차등화 서비스

3. 트래픽 관리 매커니즘

DiffServ는 트래픽 관리를 위한 대단위, 클래스 기반 매커니즘이다. 반면, IntServ는 세분화된 플로우 기반 메커니즘이다.^[9]

DiffServ는 트래픽 분류 원칙에 따라 작동하며, 표준화된 트래픽 클래스 집합을 권장한다.^[9] 그러나 어떤 트래픽 유형을 우선 처리해야 하는지에 대한 결정은 포함하지 않는다. DiffServ는 패킷을 특정 클래스로 분류 및 표시하고, DiffServ 인식 라우터는 PHBs를 구현하여 트래픽 클래스와 관련된 패킷 포워딩 속성을 정의한다. 서로 다른 PHB는 낮은 패킷 손실 또는 낮은 네트워크 지연 시간 등을 제공하도록 정의될 수 있다.

4. DiffServ 도메인

관리자에 의해 정의된 일반적인 DiffServ 정책을 구현하는 라우터 집단을 DiffServ 도메인이라고 한다.

5. 분류 및 표시

DiffServ 도메인에 들어오는 네트워크 트래픽은 분류 및 조절의 대상이 된다. 트래픽은 소스 주소, 목적지 주소, 트래픽 유형 등 다양한 매개변수에 따라 분류되어 특정 트래픽 클래스에 할당된다. 트래픽 분류자는 수신한 패킷의 DiffServ 표시를 따르거나 무시, 또는 재정의할 수 있다. 네트워크 사업자는 지정된 클래스의 트래픽 양과 유형을 엄격하게 제어하기 위해 DiffServ 도메인에 들어올 때 표시를 따르지 않는 경우가 많다. 각 클래스의 트래픽은 속도 제한, 트래픽 폴리서, 트래픽 셰이핑 등에 의해 추가적으로 조절될 수 있다.^[10]

홉별 동작(PHB)은 IP 헤더의 DS 필드에 의해 결정되며, DS 필드는 6비트의 '''차등화 서비스 코드 포인트''' ('''DSCP''') 값을 가진다.^[11] 이론적으로는, 한 네트워크가 다른 DSCP들을 이용하면서 다른 트래픽 클래스를 64개(2⁶)까지 가질 수 있다. 그러나 실제로는 대부분의 네트워크가 일반적으로 정의되는 PHB를 사용한다.

5. 1. 홉별 동작 (PHB)

• '''기본 전달''' (Default Forwarding, DF) PHB — 일반적으로 최선형(best-effort) 트래픽이다. DF를 위한 DSCP는 0이다.
• '''긴급 전달''' (Expedited Forwarding, EF) PHB — 손실이 적고 지연 시간이 짧은 트래픽 전용이다. EF에서 사용되는 DSCP는 101110_B (46 또는 2E_H)이다.
• '''보장된 전달''' (Assured Forwarding, AF) PHB — 규정된 조건에서 전달 보장을 제공한다. AF를 위해 AF1 ~ AF4, 4개의 클래스가 표준화되어 있으며, 각 클래스는 3개의 DSCP 값을 사용한다. 따라서 DSCP 값으로는 AF11 ~ AF43, 12개가 사용된다.
• '''클래스 선택기''' (Class Selector, CS) PHB — IP 우선 순위 필드와의 하위 호환성을 유지한다. CS PHB에는 8개의 DSCP가 할당되어 있다.

5. 1. 1. Expedited Forwarding (EF)

5. 1. 2. Assured Forwarding (AF)

여러 클래스의 트래픽 간에는 우선순위와 비례적 공정성에 대한 척도가 정의된다.^[1] 클래스 "간" 혼잡이 발생하면 더 높은 클래스의 트래픽에 우선순위가 부여된다.^[1] 엄격한 우선순위 대기열을 사용하는 대신, 공정 대기열 또는 가중 공정 대기열과 같은 보다 균형 잡힌 대기열 서비스 알고리즘을 사용할 가능성이 높다.^[1] 클래스 "내" 혼잡이 발생하면 삭제 우선순위가 높은 패킷이 먼저 삭제된다.^[1] 테일 드롭과 관련된 문제를 방지하기 위해 무작위 초기 감지와 같은 더 정교한 삭제 선택 알고리즘이 자주 사용된다.^[1]

5. 1. 3. Default Forwarding (DF)

5. 1. 4. Class Selector (CS)

5. 1. 5. Voice Admit

5. 2. 리마킹

6. 정적 및 동적 서비스

DiffServ를 고정적인 서비스로 실시하는 경우, 각 사용자 및 네트워크 운영자(ISP, 통신 사업자 등) 간에 미리 서비스 수준 협약(SLA)을 체결하고, 이에 따라 네트워크를 고정적으로 설정하면 된다. 그러나 사용자의 요구는 때에 따라 변화하므로, 그때마다 필요한 서비스 레벨 사양(SLS)을 지정할 수 있는 편이 네트워크를 보다 유연하게 이용할 수 있다.

이와 같이 사용자가 동적으로 SLS를 지정하는 상대를 대역폭 브로커(Bandwidth Broker)라고 한다. 대역폭 브로커는 네트워크 자원을 관리하고, 어드미션 제어를 수행한다. 대역폭 브로커에 대한 자원 요청을 위한 프로토콜로 RSVP(자원 예약 프로토콜)를 사용할 수도 있지만, COPS(공통 개방 정책 서비스) 등의 프로토콜을 통해 대역폭 브로커에 직접 요청할 수도 있다. 대역폭 브로커는, 고속 연구·교육용 네트워크 최첨단 기술을 개발해 온 Internet2 프로젝트 등에서 연구되어 왔다.^[5]

7. RMD (DiffServ에서의 자원 관리)

Westberg, Karagiannis 등^[6]은 DiffServ를 위한 자원 관리 방법으로 RMD(DiffServ에서의 자원 관리, Resource Management in DiffServ)를 제안했으며, RMD를 QoS-NSLP로 실현하기 위해, QoS-NSLP를 위한 QoS 사양 기술법(QSPEC) 중 하나로 RMD-QOSM^[7]을 IETF에 제안했다. RMD에서는 시그널링 방식으로 RSVP 또는 이와 유사한 것이 사용된다. RMD는 IntServ와 DiffServ를 조합한 QoS 보증법 중 하나로 간주된다.

8. QoS 모델 비교

네트워크가 혼잡할 때 모든 종류의 트래픽에 대해 동등하게 QoS를 보장하는 것은 불가능하다. 그래서 DiffServ에서는 트래픽을 몇 개의 클래스로 나누고 우선순위를 부여하는 등 차등적으로 처리한다.

DiffServ를 구현하려면 네트워크 입구 라우터에서 플로우 종류에 따라 클래스를 분류하고, IP 패킷의 DS 필드에 그 결과 (DSCP)를 기록한다. 네트워크 코어 라우터에서는 DS 필드 값에 기반하여 패킷 스케줄링 등의 처리를 수행한다.

9. 디자인 고려 사항

차등화 서비스(DiffServ)에서 모든 정책 결정과 분류는 DiffServ 도메인 간 경계에서 수행된다.^[1] 이는 인터넷 코어에서 라우터가 요금 징수나 계약 시행과 같은 복잡한 문제에 얽매이지 않음을 의미한다. 즉, 통합 서비스(IntServ)와 달리 DiffServ는 사전 설정, 예약, 각 흐름에 대한 시간이 많이 소요되는 종단 간 협상이 필요하지 않다.

개별 라우터가 DS 필드를 처리하는 방식은 구성에 따라 다르므로 종단 간 동작을 예측하기 어렵다. 패킷이 목적지에 도달하기 전에 둘 이상의 DiffServ 도메인을 통과하는 경우 이러한 문제는 더욱 복잡해진다. 상업적인 관점에서 볼 때, 이는 최종 사용자에게 서로 다른 클래스의 종단 간 연결을 판매하는 것이 불가능하다는 것을 의미한다. 한 제공업체의 골드 패킷이 다른 제공업체의 브론즈 패킷일 수 있기 때문이다. DiffServ 또는 기타 IP 기반 QoS 마킹은 서비스 품질이나 지정된 서비스 수준 계약(SLA)을 보장하지 않는다. 발신자는 패킷을 마킹함으로써 해당 패킷을 특정 서비스로 처리하기를 원한다는 것을 나타내지만, 이것이 실제로 발생한다는 보장은 없다. 경로에 있는 모든 서비스 제공업체와 해당 라우터가 해당 정책에 따라 패킷을 적절하게 처리하도록 보장해야 한다.

10. DiffServ RFCs

• RFC|RFC^영어 2474 — IPv4 및 IPv6 헤더에서 차등화 서비스 필드(DS 필드)의 정의. RFC 2474의 8비트 DS 필드(하위 2비트는 사용되지 않음)는 이후 현재의 6비트 DS 필드와 별도의 2비트 ECN 필드로 분할되었다.
• RFC|RFC^영어 2475 — 차등화 서비스 아키텍처.
• RFC|RFC^영어 2597 — 보장 전달 PHB 그룹.
• RFC|RFC^영어 2983 — 차등화 서비스와 터널.
• RFC|RFC^영어 3086 — 도메인별 차등화 서비스 동작의 정의 및 사양 규칙.
• RFC|RFC^영어 3140 — 홉별 동작 식별 코드. (RFC 2836을 대체.)
• RFC|RFC^영어 3246 — 신속 전달 PHB. (RFC 2598을 대체.)
• RFC|RFC^영어 3247 — EF PHB(신속 전달 홉별 동작)의 새로운 정의에 대한 보충 정보.
• RFC|RFC^영어 3260 — Diffserv에 대한 새로운 용어 및 설명. (RFC 2474, RFC 2475 및 RFC 2597 업데이트.)
• RFC|RFC^영어 4594 — DiffServ 서비스 클래스에 대한 구성 지침.
• RFC|RFC^영어 5865 — 용량 허용 트래픽에 대한 차등화 서비스 코드 포인트(DSCP). (RFC 4542 및 RFC 4594 업데이트.)
• RFC|RFC^영어 8622 — 차등화 서비스를 위한 낮은 노력 홉별 동작(LE PHB). (RFC 4594 및 RFC 8325 업데이트, RFC 3662를 대체.)

참조

_[1] 간행물 S3700HI Ethernet Switches Configuration Guide - QoS http://enterprise.hu[...] Huawei 2016-10-07
_[2] 웹사이트 Implementing Quality of Service Policies with DSCP http://www.cisco.com[...] Cisco 2010-10-16
_[3] 웹사이트 Filtering DSCP https://blog.wiresha[...] 2016-07-29
_[4] 논문 A Two-bit Differentiated Services Architecture for the Internet IETF 1999-07
_[5] 문서 "The Survey of Bandwidth Broker” University of New South Wales 2002-05
_[6] 문서 "Resource Management in Diffserv (RMD): A Functionality and Performance Behavior Overview," 7th IFIP/IEEE Workshop on Protocols for High-Speed Networks (PfHSN’2002)
_[7] 문서 "RMD-QOSM - The Resource Management in Diffserv QOS Model" IETF
_[8] 문서 RFC 3260
_[9] 문서 RFC 4594
_[10] 문서 RFC 2597 Section 3
_[11] 문서 RFC 2474
_[12] 문서 RFC 6088
_[13] 웹인용 Implementing Quality of Service Policies with DSCP http://www.cisco.com[...] Cisco 2010-10-16
_[14] 웹사이트 Filtering DSCP https://blog.wiresha[...]