이 절에서는 4.4절에서 사용한 SDN 용어들을 다시 채택하여
네트워크의 포워딩 장비들은 ‘패킷 스위치’ 또는 그냥 ‘스위치’라고 부를 것이다.
이 스위치들에서의 포워딩 결정은 네트워크 계층에서의 출발지/목적지 주소, 링크 계층에서의 출발지/목적지 주소 외에도
트랜스포트 계층, 네트워크 계층, 링크 계층 패킷 헤더의 다른 많은 값에 기반하여 이루어진다.
SDN으로 제어되는 스위치들에서의 패킷 전달은 트랜스포트 계층, 네트워크 계층, 또는 링크 계층 헤더의 어떤 값을 기반으로 하든 이루어질 수 있다.
이는 앞 절에서 살펴본,
IP 데이터그램의 포워딩이 온전히 데이터그램의 목적지 주소를 기반으로 이루어지는 전통적인 라우터 기반 포워딩과는 매우 대조적인 특성이다.
💡 SDN에서는 모든 네트워크 스위치의 플로우 테이블 항목들을 계산하고 관리, 설치하는 일이 모두 SDN 제어 평면의 임무다.
- 네트워크의 스위치들로 구성된다. (이들은 상대적으로 단순하지만 빠른 장치들)
- 자신들의 플로우 테이블 내용을 기반으로 ‘매치 플러스 액션’을 수행한다.
- 서버와 스위치들의 플로우 테이블을 결정, 관리하는 소프트웨어로 이루어진다.
SDN 제어 평면은 소프트웨어로 구현되어 있으며, 네트워크 스위치로부터 멀리 떨어진 별도의 서버에서 수행된다.
아래의 그림에서 볼 수 있듯, 제어 평면은 2개의 구성요소로 이루어진다.
- SDN 컨트롤러(또는 네트워크 운영체제)
- SDN 네트워크 제어 애플리케이션들의 집합
SDN 컨트롤러는
- 정확한 상태정보(e.g., 원격 링크와 스위치, 호스트들의 상태)를 유지하고,
- 이 정보를 네트워크 제어 애플리케이션들에 제공하며,
- 애플리케이션들이 하부 네트워크 장치들을 모니터하고 프로그램하고 제어까지 할 수 있도록 수단을 제공한다.
그림에서의 컨트롤러는 단일 중앙 서버의 형태이지만, 실제로 컨트롤러는 논리적으로만 중앙 집중 형태다.
(일반적으로는 협업 능력과 확장성, 높은 이용성을 갖도록 몇 개의 서버에 구현)
제어 평면에서 수행 중인 네트워크 제어 애플리케이션을 통해 네트워크를 프로그램할 수 있다.
이 애플리케이션들은 SDN 컨트롤러가 제공하는 API를 이용하여 네트워크 장치들에 있는 데이터 평면을 명세하고 제어한다.
e.g.,
라우팅 네트워크 제어 애플리케이션은 SDN 컨트롤러가 갖고 있는 노드 상태 및 링크 상태 정보에 기반한 다익스트라 알고리즘을 수행하여
출발지와 목적지 사이의 종단 간 경로를 결정한다.
: SDN 컨트롤러와 SDN 네트워크 제어 애플리케이션
컨트롤러의 기능은 크게 3개의 계층으로 구성된다.
- 네트워크 제어 애플리케이션 계층과의 인터페이스
- 네트워크 전역 상태 관리 계층
- 통신 계층
💡 제어받는 장치들과의 통신
- SDN 컨트롤러가 원격의 SDN 기능이 가능한 장치들의 동작을 제어하려면 컨트롤러와 그 장치들 사이에 정보를 전달하는 프로토콜이 필요하다.
- 장치는 주변에서 관찰한 이벤트를 컨트롤러에 알려, 네트워크 상태에 대한 최신의 정보를 제공해야 한다.
컨트롤러와 제어받는 장치들 간의 통신은 ‘사우스바운드(southbound)’라고 알려진 컨트롤러 인터페이스를 넘나든다.
이 통신 기능을 제공하는 구체적 프로토콜은 OpenFlow이며, 이는 모두는 아니지만 대부분의 SDN 컨트롤러에 구현되어 있다.
💡 네트워크 전역에 분산되고 견고한 상태 관리
SDN 제어 평면의 궁극적인 제어 결정을 위해서는
컨트롤러가 네트워크 호스트와 링크, 스위치, 그리고 SDN으로 제어되는 다른 장치들에 대한 최신 정보를 알아야 한다.
제어 평면의 궁극적인 목적은 다양한 제어 장치들의 플로우 테이블을 결정하는 것이므로 컨트롤러도 이 테이블들의 복사본을 유지해야 할 것이다.
스위치의 플로우 테이블이 가지는 카운터들과 같은 이러한 정보 조각들은 모두 SDN 컨트롤러가 유지하는 네트워크 전역 ‘상태’의 예들이다.
💡 네트워크 제어 애플리케이션들을 위한 인터페이스와 추상화
컨트롤러는 ‘노스바운드(northbound)’ 인터페이스를 통해 네트워크 제어 애플리케이션과 상호작용한다.
이 API는 네트워크 제어 애플리케이션이 상태 관리 계층 내의 네트워크 상태 정보와 플로우 테이블을 읽고 쓸 수 있도록 해준다.
SDN 컨트롤러는 외부에서 볼 때 ‘논리적으로 중앙 집중된’, 잘 짜여진 하나의 서비스로 보일 수 있지만,
이 서비스들과 상태 정보를 보관하기 위한 데이터베이스는
장애 허용성(fault tolerance)과 높은 가용성, 또는 다른 성능상의 이유로 실제로는 분산된 서버의 집합에 구현된다.
근래의 컨트롤러는 논리적으로는 중앙 집중 형태이나 물리적으로는 분리된 컨트롤러 플랫폼 구조이다.
이런 구조는 제어되는 장치와 네트워크 제어 애플리케이션에게 늘어나는 장치 수에 따라 확장 가능한 서비스와 높은 가용성을 제공한다.
- OpenFlow 프로토콜은 SDN 컨트롤러와 SDN으로 제어되는 스위치 또는 OpenFlow API를 구현하는 다른 장치와의 사이에서 동작한다.
- OpenFlow 프로토콜은 TCP상에서 디폴트 포트 번호 6653을 가지고 동작한다.
컨트롤러가 제어되는 스위치로 전달하는 중요한 메시지는 다음과 같다.
- 설정 : 이 메시지는 컨트롤러가 스위치의 설정 파라미터들을 문의하거나 설정할 수 있도록 한다.
- 상태 수정 : 이 메시지는 컨트롤러가 스위치 플로우 테이블의 엔트리를 추가/제거 또는 수정하거나 스위치 포트의 특성을 설정하기 위해 사용한다.
- 상태 읽기 : 이 메시지는 컨트롤러가 스위치 플로우 테이블과 포트로부터 통계 정보와 카운터값을 얻기 위해 사용한다.
- 패킷 전송 : 이 메시지는 컨트롤러가 제어하는 스위치의 지정된 포트에서 특정 패킷을 내보내기 위해 사용한다.
이 메시지 자체는 페이로드 부분에 보낼 패킷을 포함한다.
SDN으로 제어되는 스위치에서 컨트롤러로 전달되는 주요 메시지는 다음과 같다.
- 플로우 제거 : 이 메시지는 컨트롤러에게 어떤 플로우 테이블 엔트리가 시간이 만료되었거나 상태 수정 메시지를 수신한 결과로 삭제되었음을 알린다.
- 포트 상태 : 이 메시지는 스위치가 컨트롤러에게 포트의 상태 변화를 알리기 위해 사용된다.
- 패킷 전달
- 4.4절에서 스위치 포트에 도착한 패킷 중에서 플로우 테이블의 어떤 엔트리와도 일치하지 않는 패킷은 처리를 위해 컨트롤러에게 전달된다고 했다.
- 어떤 엔트리와 일치한 패킷 중에서도 일부는 그에 대한 작업을 수행하기 위해 컨트롤러에게 보내지기도 한다.
이 메시지는 그러한 패킷을 컨트롤러에게 보내기 위해 사용한다.
아래 그림은 SDN의 제어를 받는 스위치와 SDN 컨트롤러 간의 상호작용에 대한 것이다.
- 여기서는 다익스트라 알고리즘이 최단 경로를 결정하기 위해 사용되는데,
다익스트라 알고리즘은 패킷 스위치 외부에서 별도의 애플리케이션으로 수행된다. - 패킷 스위치들이 링크 갱신 정보를 서로 간이 아닌 SDN 컨트롤러에게 전송한다.
- 최단 경로 알고리즘이 사용되고 있다.
- 스위치 s1과 s2 사이의 링크가 단절되었다고 가정해보자.
- 따라서 s1, s3, s4로 들어오고 나가는 플로우 포워딩 규칙은 변경되었으나, s2의 동작은 바뀌지 않았다고 가정한다.
- 통신 계층 프로토콜로는 OpenFlow가 사용된다.
- 제어 평면은 링크 상태 라우팅 외의 기능은 수행하지 않는다.
- 스위치 s2와의 링크 단절을 감지한 s1은 OpenFlow의 포트 상태 메시지를 사용하여 링크 상태의 변화를 SDN 컨트롤러에게 알린다.
- 링크 상태 변화를 알리는 OpenFlow 메시지를 받은 SDN 컨트롤러는 링크 상태 관리자에게 알리고,
링크 상태 관리자는 링크 상태 데이터베이스를 갱신한다. - 다익스트라 링크 상태 라우팅을 담당하는 네트워크 제어 애플리케이션은 링크 상태의 변화가 있을 경우 알려달라고 이전에 등록해두었다.
이 애플리케이션이 링크 상태의 변화에 대한 알림을 받게 된다. - 링크 상태 라우팅 애플리케이션이 링크 상태 관리자에게 요청하여 갱신된 링크 상태를 가져온다.
- 이 작업은 상태 관리 계층에 있는 다른 구성 요소의 도움이 필요할 수도 있다.
- 그 후 새로운 최소 비용 경로를 계산한다.
- 링크 상태 라우팅 애플리케이션은 갱신되어야 할 플로우 테이블을 결정하는 플로우 테이블 관리자와 접촉한다.
- 플로우 테이블 관리자는 OpenFlow 프로토콜을 사용하여 링크 상태 변화에 영향을 받는 스위치들의 플로우 테이블을 갱신한다.
- 이 예에서는 s1, s2, s4가 이에 해당한다.
- s1 : 이제부터 s2를 목적지로 하는 패킷을 s4로 보낸다.
- s2 : 이제부터 s1로부터의 패킷을 중간 스위치 s4를 통해 받는다.
- s4 : s1에서 s2로 가는 패킷을 전달해야 한다.
💡 컨트롤러가 플로우 테이블을 마음대로 변경할 수 있기 때문에
단순히 애플리케이션 제어 소프트웨어를 바꿈으로써 원하는 어떤 형태의 포워딩 방식도 구현할 수 있다.
SDN이 많은 관심을 받게 된 것은 비교적 최근의 현상이지만,
SDN의 기술적인 뿌리, 특히 데이터와 제어 평면의 분리를 상당히 거슬러 올라간다.
- 2004년에 [Feamster 2004, Lakshman 2004, RFC 3746]은 모두 네트워크 데이터와 제어 평면의 분리를 주장했다.
- 에탄(Ethane) 프로젝트[Casado 2007]는
(1) ‘매치 플러스 액션’ 플로우 테이블이 있는 간단한 플로우 기반 이더넷 스위치,
(2) 플로우 수용 및 라우팅을 관리하는 중앙 집중식 컨트롤러,
(3) 그리고 플로우 테이블의 어떤 엔트리와도 일치하지 않는 패킷을 스위치에서 컨트롤러로 전달하는 개념을 개척했다.
- 300개 이상의 에탄 스위치로 구성된 네트워크가 2007년에 운영되었다.
- 에탄은 OpenFlow 프로젝트로 빠르게 진화했다.
SDN 혁명은 ‘단순한 상용 스위칭 하드웨어와 정교한 소프트웨어 제어 평면’으로
’모든 기능이 하나로 통합된 스위치와 라우터(데이터 및 제어 평면 모두)’를 교체해나가고 있다.
네트워크 기능 가상화(network functions virtualization, NFV)로 알려진 SDN의 일반화는 단순한 상용 서버, 스위칭 및 저장소를 가지고
복잡한 미들박스(전용 하드웨어 및 미디어 캐싱/서비스를 위한 고유의 소프트웨어를 가진 미들박스)를 혁신적으로 교체하는 것을 목표로 한다.
연구의 중요한 두 번째 영역은 SDN 개념을 AS 내부 설정에서 AS 간 설정으로 확장하려는 것이다.
일부 SDN 컨트롤러는 특정 회사를 위한 고유 제품이다.
그러나 더 많은 컨트롤러는 오픈소스이며 다양한 프로그래밍 언어로 구현된다.
가장 최근에는 OpenDaylight 컨트롤러와 ONOS 컨트롤러가 산업계에서 상당한 지지를 얻었다.
이 둘은 모두 오픈소스이며, 리눅스 재단(Linux Foundation)과 공동으로 개발 중이다.
아래 그림은 ODL(OpenDaylight) 컨트롤러 플랫폼[OpenDaylight 2020, Eckel 2017]의 간략한 구조다.
- ODL의 기본 네트워크 서비스 기능들은 컨트롤러의 핵심부에 있다.
- 서비스 추상 계층(Service Abstraction Layer, SAL)
- 컨트롤러 구성요소와 애플리케이션이 서로의 서비스를 호출하고 그들이 생성한 이벤트에 대한 알림을 받을 수 있도록 한다.
- OpenFlow와 SNMP(Simple Network Management Protocol) 및 NETCONF(Network Configuration) 같은,
ODL 컨트롤러와 제어 장치 간 프로토콜들에게 균일한 추상 인터페이스를 제공한다.
- OVSDB(Open vSwitch Database Management Protocol)는 데이터 센터 스위칭을 관리하는 데 사용된다.
(데이터 센터 네트워킹에 대해서는 6장에서 다룸)
가장 상단의 네트워즈 조정 및 애플리케이션부는
데이터 평면의 포워딩과 방화벽 및 로드 밸런싱 같은 서비스들이 제어 장치에서 어떻게 수행될지를 결정한다.
아래 그림은 ONOS 컨트롤러[ONOS 2020]를 간략화한 모습이다.
표준 컨트롤러와 유사하게 3개의 계층을 구분할 수 있다.
- 노스바운드 추상화 프로토콜
- ONOS는 의도(intent) 프레임워크이다.
- 이는 애플리케이션이 해당 서비스가 구체적으로 어떻게 구현되는지 몰라도
높은 수준의 서비스(e.g., 어떤 호스트 A와 B 사이의 연결을 설정)를 요청할 수 있게 해준다.
- 이는 애플리케이션이 해당 서비스가 구체적으로 어떻게 구현되는지 몰라도
- 상태 정보가 노스바운드 API를 통과하여
네트워크 제어 애플리케이션에게 동기적(직접 질의를 통해) 또는 비동기적(e.g,. 네트워크 상태가 변화했을 때 알림 기능)으로 제공된다.
- ONOS는 의도(intent) 프레임워크이다.
- 분산 코어
- 네트워크 링크, 호스트, 장치의 상태는 ONOS의 분산 코어에 유지된다.
- ONOS 코어는 서비스 복제와 인스턴스 간 협력 메커니즘을 제공함으로써
상부의 애플리케이션과 하부의 네트워크 장치에게 논리적 중앙 집중형 코어 서비스의 추상화를 제공한다.
- 사우스바운드 추상화와 프로토콜
- 사우스바운드 추상화는 하부의 호스트, 링크, 스위치, 프로토콜의 이질성을 숨겨준다.
- 따라서 분산 코어가 장치나 프로토콜 종류에 상관없이 동작할 수 있다.
- 이 추상화 때문에 분산 코어 아래의 사우스 바운드 인터페이스는 표준 컨트롤러나 ODL 컨트롤러보다 논리적으로 높다.
인터넷 제어 메시지 프로토콜(Internet Control Message Protocol, ICMP)은 호스트와 라우터가 서로 간에 네트워크 계층 정보를 주고받기 위해 사용된다.
ICMP는 종종 IP의 한 부분으로 간주되지만, ICMP 메시지가 IP 데이터그램에 담겨 전송되므로 구조적으로는 IP 바로 위에 있다.
즉, ICMP 메시지도 IP 페이로드로 전송되며,
호스트가 상위 계층 프로토콜이 ICMP라고 표시된(상위 계층 프로토콜 번호가 1번인) IP 데이터그램을 받으면 ICMP로 내용을 역다중화한다.
ICMP 메시지는 타입(type)과 코드(code) 필드가 있고,
ICMP 메시지의 발생 원인이 된 IP 데이터그램의 헤더와 첫 8바이트를 갖는다.
이는 송신자가 오류를 발생시킨 패킷을 알 수 있도록 하기 위해서이다.
중요한 ICMP 메시지 타입들은 다음과 같다
💡 ICMP 메시지는 오류 상태를 알리기 위해서만 사용되는 것이 아니다.
- 타입 8, 코드 0인 ICMP 메시지를 특정 호스트에 보낸다.
- 목적지 호스트는 에코 요청을 보고 나서 타입 0, 코드 0인 ICMP 에코 응답을 보낸다.
대부분의 TCP/IP 구현은 ping 서버를 운영체제에서 직접 지원한다.
(즉, ping 서버는 별도의 프로세스가 아님)
이 메시지의 원래 목적은 혼잡 제어를 수행하기 위한 것이다.
즉, 혼잡이 발생한 라우터가 호스트의 전송 속도를 늦추도록 ICMP 출발지 억제 메시지를 해당 호스트에 보낸다.
하지만 우리는 앞서 TCP가 ICMP 출발지 억제 메시지와 같은 네트워크 계층의 피드백 없이도
전달 계층에서 동작하는 자신만의 혼잡 제어 메커니즘을 갖고 있음을 보았고, 이에 이 메시지는 실제로는 잘 사용되지 않는다.
아래의 방식으로 출발지 호스트는 자신과 목적지 호스트 사이에 있는 라우터들의 수와 정체, 그리고 두 호스트 간의 왕복 시간을 알게 된다.
- 출발지와 목적지 사이의 라우터 이름과 주소를 알아내기 위해
출발지의 Traceroute는 일련의 IP 데이터그램을 목적지에 보낸다.- 각각의 데이터그램은 UDP 포트 번호를 가진 UDP 세그먼트를 운반한다.
- TTL 값은 첫 번째 데이터그램이 1, 두 번째는 2, 세 번째는 3, 이런 식이다.
- 출발지는 각 데이터그램에 대해 타이머를 작동시킨다.
- n번째 데이터그램이 n번째 라우터에 도착하면 해당 라우터는 데이터그램의 TTL이 방금 만료되었음을 알게 된다.
- IP 프로토콜 규칙에 따라 라우터는 데이터그램을 폐기하고 ICMP 경고 메시지(타입 11, 코드 0)를 출발지에 보낸다.
- 이 경고 메시지는 라우터의 이름과 IP 주소를 포함한다.
- 이 ICMP 메시지가 출발지에 도착하면, 출발지는
(1) 타이머로부터 왕복 시간(round-trip time, RTT),
(2) ICMP 메시지로부터 n번째 라우터의 주소와 이름을 획득한다.
Traceroute 출발지는 UDP 세그먼트 전송을 언제 멈춰야 하는지 어떻게 알까?
- 출발지가 자신이 보내는 각 데이터그램마다 차례로 TTL을 1씩 증가시키기 때문에
이들 데이터그램 중 하나는 결국 목적지 호스트에 도착하게 될 것이다. - 이 데이터그램은 없을 것 같은 UDP 포트 번호를 가진 UDP 세그먼트를 포함하고 있으므로,
목적지 호스트는 포트 도달 불가능 ICMP 메시지(타입 3, 코드 3)를 출발지에 보낸다. - 출발지 호스트가 이 ICMP 메시지를 받게 되면 추가적인 탐색 패킷을 보낼 필요가 없음을 알게 된다.
네트워크 관리란 무엇인가?
[Saydam 1996]에는 이에 대해 잘 정리된, 한 문장으로 된 정의가 나온다.
네트워크 관리는 적정한 비용으로 실시간, 운용 성능, 서비스 품질 등의 요구사항을 만족시키기 위해
네트워크와 구성요소 자원을 감시, 테스트, 폴링, 설정, 분석, 평가, 제어하는
하드웨어, 소프트웨어, 인간 요소 등을 배치하고, 통합, 조정하는 것이다.
이 절에서는 이 광범위한 정의 중에서 네트워크 관리의 기초,
즉 네트워크 관리자가 자신의 일을 수행하는 데 사용하는 구조, 프로토콜, 데이터만을 다룬다.
아래 그림은 네트워크 관리의 핵심 요소들을 나타낸다.
관리 서버는
네트워크 운영 센터(network operations center, NOC)의 중앙 집중형 네트워크 관리 스테이션에서 동작하는,
일반적으로 네트워크 관리자(network managers, 사람)와 상호작용하는 애플리케이션이다.
- 네트워크 관리 활동이 일어나는 장소로서 네트워크 관리 정보의 수집, 처리, 분석, 발송을 제어한다.
- 여기서 네트워크의 피관리 장치를 설정, 감시, 제어하기 위한 작업이 시작된다.
- 하나의 네트워크는 여러 개의 관리 서버를 가질 수 있다.
피관리 장치는 관리 대상 네트워크에 존재하는 네트워크 장비(소프트웨어 포함)들이다.
- e.g., 호스트, 라우터, 스위치, 미들박스, 모뎀, 온도계, 그 외 네트워크에 연결된 그 밖에 장치들
- 이 장치들은 많은 관리 가능한 요소들(e.g,. 네트워크 인터페이스 카드는 호스트나 라우터의 구성요소)과
이러한 하드웨어 및 소프트웨어 요소에 대한 설정 매개변수들(e.g., OSPF와 같은 AS 내부 라우팅 프로토콜)을 갖는다.
각 피관리 장치는 ‘상태(state)’라고 부르는, 장치와 관련된 데이터를 갖는다.
데이터의 유형들
- 설정 데이터(configuration data)
- 장치 인터페이스에 관리자가 할당 및 설정한 장치 정보
- e.g., IP 주소 또는 인터페이스 속도
- 동작 데이터(operational data)
- 장치가 동작하면서 획득하는 정보
- e.g., OSPF 프로토콜의 인접 항목 목록
- 장치 통계(device statistics)
- 장치가 운영되면서 갱신되는 상태 표시기 및 계수기
- e.g., 인터페이스에서 삭제된 패킷 수 또는 장치의 냉각 팬 속도
관리 서버는 네트워크 토폴로지 같은 전체 네트워크와 관련된 데이터뿐만 아니라
관리 대상 장치들의 구성과 운영, 그리고 통계 데이터의 복사본도 유지 관리한다.
네트워크 관리 에이전트는 관리 서버와 통신하는 피관리 장치상의 소프트웨어 프로세스다.
관리 서버의 명령과 제어에 따라 피관리 장치에 국한되는 행동을 취한다.
네트워크 관리 프로토콜은 관리 서버와 피관리 장치들 사이에서 동작하면서
(1) 관리 서버가 피관리 장치의 상태에 대해 질의하고
(2) 에이전트를 통해 피관리 장치에 행동을 취할 수 있도록 해준다.
에이전트는 예외적인 사건을 관리 서버에게 알리기 위해 네트워크 관리 프로토콜을 사용할 수 있다.
(e.g., 부품의 고장 또는 성능 임계치의 위반)
💡 네트워크 관리 프로토콜 스스로가 네트워크를 관리하지 않는다.
대신에 네트워크 관리자가 네트워크를 관리(감시, 테스트, 폴링, 설정, 분석, 평가, 제어)할 수 있도록 기능을 제공한다.
네트워크 운영자가 위의 구성요소들을 활용하여 네트워크를 관리할 수 있는, 흔히 사용하는 세 가지 방법이 있다.
네트워크 운영자는 명령줄 인터페이스(Command Line Interaface, CLI)를 통해 장치에 직접 명령을 보낼 수 있다.
이러한 명령은
(1) 운영자가 피관리 장치과 물리적으로 같은 공간에 있는 경우 피관리 장치의 콘솔에 직접 입력하거나
(2) 피관리 장치 사이의 텔넷(Telnet) 또는 SSH(secure shell) 연결을 통해 전달할 수 있다.
이 방법을 통해서는 대체로 오류가 발생하기 쉽고, 대규모 네트워크를 자동화하거나 효율적으로 관리하기 어렵다.
이 방식에서 네트워크 운영자는 SNMP(Simple Network Management Protocol)를 사용하여
장치의 MIB(Management Information Base)에 있는 데이터를 질의하거나 설정할 수 있다.
일부 MIB 데이터는 장치 및 공급업체에 따라 다르지만,
다른 MIB 데이터(e.g., IP 데이터그램 헤더의 오류 때문에 라우터에서 버려지는 IP 데이터그램의 개수, 호스트에서 수신하는 UDP 세그먼트 개수)는
장치에 종속되지 않고 추상성과 일반성을 갖는다.
일반적으로 네트워크 운영자는
- 이 방식으로 동작 상태 및 장치 통계 정보를 질의 및 모니터링한 다음
- 명령줄 인터페이스를 사용하여 장치를 실제로 제어하고 설정한다.
💡 CLI와 SNMP/MIB 모두 장치를 개별적으로 관리한다.
SNMP/MIB로도 장치 설정 및 대규모 네트워크 관리의 어려움이 존재한다.
이로 인해 NETCONF와 YANG을 사용하는 가장 최근의 네트워크 관리 방식이 나타났다.
이 방식은 네트워크 관리에 대해 좀 더 추상적이고 네트워크 전체를 아우르는 전체론적인 관점을 취하면서도,
정확성의 제약 정도를 구체화하고 여러 장치에 대한 세세한 관리 작업을 제공하는 등 설정 관리에 훨씬 더 중점을 둔다.
- YANG : 설정 및 동작 데이터를 모델링하는 데 사용되는 데이터 모델링 언어
- NETCONF 프로토콜 : 원격 장치과 YANG 호환 작업 및 데이터를 주고받거나 원격 장치 간에 통신하는 데 사용됨
SNMPv3(Simple Network Management Protocol version 3)는
관리 서버와 그 관리 서버를 대표하여 실행되고 있는 에이전트 사이에서 네트워크 관리 제어 및 정보 메시지를 전달하기 위해 사용된다.
이는 SNMP의 가장 흔한 사용 행태이다.
- SNMP 관리 서버는 에이전트에게 요청을 송신하고
- 일반적으로 요청은 피관리 장치과 관련된 MIB 객체 값들을 질의(검색) 또는 수정(설정)하기 위해 이용
- 이를 받은 SNMP 에이전트는 이를 수행한 후 요청에 대한 응답을 보낸다.
SNMP의 두 번째로 일반적인 사용은
에이전트가 요구받지 않았더라도 트랩 메시지라는 이름의 메시지를 관리 서버에게 전송하는 것이다.
트랩 메시지들은 관리 서버들에게
MIB 객체 값들을 변화시킨 예외 사항(e.g., 링크 인터페이스의 활성 또는 비활성)의 발생을 통지하기 위해 이용된다.
아래 표는 SNMPv2에 대한 것이며, 일반적으로 PDU(Protocol Data Unit)으로 알려진 일곱 가지 타입의 메시지를 정의하고 있다.
- GetRequest, GetNextRequest, GetBulkRequest PDU들은 모두
에이전트의 피관리 장치 내 하나 이상의 MIB 객체의 값을 요청하기 위해 관리 서버로부터 에이전트로 전송된다.- 이들은 데이터 요청들의 정밀도(granularity) 면에서 다르다.
- 에이전트는 객체 식별자들과 그에 관련된 값들을 Response PDU에 담아 응답한다.
- SetRequest PDU는 관리 서버가 피관리 장치 안의 하나 또는 그 이상의 MIB 객체들의 값을 설정하기 위해 사용한다.
- 에이전트는 값이 제대로 설정되었음을 알려주기 위해 ‘noError’라는 오류 상탯값을 Response PDU에 담아 응답한다.
- SNMPv2-Trap은 트랩 메시지로, 비동기적으로 발생한다.
- 즉, 요청을 수신했을 때가 아니라 관리 서버가 통지를 요구한 이벤트가 발생했을 때 발생한다.
- 수신된 트랩 요청은 관리 서버로부터 어떤 응답도 요구하지 않는다.
아래 그림은 SNMP PDU의 포맷을 나타낸 것이다.
SNMP PDU들이 다른 많은 전송 프로토콜에 의해 운반될 수 있기는 하지만 일반적으로는 UDP 데이터그램의 페이로드 부분에 실린다.
그러나 UDP는 신뢰성이 보장되지 않는 전송 프로토콜이므로,
요청 또는 그에 대한 응답이 의도한 목적지에 도착한다는 보장이 없다.
따라서 아래처럼 요청 ID 필드는 관리 서버가 요청 또는 응답의 분실을 검출하는 데 이용될 수 있다.
- PDU의 요청 ID 필드는 관리 서버가 에이전트에 보내는 요청에 번호를 매기기 위해 사용된다.
- 에이전트의 응답은 수신된 요청으로부터 요청 ID 값을 취한다.
MIB 객체는 SMI(Structure of Management Information, 관리 정보 구조)라고 하는 데이터 기술 언어로 명세되는데,
이 이름은 그 기능에 대한 아무런 힌트를 주지 않는 다소 엉뚱한 이름의 네트워크 관리 프레임워크 구성요소다.
SMI는 SNMP(네트워크 관리를 위해 관리 정보 및 정보 운반을 위한 프로토콜)에서 관리 정보의 구조를 말하며,
MIB 객체를 정의하는 일반적인 규칙들의 모음이다.
MIB는 망관리 자원 정보를 구조화시킨, 대규모 관리 정보 집합을 말한다.
앞에서 SNMP/MIB 방식의 네트워크 관리에서
피관리 장치의 동작 상태 데이터가 해당 장치를 위한 MIB에 수집된 객체들로 표현된다는 사실을 배웠다.
MIB 객체는 다음과 같은 정보일 수도 있다.
- IP 데이터그램 헤더의 오류로 인해 라우터에서 버려지는 데이터그램 개수
- 이더넷 엔터페이스 카드의 반송파 감지 오류 횟수를 세는 카운터
- DNS 서버에서 실행되는 소프트웨어 버전과 같은 설명 정보
- 특정 장치가 올바르게 작동하는지 여부와 같은 상태 정보
- 어떤 목적지로의 라우팅 경로 같은 프로토콜에 특정된 정보 등..
관련된 MIB 객체들은 MIB 모듈로 합쳐진다.
NETCONF 프로토콜은 관리 서버과 피관리 네트워크 장치 사이에서 동작하면서
- 피관리 장치의 설정 데이터를 검색, 셋업, 수정하거나
- 피관리 장치의 동작 데이터 및 통계를 질의하거나
- 피관리 장치에서 생성된 알림을 구독하기 위한 메시지 전송 기능을 제공한다.
관리 서버는 피관리 장치를 제어하기 위해 구조화된 XML 문서 형식의 설정 내용을 보내 피관리 장치에서 활성화한다.
- NETCONF는 원격 프로시너 호출(remote procedure call, RPC) 패러다임을 사용한다.
- XML로 인코딩된 프로토콜 메시지는 TCP상의 TLS(Transport Layer Security) 프로토콜과 같은
안전한 연결 지향 세션을 통해 관리 서버와 피관리 장치 사이에서 교환된다.
e.g., NETCONF <get> 명령
이 명령을 통해 서버는 장치의 설정에 대해 알 수 있다.
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<rpc message-id="101"
xmlns="urn:ietf:params:xml:ns:netconf:base:1.0">
<get/>
</rpc>
아래는 NETCONF 세션의 예다.
- 관리 서버는 피관리 장치와 보안 연결을 설정한다.
- 보안 연결이 설정되면 관리 서버와 피관리 장치는 <hello> 메시지를 교환하고,
기본 NETCONF 명세를 보완하는 어떠한 추가 ‘기능’이 있는지를 알린다. - 관리 서버와 피관리 장치 간의 상호작용은 <rpc>와 <rpc-reply> 메시지를 사용하는 원격 프로시저 호출 형식을 갖는다.
- 이러한 메시지는 장치 설정 데이터와 동작 데이터 및 통계를 검색, 설정, 질의, 수정하고 장치의 알림을 구독하는 데 사용된다.
- <close-session> 메시지로 세션을 종료한다.
아래 표는 관리 서버가 피관리 장체에서 수행할 수 있는 여러 가지 중요한 NETCONF 작업을 보인다.
YANG은 NETCONF가 사용하는 네트워크 관리 데이터의 구조, 구문 및 의미를 정확하게 표현하는 데 사용되는 데이터 모델링 언어다.
모든 YANG 정의는 모듈에 포함되고, 장치와 해당 기능을 설명하는 XML 문서는 YANG 모듈에서 생성할 수 있다.
