MPLS,DCN

MPLS(Multiprotocol Label Switching)

 MPLS는 링크 가상화 기술로 네트워크 계층,링크 계층 사이에서 라우팅을 하는 기술이다.

MPLS는 MPLS 기능이 있는 라우터에서 작동이 가능하다.이 기술은 SDN이 나오기전에 등장했고 결국은 Traffic Engineering 을 위해 개발되었다.

MPLS

MPLS가 가능한 라우터들은 Label-switched router라고도 부른다.

기존 IP 라우팅은 목적지 주소 기반으로만 전달하기에 경로 유연성이 낮았고 라우터마다 IP 주소를 해석하는 과정에서 시간 지연이 발생한다.따라서 MPLS는 고정된 길이의 라벨을 기반으로 빠르게 포워딩하고 링크 장애 시 사전에 계산된 백업 경로를 사용해서 즉각적으로 대처한다.

IP paths

MPLS

MPLS Signaling

 MPLS는 기존의 Link state 라우팅 프로토콜에 트래픽 정보를 추가하고 링크 대역폭 및 예약된 대역폭 등의 정보를 공유 할 수 있다.

MPLS간의 통신은 RSVP-TE(Resource Reservation Protocol - Traffic Engineering)을 사용한다.

MPLS forwarding tables

DCN(Data Center Networking)

 Data Center Network의 등장은 Cloud computing과 밀접한 연관이 있다.

Clouding computing

보통 데이터 센터를 구축할때는 다음과 같이 추상화 할 수 있다.

Data center networks

하지만 이런식으로 구성하면 포트 밀도 제한(limited port density),고립 문제(Isolation),브로드캐스트 폭풍(Broadcast storm) 등의 문제가 발생한다.또한 DCN은 여러개의 장비가 빠르게 분산 처리를 통해 서비스를 제공해야하기에 신뢰성이 중요하다.

DCN designs

따라서 다음과 같은 디자인들이 나타났다.그리고 오늘날에는 Tree기반의 디자인이 범용적으로 사용된다.

Tree-based DCN

여러개의 스위치와 RAC을 다중 경로(Multipath)로 연결하여 신뢰성을 높이고 상위 계층에 더 많은 대역폭을 배치한다.

Application-layer routing

Application-layer routing

클라우드 시스템에서 중요한건 외부에서의 요청을 여러개의 랙으로 분산시키고 완료된 작업을 한번에 내보내야한다.따라서 라우팅에는 (로로드밸런서(Roadbalacer)를 통해 이를 조율한다.로드밸런서는 마치 SDN의 Controller와 비슷하게 작동한다.클라이언트는 데이터 센터의 내부 구조를 알 필요없이 적당히 작업이 분산된다.

DCN은 일반적인 네트워크 프로토콜과는 다르다.DCN에서는 다른 기준이 요구되기 때문이며 빠르고 신뢰성이 없어야 한다.

이를 위해서 Multipath를 굉장히 많이 구성한다.

Multipath in DCN

DCN의 성능지표는 크게 2개로 나뉜다.

1. Bisection width:네트워크를 두 부분으로 나누기 위해 자를 최소 링크 수.
2. Bisection bandwidth:네트워크를 나누는 링크의 최소 대역폭.

Network perfomance metric

위의 그림에서 Bisection width는 48이다.이유는 96개의 포트를 가진 2개의 스위치로 연결되기에 2개의 스위치를 연결하는 링크를 나누면된다.그리고 이 링크는 48개 존재하기에 48이된다.(96개의 포트를 가진 스위치는 하위 계층의 스위치로 48개의 포트를 사용하고 나머지 48개를 다른 스위치와 연결함)이때의 Bisection bandwidth는 48 * 1Gbps로 48Gbps가 된다.

 

Oversubscription

 최악의 경우 네트워크의 요구 대역폭 대비 제공할 수 있는 대역폭 비율을 의미하며 따라서 가장 좋은 대역폭은 Full bisection bandwitth(한쪽 절반의 노드가 다른 절반과 동시에 통신할 수 있는 대역폭)이지만 이런 상황이 잘 나오지 않기에 일반적으로는 2.5 : 1 ~ 8 : 1로 구성한다.Oversubscription은 최악의 경웅에 필요로 하는 총 다운링크 대역폭과 네트워크가 실제로 제공할 수 있는 업링크 대역폭 간의 비율로 계산하면 됨으로 위의 그림에서는 (16 * 12) / 48이고 4:1이 된다.16개의 링크로 물린 노드가 12개 있으므로 분자가 되고 Bisection bandwidth는 48이 분모가 된다.