술을활용하면쉽게해결될것으로전망된다. 5. 전송방식별비교분석지금까지기술된 4가지의인터넷데이터전송방식에대한장단점및특징을비교정리하면 < 표 1> 과같다. 유니캐스트방식은주문형서비스에적합한반면에, 멀티캐스트혹은혼합방식은생중계서비스에적합하다. 네트워크자원및처리용량의이용효율성은멀티캐스트방식에서높다. 동시접속자수또한멀티캐스트를적용하는경우에급격히증가시킬수있다. 컨텐츠및고객관리차원에서는유니캐스트방식에서유리하지만, 멀티캐스트방식에서도별도의그룹및세션관리기술을통해제공될수있다. 종합적으로볼때, 주문형서비스및생중계서비스모두를효과적으로지원하면서자원이용의효 8
인터넷방송을위한멀티캐스트기술동향 < 표 1> 인터넷방송데이터전송방식별비교전송방식중계기서버중계기서버유니멀티기반기반캐스트캐스트특성유니캐스트멀티캐스트 타깃서비스주문형주문형생중계생중계 자원이용효율성 동시접속자수 컨텐츠및고객관리 전송서비스품질 매우낮음낮음매우높음높음 매우적음적음매우많음많음 용이함 비교적용이함 별도관리요구됨 별도관리요구됨 낮음높음매우높음높음 율성및경제성을높이기위해서는두번째와네번째방식을병행하여사용하는것이바람직하다. IV. 인터넷방송을위한멀티캐스트세부기술 지금까지인터넷방송데이터의전송을위해적용할수있는가능한전송구조에대하여살펴보았다. 인터넷방송서비스특성을고려해볼때멀티캐스트전송기술을적용하여네트워크자원의이용효율성을증진시킬수있고, 특히생중계서비스의경우동시접속자의수를획기적으로증가시킬수있으며이를통해인터넷방송관련사업의수익모델을개선시킬수있다. 본장에서는위에서기술한 멀티캐스트기반인터넷방송전송구조 를구현하기위해요구되는멀티캐스트세부기술들에대하여살펴본다. 세부기술별제공되는기능과관련멀티캐스트표준기술들을분석한다. 1. 멀티캐스트세션생성및공지 CP 등의멀티캐스트송신자는멀티캐스트전송을위해먼저각컨텐츠전송스트림에대한멀티캐스트주소를설정하고, 세션생성및공지기능을수행해야한다. 공지된세션정보를토대로컨텐츠에관심이있는고객들은멀티캐스트세션에가입한다. 가. 멀티캐스트주소설정인터넷멀티캐스트전송을위해서는 <224/8 239/8> 범위의인터넷 Class D 주소가사용되며, 멀티캐스트송신자는데이터전송에사용할 Class D 주소를설정한다. 멀티캐스트주소는다른그룹혹은세션에서사용되는멀티캐스트주소와중복되지않도록설정될필요가있으며, 이를위해 IETF에서는멀티캐스트주소할당규칙및절차에관한 Multicast Address Allocation Architecture(MAAA)[11] 표준기술을제정중에있다. 멀티캐스트주소설정문제의해결을위해서는 <232/8> 주소범위의 Source Specific Multicast(SSM)[12] 주소범위를사용하는방안도있다. MAAA 방식의기술적복잡성을고려해볼때 SSM 주소범위의사용이더효율적인것으로평가된다. 나. 세션생성멀티캐스트송신자는세션을생성하고멀티캐스트주소정보와함께각종컨텐츠및세션에관한정보를 세션 ID, 미디어타입, 컨텐츠정보등 고객들에게공지한다. 세션정보를표현하기위한권장방식은 Session Description Protocol(SDP)[13] 표준문서에정의되어있으나경우에따라 SDP의변형된형식도가능하다. 다. 세션공지 CP는멀티캐스트세션을생성한후관련정보들을고객들에게공지한다. 세션공지를위한기술표준으로는 Session Announcement Protocol (SAP)[14] 프로토콜이있다. SAP 프로토콜의경우현재 MBONE 시험망에서사용되고있으며, 세션공지를위해별도의멀티캐스트제어주소를사용한다. SAP는표준기술이긴하지만세션공지를위해별도의멀티캐스트제어채널을설정해야하고이로인해과도한트래픽을발생시키는문제점이있다. SAP 방식이외에도 web-based 방식이가능하 9
전자통신동향분석제 17 권제 3 호 2002 년 6 월 며, 이는멀티캐스트송신시스템에서웹을이용하여멀티캐스트주소등의세션관련정보를공지하고, 고객들은웹에접속하여관련정보를습득한후세션에가입을시도하는방식이다. 현재의인터넷방송서비스가 CP의웹서버를통해이루어지고, 또한 SAP 방식의단점등을고려할때인터넷방송에서의세션공지를위해서는 web-based 방식이선호된다. 라. 사용자의세션가입고객은공지된세션정보를토대로세션에참여할지여부를결정하고참여하는경우세션에가입한다. 이때, CP는적절한사용자인증절차를수행하여인증된사용자만멀티캐스트컨텐츠를수신하도록제한할수있다. 2. 멀티캐스트데이터전송및라우팅프로토콜가. 수신호스트의네트워크바인딩세션에가입한수신호스트는멀티캐스트주소를토대로, Internet Group Management Protocol (IGMP)[15],[16] 프로토콜을이용하여네트워크라우터에자신을바인딩한다. 네트워크라우터는 IGMP를토대로자신의서브넷 (subnet) 에그룹멤버가있음을알게된다. IGMP는하나의라우터와여러호스트로구성되는서브넷안에서라우터가자신의호스트들이어떤멀티캐스트그룹에관심이있는지를파악하기위한일종의시그널링 (signalling) 프로토콜이다. IGMP 프로토콜은다음두가지의제어메시지를기반으로동작한다. IGMP Query IGMP Report 라우터는주기적으로서브넷호스트들에게 IGMP Query 메시지를전송한다. IGMP Query 메시지에 응답하여, 호스트는자신이가입하고자하는그룹주소 G 정보를 Report 메시지를통해라우터에게알려준다. 호스트는 Query 메시지없이도먼저 Report 메시지를라우터에게전송할수있다. ( 그림 7) 은위의두가지메시지를이용하는 IGMP 동작메커니즘을보여준다. Router Network IGMP Query to 224.0.0.1 Router Host Membership Report to Group Address ( 그림 7) IGMP 동작방식 Host A Host B Host C IGMP에서주목할것은라우터의입장에서그룹 G에대한호스트목록을유지할필요가없다는점이다. 즉, 해당서브넷이그룹 G에대한멀티캐스트수신을원하는지여부만판단하고구체적으로어떤호스트들이그룹 G에가입했는지는알필요가없다. 그룹 G의데이터수신을원하는경우, 라우터는네트워크트리를통해유입되는멀티캐스트데이터를자신의서브넷으로포워딩한다. IGMPv1[15] 및 IGMPv2[16] 와는달리, IGMPv3 에서는 [17] 그룹주소 G 뿐만아니라송신자의 IP 주소 S 를 IGMP 메시지에포함시킨다. 이를통해, 소위 Source Filtering 기능을제공하며, 각수신자는같은그룹주소 G에대해서도특정 sources 가보내는데이터만을수신할수있다. 나. 멀티캐스트라우팅프로토콜 멀티캐스트라우팅프로토콜은인터넷멀티캐스트의핵심기술이다. 멀티캐스트라우팅프로토콜이란송신측의서브넷라우터에서수신측의서브넷라우터에이르는네트워크상의전송경로혹은멀티캐스트트리 (tree) 를구성하는일종의시그널링프 10
인터넷방송을위한멀티캐스트기술동향 로토콜이다. 라우팅프로토콜에의해각라우터들은해당그룹 G에대한멀티캐스트포워딩테이블을설정하게된다. 지금까지 IETF에서제안되어온주요멀티캐스트라우팅프로토콜표준은다음과같다 [3]-[5]. DVMRP(Distance Vector Multicast Routing Protocol) MOSPF(Multicast extensions to OSPF) CBT(Core Based Tree) Protocol PIM-SM(Protocol Independent Multicast Sparse Mode) SSM(Source Specific Multicast) 확장성측면에서 PIM-SM 방식이가장효율적인것으로알려져있으며현재널리사용되고있다. 한편, SSM 방식은최근에등장한라우팅기술로서인터넷방송처럼하나의송신자를갖는멀티캐스트그룹통신에특히적합하다. 본절에서는 SSM 멀티캐스트라우팅기술에대하여보다상세히살펴보고자한다. SSM에서는멀티캐스트채널이그룹주소 G 뿐만아니라송신자의 IP 주소 S의조합으로식별된다는점이다. 예를들어, (S,G) = (129.254.0.1, 232.7.8.9) 채널과 (S,G) = (129.254.0.2, 232.7.8.9) 채널은서로다른멀티캐스트그룹으로인식된다. SSM은 232/8(232.0.0.0 232.255.255.255) Class D 주소범위를사용하도록규정하고있다. 라우터에서의 SSM 포워딩테이블은 (S,G) 마다다르게유지및관리된다. 기존의라우팅프로토콜은그룹주소 G만을참조하는 IGMPv1 과 IGMPv2를토대로운용되는반면에, SSM은 IGMPv3와함께사용되며 IGMP의 (S,G) 멀티캐스트그룹정보를토대로라우터간의멀티캐스트트리를구성한다. ( 그림 8) 에서보여지듯이 IGMPv3를통해 (S,G) 에가입한수신자 (R) 를확인한라우터는 S를향해 Join(S,G) 메시지를전송하고, S에이르는경로를따라멀티캐스트트리가형성된다. S Join(S,G) R R S ( 그림 8) SSM 트리 SSM은기존 PIM-SM 프로토콜의확장을통해쉽게제공될수있으며, Nortel Networks 와 Cisco Systems에서는 SSM을위한 PIM-SM 확장방안을제시하고있다. 특히, SSM은기존멀티캐스트방식에비해다음과같은장점을갖는다. 관리의용이성 (easy to manage) SSM의가장큰장점은 ISP 입장에서송신자를제어하기에매우용이해진점이다. 기존방식에서는어느사용자나멀티캐스트데이터송신이가능하였지만, SSM에서는 SSM 트리구성및데이터포워딩이 (S,G) 식별자를중심으로운용되므로 ISP는인증되지않은송신자의데이터송신을차단할수있다. 구현의용이성 (simple to implement) SSM은 PIM-SM 및 CBT 방식에서사용하는 bootstrap 메커니즘을사용하지않으며, 트리구성및유지를위해제어메시지의수도현격히감소시켰다. 따라서대규모그룹이나망에쉽게확장할수있다. 주소할당불필요 (no need for multicast address allocation) 멀티캐스트채널이 G 뿐만아니라 S와함께정의되므로유일한 (globally unique) 멀티캐스트주소할당이필요하지않다. 각인터넷방송송신자는 Class D 전체주소범위를모두사용할수있다. 11
전자통신동향분석제 17 권제 3 호 2002 년 6 월 3. 종단간멀티캐스트신뢰전송및세션제어기술신뢰성을요구하는인터넷방송서비스의경우, 멀티캐스트전송에대한오류제어및혼잡제어기능이요구되며또한멀티캐스트세션에대한가입자관리및서비스품질관리등이요구된다. 가. 멀티캐스트신뢰전송기술 RMT(Reliable Multicast Transport) 로알려진멀티캐스트신뢰전송기술은 오류제어및혼잡제어를통한멀티캐스트데이터전송의신뢰성제공 을주요목표로한다. RMT는종단사용자 (end users 혹은 end hosts) 간의프로토콜이다. 즉, 네트워크에서 IP 멀티캐스트전송이사용될때종단멀티캐스트사용자간의데이터전송에대한신뢰성을제공하는것이다. RMT 기술은일종의 멀티캐스트에서의 TCP 기술 이다. 즉, TCP가하나의송신자와수신자간의오류제어및폭주제어기술인반면에, RMT는다수의수신자에대하여멀티캐스트데이터전송의신뢰성을제공한다. TCP에서는오류패킷의복구를위해수신자가송신자에게 ACK(Acknowledgement) 패킷을보내어데이터재전송을요구한다. 다수의수신자가존재하는멀티캐스트통신에서 TCP 메커니즘을그대로적용하는경우에, 수많은수신자들의 ACK 패킷이송신자에게집중되어송신시스템이마비되는 ACK implosion 문제가발생한다. 이러한문제를소위 확장성 (scalability) 문제라하며, 대규모그룹으로확장이용이한 RMT 프로토콜개발이최근 20여년간의주요연구이슈였다. 현재까지 IETF 및 ITU-T ISO/IEC JTC1 등의국제표준기구에서는다음의 RMT 프로토콜이제안되어왔다 [3],[6]. 1) TRACK(Tree based ACK) ACK implosion 문제를해결하기위해송 / 수신자그룹을하나의논리적트리로구성한다. 논리적 트리는네트워크계층의라우팅트리와는달리종단호스트간에 Parent-Child 관계만을정의하며, parent와 children으로구성되는로컬그룹별로오류제어및혼잡제어기능이수행된다. 2) NORM(NACK based Reliable Multicast) 데이터수신의성공을나타내는 ACK 대신, NACK (negative ACK) 를사용하여데이터수신에실패한경우에만 NACK를전송함으로써 ACK implosion 문제를해결한다. 3) FEC(Forward Error Correction) RMT 프로토콜의확장성문제가 ACK 등의피드백 (feedback) 패킷에서기인한다는인식하에, 송신자는적절한 FEC 인코딩방식을통해데이터와함께여분의 (redundant) 데이터를함께전송하여수신측에서 FEC 디코딩을통해스스로오류를복구할수있게한다. 4) ECTP(Enhanced Communications Transport Protocol) 위 3가지는 IETF에서제안되었으며 [3], ECTP 는 ITU-T SG7 및 JTC1 SC6 표준기구에서공동으로제안되었다 [18]. 신뢰전송기능측면에서는 TRACK 방식을취하고있으나, 다른방식과는달리강력한종단간세션연결제어및서비스품질관리기능을제공한다. ECTP 관련기술개발및표준화작업은한국전자통신연구원에서주도하고있다 [19]. 종단간멀티캐스트신뢰전송기능제공을위해서위의 4가지방식중의하나가사용되어질수있으며각방식에대한표준화작업은현재진행중에있다. 나. 멀티캐스트세션제어기술멀티캐스트세션혹은그룹관리기술은멀티캐스트를이용하여인터넷방송컨텐츠를이용하는고객에대한관리및과금을위해접속통계및멀티캐스트트래픽이용에관한통계를수집하는기능이며, 12
인터넷방송을위한멀티캐스트기술동향 다음기능들을포함한다. 1) 세션멤버십관리멀티캐스트멤버십관리란인증된사용자만세션에참여할수있도록하고나아가현재세션에참여중인멤버십정보를송신자에게통보해주는기술을말한다. 이는특히멀티캐스트서비스사업자의입장에서과금 (billing) 정보를제공하고보안성을제공한다는측면에서중요하다. 2) 멀티캐스트세션품질관리실제멀티캐스트데이터세션에서세션전송상태정보를지속적으로감시및파악함으로써바람직한세션상태를유지하도록하는기술이다. 이를위해각수신자는세션상태정보를주기적으로송신자에게보고할필요가있으며, 송신자는수집된세션상태정보를토대로데이터전송속도조절등의조치를취하게된다. 세션관리는특히서비스품질 (QoS) 보장을요구하는멀티캐스트응용서비스에서유용하게쓰일수있는기술이다. 현재관련기술에대한연구개발은전세계적으로전무한실정이고, 한국전자통신연구원에서는멀티캐스트서비스및전송표준기술개발활동을추진하고있으며, 관련결과를 ITU-T 등의국제표준기구에제안하여국제표준승인작업을추진중에있다 [18]-[22]. V. 결론및향후전망 인터넷방송서비스는크게주문형서비스와생중계서비스로구분해볼수있다. 주문형서비스의경우기존의유니캐스트전송방식혹은 CDN 등의기술로충분히수용될수있지만, 생중계서비스의경우멀티캐스트전송방식에크게의존할것으로보인다. 특히, 멀티캐스트혹은지역서버기반멀티캐스트전송방식은대규모수신자로구성되는인터넷생중계서비스등에매우효율적으로사용될수있다. 향후인터넷방송서비스시장의활성화정도에따라유니캐스트및멀티캐스트전송방식들이혼합되어사용되어질것으로전망된다. 한편, 위성방송및디지털방송기술및시장은인터넷방송산업과깊은연관을맺으면서발전할것으로전망된다. 서비스시장측면에서, 인터넷방송과위성 / 디지털방송은경쟁관계에있을수도있으며, 각자의고객특성화전략에따라상호보완관계를맺을수도있다. 기술측면에서볼때인터넷방송과위성 / 디지털방송은 방송서비스의전세계화 및 방송서비스품질의고도화 등의측면에서상호보완관계속에발전할것으로전망된다. 참고문헌 [1] 한국인터넷방송협회, http://www.kwn.or.kr/ [2] Webcast Conference, http://www.webcastconference.co.kr/ [3] 고석주외, 인터넷멀티캐스트신기술동향, ETRI, 전자통신동향분석, 제 16권제 2호, 2001. 4., pp. 1 9. [4] 고석주외, 차세대인터넷멀티캐스팅기술동향, 한국통신학회정보통신지, 제 17권제 9호, 2000. 9., pp. 168-187. [5] 고석주외, 인터넷멀티캐스트라우팅기술동향, ETRI, 전자통신동향분석, 제 15권제 3호, 2000. 6., pp. 28-41. [6] 고석주외, 멀티캐스트신뢰전송기술및표준화동향, ETRI, 주간기술동향, 00-16 호, 2000. 5., pp. 16-33. [7] Content Alliance, http://www.content-peering.org/ [8] YOID, http://www.aciri.org/yoid/ [9] EGC&C, http://www.cast365.com/ [10] RITS communications, http://guide.newmulticast. com/ [11] D. Thaler etc, The Internet Multicast Address Allocation Architecture, IETF RFC 2908, Sep. 2000. [12] Source Specific Multicast, http://sith.maoz.com/ SSM/ [13] M. Handley etc, SDP: Session Description Protocol, IETF RFC 2327, Apr. 1998. [14] M. Handley etc, Session Announcement Protocol, IETF RFC 2974, Oct. 2000. [15] S. Deering, Host Extensions for IP Multicasting, IETF RFC 1112, Aug. 1989. 13
전자통신동향분석제 17 권제 3 호 2002 년 6 월 [16] W. Fenner, Internet Group Management Protocol, Version 2, IETF RFC 2236, Nov. 1997. [17] B. Cain, S. Deering, and A. Thyagarajan, Internet Group Management Protocol, Version 3, working in progress, draft-ietf-idmr-igmp-v3-05.txt, Nov. 2000. [18] ITU-T Recommendation X.606 ISO/IEC 14476-1, Enhanced Communications Transport Protocol: Specification of Simplex Multicast Transport, approved in Oct. 2001. [19] ITU-T draft Recommendation X.606.1 ISO/IEC CD 14476-2, Enhanced Communications Transport Protocol: Specification of QoS Management for Simplex Multicast Transport, to be approved in 2002. [20] ITU-T draft Recommendation X.gmp, Specification of Group Management Protocol, working in progress in Q.8/17, 2002. [21] ITU-T draft Recommendation X.rtm, Specification of Relayed Transport for Multicast Applications and Services, working in progress in Q.8/17, 2002. [22] ECTP Homepage, http://ectp.etri.re.kr/ 14