분산형이동성관리표준기술동향 김지인 * 고석주 ** 스마트폰사용자의급격한증가와함께 PC 중심의인터넷은모바일중심의인터넷으로변화하고있다. 향후에는모바일트래픽이유선트래픽의규모를훨씬초과할것으로예상된다. 이에대응하기위한기술로써 4G, 5G 등의이동통신접속기술과함께, 대용량모바일인터넷트래픽을효율적으로처리하기위한분산형이동성관리기술이주목을받고있다. 이에따라, 인터넷관련국제표준화기구인 IETF 에서는 DMM(Distributed Mobility Management) WG 을통해분산형이동성관리기술에대한표준화작업을개시하였다. 본고에서는분산형이동성관리기술의개요에대하여알아보고아울러 IETF 에서의최근표준화동향에대하여살펴보고자한다. I. 서론 목 I. 서론 차 II. 분산형이동성관리개요 III. 분산형이동성관리표준 기술동향 IV. 결론 * 경북대학교전자전기컴퓨터학부박사과정 ** 경북대학교 IT 대학컴퓨터학부교수 최근스마트폰및태블릿 PC 의활성화로모바일인터넷트래픽이급증하고있으며, 이에따라모바일인터넷트래픽을효율적으로처리해주는기술이요구되고있다. 특히, 스마트폰, 태블릿 PC 에서대용량멀티미디어앱 ( 유투브, 페이스북, 트위터등 ) 을즐기는사용자가증가함에따라모바일인터넷트래픽을효율적으로분산시키기위한 분산형이동성관리 기술의필요성이제기되고있다. [1, 2] 현재인터넷에서의이동성관리기술은계층적인망구조를기반으로하는 중앙집중형 (centralized) 방식의특징을지니고있으며, 대표적인기술로는 IETF(Internet Engineering Task Force) 에서개발한 Mobile IP(MIP), Proxy Mobile IP(PMIP) 등이있다. 하지만, 이러한이동성관리기술들은모두중앙에위치한에이전트 (agent) 에서이동단말의바인딩 (binding) 1
정보를관리하고데이터트래픽을처리하는특징을지니고있다. 이러한중앙집중형방식으로는급격히증가하는모바일인터넷트래픽수요를감당하기어렵다. 이에대응하기위한기술로서 IETF 표준기구에서는 분산형이동성관리 기술에대한논의를시작하였다. 분산형이동성관리기술에대한표준화는 DMM(Distributed Mobility Management) WG(Working Group) 에서진행되고있으며, 해당 WG 은 2012 년 3 월파리에서개최된 83 차 IETF 회의에서첫회의를가졌다. 본고에서는 IETF DMM WG 회의에서발표된기고문을토대로분산형이동성관리에대한필요성및요구사항을기술하고, 최근에논의되고있는후보기술들에대하여살펴보고자한다. II. 분산형이동성관리개요 현재인터넷환경에서의이동성관리기술은계층적인망구성을토대로 중앙집중형 방식을 사용하고있다. 그림 1 은현재대표적으로사용되고있는 MIP/PMIP, 3GPP SAE, UMTS 의이동성 관리구조를보여준다. [3] ( 그림 1) 계층적인이동성관리구조 MIP/PMIP 에서는 HA(Home Agent)/LMA(Local Mobility Anchor), 3GPP SAE 에서는 PDN- GW(P-GW), UMTS 망에서는 GGSN 이각각중앙집중형에이전트에해당한다. 이러한중앙집중 형이동성관리기술은많은문제점을지니고있다. 2
1. 기존중앙집중형이동성관리기술의문제점 1) 통신경로의비효율성먼저, 그림 2 에서보여지듯이중앙집중형이동성관리기술은비최적화된 (non-optimal) 통신경로를사용하는비효율성을지닌다. ( 그림 2) 중앙집중형이동성관리의문제점 : 통신경로의비효율성 그림에서보여지듯이, 이동단말 (MN) 과상대단말 1(CN1) 이같은 FA(Foreign Agent) 혹은 MAG(Mobile Access Gateway)1 에속해있는경우에 CN1 이 MN 으로데이터를전송할경우, FA/MAG1 를거친후직접전송되는것이아니라중앙집중형에이전트인 HA/LMA 를거쳐다시 FA/MAG1 를통해 MN 으로전송된다. 이처럼 FA/MAG 와 HA/LMA 사이를거치는비효율적인경로가발생하게된다. 또한, MN 과상대단말 2(CN2) 가서로다른 FA/MAG 에속해있는경우에도, CN2 에서 MN 으로데이터를전송할경우 FA/MAG3 을거쳐 HA/LMA 를거친후 MN 이속한 FA/MAG1 을거친후 MN 으로전달된다. 이처럼 FA/MAG1 과 FA/MAG3 사이를직접적인경로가아닌 HA/LMA 를거치는통신경로의비효율성이나타나게되는문제점이존재한다. 3
2) 네트워크장애또한, 그림 3 에서와같이중앙집중형이동성관리기술은네트워크장애측면에서도문제점을지니고있다. 그림에서중앙에위치한 HA/LMA 로모든제어정보와데이터트래픽이집중하는것을알수있다. 이경우네트워크장애혹은고장에대한위험부담이커진다. 뿐만아니라극단적인경우코어망에위치하고있는 HA/LMA 에이상이발생하거나공격을받을경우전체네트워크의통신이마비가되는문제점을가지고있다. ( 그림 3) 중앙집중형이동성관리의문제점 : 네트워크장애 3) 코어 (core) 네트워크의트래픽집중화현재이동인터넷환경에서의중앙집중형이동성관리기술은모든단말의트래픽이코어네트워크로집중되므로트래픽과부하로인한확장성 (scalability) 문제가발생한다. 즉, 대규모의인터넷트래픽이코어네트워크로유입됨에따라통신사업자입장에서는장비에대한투자는물론이고, 이러한불필요한트래픽처리에대한부담이증가한다. 특히, 스마트폰의보급으로인해트래픽은더욱증가하고, 이동통신접속기술이 4G, 5G 로진화함에따라이러한현상은더욱심화될것으로전망된다. 4
2. 분산형이동성관리기술의요구사항상기한이동성관리의문제점을해결하기위하여최근 IETF 에서는분산형이동성관리기술에대한표준화작업을개시하였다. 특히, 향후모바일통신망구조가계층적구조에서수평형 (flat) 구조로진화되고, 모바일트래픽의규모가유선트래픽의규모를능가할것으로예상됨에따라, 모바일접속망에서도트래픽처리및제어기능이코어망수준과동등하게제공될것으로전망하고있다. 이러한네트워크진화추세에맞추어분산형이동성관리기술에서는 HA/LMA 기능을각접속망의 MAG/FA 장비에분산 시키는개념을도입하고있다. 이절에서는분산형이동성관리기술의요구사항에대하여살펴본다. 1) 분산형이동성지원 (distributed mobility support) 이동성을지원하는에이전트의분산을통해중앙집중형서버를거치지않고서도이동성기능을지원할수있어야한다. 이러한분산형이동성관리구조는최적화된경로를사용하여네트워크경로의비효율성문제를해결할수있으며, 또한중앙집중형구조보다확장성측면에서도장점을제공한다. 또한분산형구조에서는이동성관리서버를분산시킴으로써, 하나의네트워크서버의장애로인해전체네트워크의통신마비문제를효과적으로해결할수있다. 그림 4 는분산형이동성관리구조의예를보여준다. 중앙집중형서버없이각접속망의라우터 (MAG) 에서이동단말에대한바인딩, 위치정보조회및데이터전송등의이동성관리기능을수행한다. ( 그림 4) 분산형이동성관리구조 5
2) 동적이동성지원 (dynamic mobility requirement) 이동단말중에서는실제로는이동을하지않아이동성기능이필요없는경우도있으며, 이러한경우일반적인이동단말에서사용하는이동성지원기술을수행할경우, 제어시그널링 (signaling) 등불필요한네트워크자원낭비를초래한다. 이러한경우, 이동단말에대한정보를저장하는캐쉬 (cache) 의타이머 (timer) 를일반이동단말보다길게조정함으로써, 불필요한이동성지원에대한네트워크자원낭비를줄일수있다. 3) 기술보급의용이함 (easy deployment) 분산형이동성관리기술은계층적인망구조와분산형망구조를모두지원할수있어야하며, 이 를통해기술보급이용이하게이루어져야한다. 현재까지도출된분산형이동성관리요구사항은위의세가지이다. 하지만표준화작업이진행 됨에따라추가적인요구사항이정립될것으로전망된다. III. 분산형이동성관리표준기술동향 지난 2010 년 11 월에개최된 79 차 IETF 중국북경회의에서는분산형이동성관리기술에대한표준화추진준비를위해 BoF(Birds of Feather) 형태의회의를개최하였다. 이와관련된다양한기고서및후보기술들을논의를하였으며, 향후분산형이동성관리기술에대한표준화작업을 MEXT (Mobility EXTensions for IPv6) WG 에서추진하기로결의하였다. 이에따라차기회의및메일링리스트를통해서현행기술에대한문제점분석및분산형이동성관리를위한시나리오등에대한표준화작업이시작되었다. 상기의선행작업을토대로 2011 년 11 월에개최된 82 차 IETF 대만타이페이회의 MEXT WG 회의에서는 분산형이동성관리 기술에대한본격적인논의가시작되었다. 대만회의에서관련초안문서들의발표가있었고, 본격적인 분산형이동성관리 기술의표준화를위해 표준화범위설정 (chartering) 이슈에대한논의가있었다. 하지만, 세부적인표준화범위설정이슈에서합의점을도출하지는못하였고, 다시한번기본적인원칙은확인하는수준에그쳤다. 그기본원칙은분산형이동성관리기술의표준화는 IETF 이동성관리프로토콜인 MIP/PMIP 를기반으로하는프로토콜기술로할것이며, IPv4 는고려하지않고 IPv6 만을고려하여개발하기로하였으며, 기존의 MEXT 6
WG 을 DMM WG 으로변경하고회의후메일링리스트를통해표준화범위설정작업을수행하였다. 이후 2012 년 3 월 83 차 IETF 프랑스파리회의에서첫 DMM WG 회의를가졌다. 회의에서는기본적인 WG 마일스톤 (milestone) 점검과더불어현재까지제안되어있는초안문서들에대한발표가있었다. 회의에서는새로운구조의제안, 비교, 분석과새로운제안과프로토콜기술, 주소확장, 기존 PMIPv6 기술의확장및성능향상을주제로각각 20~40 분간의초안발표및토의가있었다. 그리고회의장에서별도의시간을마련하여현재발표되어있는초안기술에대한시연또한진행이되었다. [3~19] 이번회의에서는이례적으로발표된초안문서의수가 17 개였으며, 이를각기 5 개의기술분류로분류하여회의를진행하였다. 각기술분류별로발표를하였으며, 각발표및토의에대한주요내용을정리하면다음과같다. 1. 요구사항및구조제안 DMM 요구사항과제공구조에대한논의문서는다음과같다. 먼저, draft-chan-dmmrequirements[3] 문서에서는현재중앙집중형방식의문제점에대하여토의가있었고, 이를토대로 DMM 요구사항에대하여정리하였다. draft-chan-dmm-architectures[4] 문서에서는 DMM 기능을위치관리 (location management), 경로설정 (routing) 및 HoA 할당기능으로구분하였고, 제어평면과데이터평면을분리하여최적화된경로를제공하는방안을제안하였다. 다음으로 draft-patil-dmm-issues-and-approaches2dmm[5] 문서에는중앙집중형구조의문제점과분산형구조를비교하고, DMM 요구사항으로기존의이동단말의변화를최소한으로할것을제안하였다. 그리고향후에개발될프로토콜은호스트기반방식과네트워크기반방식모두지원할것으로제안하였다. 또한, 모든트래픽이 HA/LMA 와같은에이전트를거치지않고, 필요한경우에만에이전트를거치는방안을논의하였다. 한편, draft-liu-dmm-dynamic-anchor-discussion[6] 문서에는분산형이동성관리기술을위해서는세션관리와주소선택이반드시필요하고, 기술의원활한보급을위해서는 IPv4 도고려를해야함을제안하였다. draft-perkins-dmm-matrix[7] 문서에는분산형이동성관리를위해기존의이동성프로토콜에대한재보급및확장에대하여논의하고있다. 7
2. 새로운제안기법세부적인 DMM 구조를위해 draft-seite-dmm-dma[8], draft-liebsch-mext-dmm-phl[9], draft-mccann-dmm-flatarch[10] 문서들이발표되었다. 제안방식들은기본적으로는이동단말과이동단말의네트워크계층접속지점 (PoA: Point-of-Attachment) 이이동단말에가깝다는전제를하고있다. PoA 에서동적인주소할당이이루어지고새로운세션은가장최근에할당된주소를사용하고동적인이동성관리기술을제안하고있다. 하지만각방식별로주소할당방식과이동단말의주소저장방식, 이동성관리기술에있어서는약간씩다르다. 또한, 경로설정과정도조금씩차이점이있다. 제안방식모두기존의 MIP 혹은 PMIP 프로토콜을기반으로제안되었다. 3. 주소할당 DMM 지원을위한주소할당이슈는여 draft-liu-dmm-address-selection[11], draft-liudmm-mobility-api[12], draft-korhonen-dmm-prefix-properties[13] 문서에서다루고있다. 주소할당문제는분산형이동성관리구조에서주요이슈는아니지만, 다른 WG 과함께논의가필요함이제기되었다. 4. PMIPv6 향상및확장방안구체적인 DMM 프토토콜기술로서기존 PMIP 프로토콜을확장하는방안이주를이루고있다. 먼저, draft-bernardos-dmm-distributed-anchoring[14] 에서는단말의계속된이동에도세션유지를위해 DLIF(Distributed Logical InterFace) 개념을 LMA 에도입하여해결하는기법을제안하고있다. draft-luo-dmm-pmip-based-dmm-approach[15] 에서는 PMIPv6 기반의분산형이동성관리기술과지속적인 HA/LMA 변화에따른문제를해결하기위한기법을제안한다. 한편, draft-bernardos-dmm-pmip[16] 문서에서는모든네트워크기반의 IPv6 노드를위해제어계층은기존의방식그대로중앙집중형을따르고, 사용자계층은분산하는부분적인분산형이동성관리기법을제안하고있다. 특히이방식에서는핸드오버시세션유지를위해터널링기법을활용할것을제안한다. draft-korhonen-dmm-local-prefix[17] 문서에는 LMA 사이에 prefix 선택에관한정보교환을수행하고 DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol) 와 SLAAC(StateLes Address AutoConfiguration) 방식을사용한 prefix 관리방식을제안하고있다. 8
5. 기타이슈그밖에이슈로서 draft-sarikaya-dmm-dmipv6[18] 문서에서는 MIP 기반의분산형이동성관리기법을제안하였으며, 이를위해서는인증과정의간소화가필요함을제기되었다. draft-demariadmm-dimensioning-considerations[19] 문서에서는 DMM 설계시에고려해야할다양한사항들을정리하고있다. IV. 결론 지금까지대용량모바일인터넷트래픽을효율적으로처리하기위한분산형이동성관리기술에대한이슈및표준화동향에대해살펴보았다. 분산형이동성관리기술에대한국제표준에관한논의는 2010 년부터시작이되어, 2012 년 3 월개최된 83 차프랑스파리회의에서처음으로공식적인 DMM WG 회의가열렸다. 첫회의에서는초안문서들에대한간략한소개와이에대한기술토의가있었다. 향후메일링리스트및회의를통해문제점분석및요구사항에관한논의가있을계획이다. 하지만현재의 DMM 표준화작업이기존의 MIP/PMIP 기술위주로진행되는점에서는한계를지니고있고, 향후에좀더일반화된 DMM 프로토콜개발작업이진행될필요가있다. 스마트폰활성화에따라향후에는멀티미디어모바일인터넷트래픽에대한수요가더욱증가할것으로예상된다. 이에따라대용량모바일트래픽을처리하기위한이동성관리기술에주목을받고있으며, 특히확장성이높고망의부하측면에서장점이있는분산형이동성관리에대해많은국제적인이동통신사업자들이관심을보이고있고, 실제 DMM WG 표준화작업에참여를하고있다. 이에국내에서도분산형이동성관리기술개발에많은관심을기울여야할것으로보인다. < 참고문헌 > [1] Morgan Stanley Reports, Internet Trends, April 2010. [2] Cisco Visual Networking Index: Global Mobile Data Traffic Forecast Update, 2011-2016, Cisco White Paper, February 2012. [3] H. Chan, et al., Requirement of distributed mobility management, IETF Internet Draft, draft-chan-dmmrequirements-00, [4] H. Chan, A architecture of distributed mobility management using MIP and PMIP, IETF Internet Draft, 9
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