Data center Network 전망 ETRI 통신인터넷연구부문스마트네트워크연구부스마트노드플랫폼연구실이범철 2013. 6. 24.
목차 1. 머신및가상화 1 2. 데이터센터및 ISP 현황 6 3. 응용기반 / 멀티테넌트네트워크 11 4. OpenStack 네트워크 23 5. 네트워크설치모델 30 1
The Free Lunch Is Over /Herb Sutter(2009) 반도체공정기술발전으로집적도가증가함에따른부수적효과 클럭속도개선 소모전력개선 성능개선 상기효과들로인한프로세서성능향상으로소프트웨어규모를손쉽게확대시켰음 2 2005 년이후더이상부수적인효과종료 대안은 Multicore 병렬프로그래밍기법및관련도구개발필요 Virtual Machine 등장
Welcome to the Jungle /Herb Sutter $B 12 10 8 6 4 2 IT consulting Systems integration Network consulting and integration IT consulting (storage) Systems integration (storage) Hardware support services Software support services IT education and training 세계가상화서비스시장 (IDC 2012/9) 싱글프로세서머신 멀티코어 클라우드코어 Unicore(1975-2005) Multicore(2005~) Cloud core(2010~) Good News Moore s Machine 10 년더지속 Cloud Machine 의발견및 Moore 의법칙보다더빠른증가 가상화 2016 년세계가상화서비스시장 $31.9B, 년 9.6% 성장예상 가상화서비스시장 : 시스템통합, IT 컨설팅, 하드웨어지원및개발등 가상화이용시장 : 클라우드, 서버 /OS 통합, VDI 등 3 0 2011 2012 2013 2014 2015 2016
Micro/Density Optimized Server 저전력서버필요성 중앙집중기반의연산중심응용대비 Web 처리 Scale-out 응용증가 데이터센터운영비의 30~50% 가전력사용요금 서버설치공간 저전력 CPU 기술발전 Cloud Machine 기술발전및장점 (Scale-out) 부각 Density 및 Workload 최적화 서버에탑재되는프로세서, 메모리, 스토리지용량을수행되는 Workload 속성에따라맟춤형으로배치가능 Rack 당 node 수를 1K 개이상크게할수있음 Web, 데이터베이스검색에유리 4
저전력프로세서및 On-chip Fabric Switch Light Scale-Out Apps Atom TM S1200 2.0GHz Xeon E3-1265Lv2 Compute Intensive Apps Atom TM S1200 2.0GHz Xeon E3-1265Lv2 저전력프로세서현황 Intel x86 Atom 및 ARM CPU Intel x86 기반 S1200 출시 (2012/12/11) 64bit ECC 지원 ( 세계최초 ) 8W(1.6GHz), 32nm 공정, $50 ARM Quad 32bit Cortex-A15(2013 년말출시 ) ARM Octal 64bit Cortex-A57(2013 년말제작예정 ) 고성능 CPU 대비가격 1/5 배절감, 소모전력 1/10 절감, 공간 ½ 절감 *Based on HP internal testing(hp 2012). On-chip Fabric Switch 혁신적으로소모전력, latency, 비용을줄임 로컬버스기반프로세서간통신 다양한접속방식제공 IO 가상화 PCIe, Infiniband Switch 사용 기존가상스위치를대체 5
목차 1. 머신및가상화 1 2. 데이터센터및 ISP 현황 6 3. 응용기반 / 멀티테넌트네트워크 11 4. OpenStack 네트워크 23 5. 네트워크설치모델 30 6
데이터센터및통신노드현황 7 Legacy 데이터센터 : 다계층 / 다단네트워크구조 통신사업자 / 기업망장비그대로사용 50~75% East-West 트래픽 (ONS2012) 비효율적인스위칭 데이터센터내 : 76%, 데이터센터간 : 7%, 데이터센터 - 사용자간 : 17%(Cisco, 2012) 다계층다단구조 Latency 및부하관리복잡, 완벽한가상화및 QoS 어려움 통신사업자 : 다계층 / 다단네트워크구조및많은종류의네트워크장비 복잡한오버레이네트워크구조 자원관리및확장한계 Tree 구조의 Aggregation/Distribution, North-South 트래픽대부분 (90% 이상 ) 신규서비스에대해서 case-by-case 로대응 ( 설치장소, 소모전력, 관리, 수익창출어려움 )
데이터센터현황 VM 증가에따른클라우드변화 VM 밀도증가 관리비용증가 융합시스템 ( 관리비용절감 ) 서버관리비용증가 (IDC2012/12) 관리비용 2000 년대비 2012 년 30% 증가 데이터센터에서 80% 가관리비용에소요 현재네트워크, IT 인프라, 응용별개로존재 네트워크 +IT 인프라 + 응용 + 보안밀결합 응용에신속대응및신규시장창출 융합시스템 : 서버 + 스토리지 + 네트워크 + 자동화소프트웨어 통합 (Integrated) 또는융합 (Converged) 시스템은서버, 스토리지, 네트워크및자동화소프트웨어를밀결합하여일체형관리체계를통해데이터센터비용증가요인을해결 8
트래픽증가및속성변화 Trends in the Expansion of Meaningful Interactions via the Internet Giga Bytes 160 120 Worldwide Traffic (Per Month & User) IDC 2012/2 Wireline Mobile Giga Bytes 6 4 80 40 2 0 2010 2011 2012 2013 2014 2015 0 9 2011 년대비 2015 년유선트래픽 6 배 (97.2EB/Month), 모바일트래픽 30 배증가 (19.3EB/Month) 2010 년부터 2015 년까지매년평균유선트래픽 59%, 모바일트래픽 145% 증가 2020 년 Things 는사람및정보보다더많은트래픽생성 클라우드데이터센터트래픽 2011 년대비 2016 년 6 배증가 2016 년전체 Workloads 의 2/3 를클라우드데이터센터에서처리
CSP 현황및전망 통신사업자는 트래픽폭증 네트워크용량증설압력 트래픽용량증가와매출의불일치 심각한가격인하압력을 경험하게될것임 (Gartner 2012/3 : Market Insight: The Impact of Green Broadband Technologies and Network) Communications Service Provider Cloud Service Provider (Gartner 2012/9 : Gartner's Advice for CSPs Becoming Cloud Service Providers) CSP 는 2016 까지기존네트워크서비스 ( 음성, 데이터등 ) 에서매년 3.7% 감소예정 통신사업자는기존서비스에서수익감소를상쇄하기위해클라우드서비스도입불가피 2015 년세계상위 100 CSP 중 50% 가클라우드인프라중계서비스지원예상 클라우드와모바일은 IT 와네트워크간융합가속화요구 (Gartner 2012/9 : Market Insight: Ten Success Factors for CSPs Offering Cloud and IT Services Through 2017) 10
목차 1. 머신및가상화 1 2. 데이터센터및 ISP 현황 6 3. 응용기반 / 멀티테넌트네트워크 11 4. OpenStack 네트워크 23 5. 네트워크설치모델 30 11
가상머신및네트워크 Hypervisor Session/Flow Port/Link/Path Rate-limit 가상머신및서버가상화 18 개월마다서버당가상머신수 2 배씩증가 (Gartner) 2012 년이후서버작업량의 50% 이상이가상화될것임 (Gartner) Port/Link/Path 속도증가 높은 Aggregation 으로 Port/Link/Path 당많은 Session 속도증가에따라네트워크유연성, 재구성, 가상포트수부족등문제점발생 데이터센터네트워크변화 Flat 스위치 : Full-mesh Flat topology TRILL(IETF)/SPB(802.1aq Shortest Path Bridging) EVB(Edge Virtual Bridge) Virtual Switch L2 Virtual Switch Flow based Open vswitch(l2-4 Virtual Switch): Nicira(VMware) Tunneling 기반 Overlay 네트워크 (VXLAN, NVGRE, STT) 12
가상스위치 (Open vswitch) 13 VI Physical Interface VI VI Physical Interface VI 특징 플로우기반가상머신다계층스위치 Xen, KVM, Proxmox VE, VirtualBox 지원 Apache 2.0 License Quantum Plug-in 기능 Lookup : L2-4 flows, Full wildcarding & priorities Forwarding : 플로우기반, LACP(Link Aggregation Control Protocol), Port bonding, GRE tunneling QoS : Rate-limiting, Filtering 관리인터페이스및프로토콜 : Netflow, SFlow, Mirroring 최신동향 NVP(Network Virtualization Platform) 과연계네트워크가상화및 QoS 부분적해결연구 OpenStack 의 Quantum 과연동연구 문제점 성능한계 end-to-end QoS,
Multitenant Network Multitenancy 사용자또는처리가독립적이되도록컴퓨팅, 스토리지, 네트워크등자원을분할 자원범위가계속확대되고있음 Multitenancy 범위 하드웨어 (VM, 스토리지, 네트워크등 ) 분할 OS 분할 DataBase, Container 분할 Application 분할 14
Network Overlay(Tunneling 기반 ) 15 vsw L2 L3 L4-7 GW/FW Tunnel L2 & L3 Original Frame Encapsulated Frame Publlic/Private IP Public IP Multitenant Network (Tenant View) Virtual Machine Virtual Switch Datacenter/ Enterprise Network Internet (ISP Network) DC 내 / 간에 Multitenant 네트워크구현시급 STP, VLAN 범위, ToR 스위치 MAC 수등으로네트워크가걸림돌 VMware, Citrix 등가상머신관련회사의성장동력 Tunneling 기반의 Network Overlay 기술종류 VXLAN(Virtual extensible Local Area Network) NVGRE(Network Virtualization using GRE) STT(Stateless Transport Tunneling) 최신동향 SDN controller, OpenStack 의 Quantum 과 Network Overlay 각각연동연구 IETF Network Virtualization over L3 WG 표준화진행중 Network Overlay 문제점 End-to-end QoS 안됨 네트워크노드에서트래픽예측불가
Tunneling 기반 Network Overlay 종류 VXLAN(Virtual extensible Local Area Network) L2 Frame over IP/UDP, IETF Network Virtualization Over L3 (nvo3) WG 참여기관 : Cisco, VMware, Broadcom, Citrix, Red Hat, Arista NVGRE(Network Virtualization using GRE) L2 Frame over IP/GRE, IETF Network Virtualization Over L3 (nvo3) WG 참여기관 : Microsoft, Intel, Hewlett-Packard, Broadcom, Emulex, Arista STT(Stateless Transport Tunneling) L2 Frame over IP/TCP, IETF Network Virtualization Over L3 (nvo3) WG 참여기관 : Nicira(VMware) VXLAN, NVGRE 및 STT 의프레임구조 16
Network Functions Virtualization(NFV) Network Functions Virtualisation Introductory White Paper, October 22-24, 2012 at the SDN and OpenFlow World Congress, Darmstadt-Germany. NFV 필요성 다양한전용장치로채워진네트워크노드에새로운서비스를수용하기위해장치를추가할공간, 전력부족 새로운서비스에 case-by-case 로대응하는하드웨어기반장비로네트워크서비스에서수익이없음 서비스혁신가속화에하드웨어장치가전혀대응못하고있음 NFV 전망 네트워크기능가상화 (NFV) 기술이적용된상용서버 - 스토리지 - 네트워크가네트워크노드의기존전용하드웨어네트워크장치대체 NFV 는구현가능하드웨어추상화, 탄력성, 유연성및자동화제공 NFV 참여기관 NFV ISG(Industry Spec Group) 은 2013 년 4 월 108 개회원사등록 ( 주로 ISP) 17
NFV 조직 18 Support from ETSI Secretariat NFV 조직 Chairman & Vice Chairman ISG Plenary Network Operator Council Technical Manager ESTI Secretariat Technical Steering Committee Technical Steering Committee Architecture of the Virtualization Infrastructure Management & Orchestration Software Architecture Reliability & Availability Performance & Portability Security
API Based Network (I2RS 중심 ) API 기반네트워크필요성 주소기반라우터 / 스위치는현재요구되는다양한응용에대응이어려움 전체네트워크에걸쳐서전체적으로최적화된라우팅 / 전달및구성변경필요 API 기반네트워크관련주요기술 SDN(Software Defined Networking): ONF Quantum: OpenStack I2RS(Interface to the Routing System): IETF(Cisco, Juniper,...) I2RS 요구사항요약 표준기반으로 IP 라우팅시스템에서기능적네트워크요소를기술할표준용어필요 네트워크에서라우팅상태변경을위해 Client 가라우터 / 스위치로정보교환을신속하게할수있는응용친화적인메커니즘필요 19
SDN 구조 Policy Management and Enforcement Engine 20
OpenFlow/SDN 스위치 21
SDN 설치모델 22
목차 1. 머신및가상화 1 2. 데이터센터및 ISP 현황 6 3. 응용기반 / 멀티테넌트네트워크 11 4. OpenStack 네트워크 23 5. 네트워크설치모델 30 23
OpenStack (Folsom) 24 Network (Quantum) Compute 를위한가상네트워크제공 Block Storage (Cynder) Compute 를위한볼륨저장제공, Nova-volume 에서복잡도증가로 Nova 에서분리, API OpenStack 서비스를 Web 환경에서제공 UI (REST API) Compute (Nova) 가상머신운용, 관리, 드라이버정의, API 서비스및사용자인증 Dashboard (Horizon) Identity (Keystone) Image (Glance) 사용자이미지및사용자정보등록, 가상디스크파일을 Object 에저장 Object Storage (Swift) Object 저장, 대규모스토리지서비스제공, 중복및분산구현, API OpenStack Folsom (2012/9) OpenStack(2010/10) 클라우드 OS 네트워크, 컴퓨팅, 스토리지의자원관리및서비스준비를위한자동화된통합도구제공 IaaS 에대한 open source 소프트웨어플랫폼 Essex edition(2012/4) 네트워크 API 가 Nova(Compute) API 에밀결합 유연하지않은 OpenStack 네트워킹모델 model(flat Network, VLAN 기반종속적 ) 네트워크구조에서 Pluggability 부재 Folsom edition(2012/9) Compute(Nova) 와 Network (Quantum) 분리 Block Storage (Cinder) 분리 Grizzly edition(2013/4) Ceilometer, Heat 추가
API based Cloud Network(Quantum) Quantum 필요성 VLAN 확장을넘어네트워크에 tenant 제어기능필요 새로운네트워크기술에대한끊김없는연동필요 Quantum 특징 API 및 Plugin 기반으로자동화, 이종기술, 이종회사장비에적용가능 Network as a Service 지향 Quantum 기능 Multitenant 네트워크구성 IP 주소제어 네트워크상태감지 Quantum API extensions 진보된제어 +Visibility(QoS, Security), 진보된네트워크서비스 (FW, LB,...) 새로운기술연동 Flat Network(Qfabric,...), Network Overlay(VXLAN,...) SDN/OpenFlow 25
OpenStack Quantum 구조 (Folsom/Grizzly) 다른벤더의 Switch/Controller 를지원하기위해서는 Multiple Plugins 제공필요 Monolithic Plugin MetaPlugin 26
OpenStack Quantum 구조 (Havana, 2013/10) 끊김없는물리또는가상네트워크 provisioning 을위한개방및멀티벤더솔루션 Modular Plugin 27
OpenStack Networking 설치모델 (1/2) 28
OpenStack Networking 설치모델 (2/2) 29
목차 1. 머신및가상화 1 2. 데이터센터및 ISP 현황 6 3. 응용기반 / 멀티테넌트네트워크 11 4. OpenStack 네트워크 23 5. 네트워크설치모델 30 30
플랫폼진화 31 Gartner 2011/5
융합시스템세계시장 $B 140 120 100 80 60 40 20 0 융합및범용시스템세계시장 Converged Systems General Purpose 2012 2013 2014 2015 2016 신규융합시스템세계시장 (IDC2012/11, 2012 년 11 월처음발표 ) 스마트노드플랫폼 ( 융합시스템 ) 시장은신규시장임 신규융합 ( 서버 - 스토리지 - 네트워크 ) 시스템연 54.7% 성장 (2011-2016) 기존범용시스템연 1.2% 성장 (2011-2016) 융합시스템 2016 년세계시장 $B 17.8 32 USA RoWE Japan UK Germany France PRC Canada Australia Brazil Italy India Russia Mexico South Africa Poland Turkey ROW 상위 6 개국의서비스, 소프트웨어및하드웨어시장 ) 이전세계 ( 기업소비 ) 의 70% 차지 (IDC 2012/8) 시장규모는서비스 > 소프트웨어 > 하드웨어 새롭고다양한서비스창출을위해선새로운생태계를선도적으로구축해야가능
Cloud Network 및 SDN 설치모델 33
OpenStack Network 및 SDN 설치모델 34
감사합니다. 35