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콘텐츠 중심 네트워킹

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목차

1. 개요

콘텐츠 중심 네트워킹(CCN)은 1979년 테드 넬슨의 프로젝트 재너두에서 처음 제시된 정보 중심 네트워크의 기본 원리를 기반으로 한다. 2000년대 초반부터 연구가 시작되어, PARC의 CCN 프로젝트를 거쳐 CCNx 프로젝트로 발전했다. CCNx는 콘텐츠를 이름으로 식별하고, 캐싱과 보안을 강화하여 인터넷의 확장성과 유연성을 개선하는 것을 목표로 한다. CCNx 명세는 IETF 초안으로 공개되었으며, CCNx 1.x 버전은 정확한 이름 일치를 기반으로 하며, TLV 형식을 사용하여 메시지를 인코딩한다. CCN은 보안, 유연성, 확장성을 목표로 하며, 기존 인터넷의 한계를 극복하고자 한다. 관련 기술로는 네임드 데이터 네트워킹(NDN) 등이 있다.

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콘텐츠 중심 네트워킹
개요
유형네트워크 아키텍처
설계 목표콘텐츠 배포 효율성 향상
핵심 특징콘텐츠 중심 라우팅
콘텐츠 저장 및 캐싱
콘텐츠 이름 기반 보안
상세 정보
주요 특징콘텐츠 이름 지정 및 라우팅
내장 캐싱
멀티캐스트 지원
콘텐츠 인증 및 보안
기술적 측면
콘텐츠 이름 지정 방식계층적 이름 공간 기반
라우팅 프로토콜Interest 패킷 기반 요청
Data 패킷 기반 응답
캐싱 메커니즘네트워크 내 노드에 콘텐츠 캐싱
장점
효율성네트워크 대역폭 사용 효율성 증가
확장성대규모 콘텐츠 배포에 적합
보안콘텐츠 자체에 대한 보안 강화
단점
구현 복잡성기존 IP 네트워크와의 호환성 문제
초기 투자 비용새로운 인프라 구축 필요
활용 분야
콘텐츠 전송 네트워크 (CDN)대용량 콘텐츠 배포
사물 인터넷 (IoT)데이터 수집 및 전송
모바일 네트워크콘텐츠 전송 효율성 향상
관련 기술
NDN (Named Data Networking)콘텐츠 중심 네트워킹의 대표적인 구현
CCNx (Content Centric Networking eXperimental)초기 콘텐츠 중심 네트워킹 연구 프로젝트
추가 정보
표준화 동향IETF (Internet Engineering Task Force)에서 표준화 논의 진행 중
연구 동향캐싱 정책 최적화
라우팅 알고리즘 개선
보안 기술 강화

2. 역사

테드 넬슨의 프로젝트 재너두에서 1979년 정보 중심 네트워크의 기본 원리가 처음 설명되었다. 2002년, 브렌트 바칼라는 연결 지향 네트워킹과 데이터 지향 네트워킹을 구별하고 인터넷 웹 아키텍처가 빠르게 데이터 지향적으로 변화하고 있다는 내용을 담은 인터넷 초안을 제출했다.[1] 2006년, UC 버클리와 ICSI의 DONA[2] 프로젝트는 아키텍처에서 보안(진위성)과 지속성을 일급 객체로 통합하여 TRIAD[3]를 개선한 정보 중심 네트워크 아키텍처를 제안했다. 같은 해 8월 30일, PARC 연구원 반 제이콥슨은 구글에서 "네트워킹을 바라보는 새로운 시각"이라는 제목의 강연을 했다.[4]

2007년 PARC에서 CCN 프로젝트가 공식적으로 시작되었다. 2009년, PARC는 CCNx 프로젝트(콘텐츠 중심 네트워크)를 발표하고, 2009년 9월 21일 [http://ccnx.org Project CCNx website]에서 상호 운용성 사양과 오픈 소스 구현을 게시했다. 2009년 12월 국제 신규 네트워킹 실험 및 기술 컨퍼런스(CoNEXT)에서 CCN 설계에 대한 논문이 발표되었다.[5]

연례 CCNx 커뮤니티 회의가 2011년,[6] 2012년,[7] 2013년,[8] 및 2015년에[9] 개최되었다. CCNx 1.0 프로토콜 사양은 의견 수렴과 논의를 위해 공개되었다. CCNx에 대한 작업은 IRTF 연구 그룹인 ICNRG에서 공개적으로 진행된다.

2. 1. 초기 연구

테드 넬슨의 프로젝트 재너두에서 1979년 정보 중심 네트워크의 기본 원리가 처음 설명되었다. 2002년, 브렌트 바칼라는 연결 지향 네트워킹과 데이터 지향 네트워킹을 구별하고 인터넷 웹 아키텍처가 빠르게 데이터 지향적으로 변화하고 있다는 내용을 담은 인터넷 초안을 제출했다.[1] 2006년, UC 버클리와 ICSI의 DONA[2] 프로젝트는 아키텍처에서 보안(진위성)과 지속성을 일급 객체로 통합하여 TRIAD[3]를 개선한 정보 중심 네트워크 아키텍처를 제안했다.

2. 2. PARC의 CCN 프로젝트

2006년 8월 30일, PARC 연구원 반 제이콥슨은 구글에서 "네트워킹을 바라보는 새로운 시각"이라는 제목의 강연을 했다.[4] 2007년 PARC에서 CCN 프로젝트가 공식적으로 시작되었다. 2009년, PARC는 CCNx 프로젝트(콘텐츠 중심 네트워크)를 발표하고, 2009년 9월 21일 [http://ccnx.org Project CCNx website]에서 상호 운용성 사양과 오픈 소스 구현을 게시했다. 2009년 12월 국제 신규 네트워킹 실험 및 기술 컨퍼런스(CoNEXT)에서 CCN 설계에 대한 논문이 발표되었다.[5]

2. 3. CCNx 커뮤니티

연례 CCNx 커뮤니티 회의가 2011년,[6] 2012년,[7] 2013년,[8] 및 2015년에[9] 개최되었다.

CCNx 1.0 프로토콜 사양은 의견 수렴과 논의를 위해 공개되었다. CCNx에 대한 작업은 IRTF 연구 그룹인 ICNRG에서 공개적으로 진행된다.

3. CCNx 규격 (Specification)

CCNx 명세는 IETF 초안에 일부 게시되었다. 개방형 실행 환경 내의 원활한 데이터 통합은 클라우드 기반 분석 및 주요 네트워크 암호화 보안에 중요한 기여 요인으로 제안되었다.[10] 이러한 발견법 채택에는 배치 중단 데이터 스트림이 최적의 실행 환경에 유지되고, 통합 분석 프로세스에 따라 안전한 공유 클라우드 접근이 가능해졌다는 두 가지 요인이 작용했다.[11]

3. 1. 주요 내용

CCNx 명세는 IETF 초안에 일부 게시되었다. 여기에는 다음이 포함된다.

개방형 실행 환경 내의 원활한 데이터 통합은 클라우드 기반 분석 및 주요 네트워크 암호화 보안에 중요한 기여 요인으로 제안되었다.[10] 이러한 발견법 채택에는 두 가지 요인이 있었다. 배치 중단 데이터 스트림이 최적의 실행 환경에 유지되었고, 통합 분석 프로세스에 따라 안전한 공유 클라우드 접근이 가능해졌다.[11]

3. 2. 클라우드 컴퓨팅과의 연관성

개방형 실행 환경 내의 원활한 데이터 통합은 클라우드 기반 분석 및 주요 네트워크 암호화의 보안을 보호하는 데 주요 기여 요인으로 제안되었다.[10] 이러한 발견법 채택에는 두 가지 요인이 작용했다. 즉, 배치 중단 데이터 스트림이 최적의 실행 환경에 유지되고, 통합 분석 프로세스에 따라 안전한 공유 클라우드 접근이 가능해졌다.[11]

4. 소프트웨어

GitHub에서 CCNx 소프트웨어를 이용할 수 있었다.

5. 동기 및 이점 (Motivation and benefits)

기존 인터넷 프로토콜은 호스트 간 연결을 중심으로 설계되었으나, 현대 인터넷 사용자는 콘텐츠 자체에 대한 빠르고 효율적인 접근을 요구한다. 이러한 요구에 부응하여 콘텐츠 중심 네트워킹(CCN)은 더 나은 인터넷 사용 환경을 제공하기 위해 등장했다. CCN은 보안, 유연성, 확장성 등 여러 이점을 제공하며, 기존 인터넷의 한계를 극복하고 다양한 환경에서 작동하도록 설계되었다.

5. 1. 기존 인터넷의 한계

초창기 인터넷 프로토콜은 자원을 가진 기계와 그 자원에 접근하려는 기계 간의 대화를 가능하게 하는 것을 목표로 만들어졌다. 작동 원리는 각 기기에 주소를 할당하여 서로를 찾고 연결할 수 있도록 하는 것이었다.[12]

시간이 지나면서 인터넷 사용 방식은 크게 변화하였다. 소셜 네트워킹 서비스가 확산되고, 비디오, 사진, 문서와 같은 디지털 콘텐츠를 공유하고 보는 것이 일반화되었다. 인터넷은 단순한 연결성을 제공하는 것을 넘어, 대량의 비디오 및 웹 페이지 콘텐츠를 제공자로부터 시청자에게 전달하는 대규모 분배 네트워크가 되었다. 오늘날 인터넷 사용자들은 콘텐츠의 위치와 관계없이 더 빠르고, 효율적이며, 안전하게 콘텐츠에 접근하기를 원하고 있다.[12]

또한, 네트워크는 기존의 TCP/IP 통신 모델이 적합하지 않은 사물 인터넷(IoT) 및 센서 네트워크와 같은 다양한 환경에서도 사용되고 있다. 이러한 환경에서는 소스와 대상 간의 통신 모델이 항상 최적의 해결책을 제공하지는 않는다.[12]

5. 2. CCN의 목표

CCN은 고속 데이터 센터에서 자원 제약적인 센서에 이르기까지 다양한 환경에서 작동하도록 설계되었다. CCN의 목표는 다음과 같다.

  • 보안 - CCN 통신 모델은 두 개의 특정 최종 호스트 간의 통신 파이프가 아닌 데이터를 보호한다. 그러나 어디에나 있는 콘텐츠 캐싱과 최종 호스트 간의 안전한 통신 파이프가 없다는 것은 무단 접근으로부터 콘텐츠를 보호하는 데 어려움을 야기하며, 이는 추가적인 주의와 솔루션을 필요로 한다.[12]
  • 유연성 - CCN은 이름을 사용하여 통신한다. 이름은 위치에 독립적이며 IP 주소보다 훨씬 더 적응성이 뛰어나다. 네트워크 요소는 명명된 요청과 데이터를 기반으로 보다 진보된 선택을 할 수 있다.
  • 확장성 - CCN은 캐싱을 허용하고, 네이티브 멀티캐스트 트래픽을 활성화하며, 네이티브 로드 밸런싱을 제공하고, 리소스 계획을 용이하게 함으로써 네트워크를 확장할 수 있다.

6. 기본 개념 (Basic concepts)

콘텐츠 중심 네트워킹의 기본 개념은 다음과 같다.


  • 콘텐츠 객체 (Content Object): 네트워크 크기의 데이터 덩어리로, 게시자가 할당하는 계층적 바이너리 이름을 가지며 암호화 서명을 포함한다.
  • 관심 (Interest): 콘텐츠 객체에 대한 요청으로, 이름과 선택적 제한을 포함한다.
  • 보류 중인 관심 테이블 (PIT, Pending Interest Table): 네트워크를 통과하는 관심의 상태를 저장한다.


소비자는 원하는 콘텐츠의 이름을 포함하는 관심 메시지를 전송하여 콘텐츠를 요청한다. 네트워크는 최장 접두사 일치를 사용하여 이름을 기반으로 관심을 라우팅한다. 관심은 네트워크를 통과하면서 PIT에 상태를 남긴다. 일치하는 항목이 발견되면 콘텐츠는 PIT 상태를 따라 관심의 역경로로 다시 전송된다.[1]

콘텐츠는 자체 식별이 가능하므로(이름 및 보안 바인딩) 모든 콘텐츠 객체를 캐시할 수 있다. 관심 메시지는 게시자뿐만 아니라 중간 캐시와도 일치할 수 있다.[1]

콘텐츠 중심 네트워크 내에서는 분산 캐싱도 가능하다. 이를 위해 데이터베이스 전체에 다기능 액세스 매개변수가 필요한데, 이는 공유된 네트워크 암호화 알고리즘이 정의된 권한 수준에 따라 사용자에게 역할 기반 액세스 제한을 적용할 수 있도록 하기 위함이다.[1]

7. CCNx 릴리스 (CCNx releases)

CCNx는 0.x 버전과 1.x 버전 두 가지 주요 릴리스가 있다. CCNx 0.x는 이름 접두사를 기반으로 콘텐츠 객체를 매칭하는 반면, CCNx 1.x는 정확한 이름으로 콘텐츠 객체를 매칭한다. 패킷 인코딩 방식으로 CCNx 0.x는 CCNB(바이너리 XML을 기반으로 하는 독점 형식)를 사용하고, CCNx 1.x는 타입-길이-값(TLV) 형식을 사용한다.

7. 1. CCNx 0.x

CCNx 0.x에서 관심사는 이름 접두사를 기반으로 콘텐츠 객체와 일치한다. 예를 들어, /a/b에 대한 관심사는 /a/b/c/d 또는 /a/b로 명명된 콘텐츠 객체와 일치한다.

관심사에는 선택기 형태의 제한이 포함된다. 이러한 선택기는 네트워크가 가능한 접두사 일치 항목 중에서 실제 일치 항목을 선택하는 데 도움을 준다. 예를 들어, 관심사는 특정 이름을 제외하거나, 최소 또는 최대 추가 이름 세그먼트 수를 요청할 수 있다.

콘텐츠 객체는 콘텐츠 객체의 해시와 동일한 암시적 최종 이름 구성 요소를 가지며, 이는 이름과 일치시키는 데 사용될 수 있다.

패킷 인코딩은 CCNB(바이너리 XML을 기반으로 하는 독점 형식)를 사용하여 수행된다.

이 브랜치의 마지막 버전은 0.8.2이다. 소프트웨어는 GPL 라이선스 하에 사용할 수 있다.

7. 2. CCNx 1.x

CCNx 1.x는 CCNx 0.x와 다음과 같이 다르다.[14]

  • 인터레스트는 이름 접두사가 아닌 정확한 이름으로 콘텐츠 객체와 일치한다. 따라서 /a/b/에 대한 인터레스트는 이름이 /a/b/인 콘텐츠 객체와만 일치한다.
  • 인터레스트는 게시자 KeyID 또는 객체의 ContentObjectHash에 대한 일치를 제한할 수 있다.


타입-길이-값(TLV) 형식을 사용하여 모든 메시지를 중첩된 형태로 인코딩한다. 각 메시지는 패킷 헤더, 이름, 콘텐츠(또는 페이로드), 메시지의 암호화 검증 정보를 포함하는 프로토콜 메시지로 구성되며, 이 모든 정보는 중첩된 TLV에 포함된다.

8. 파생 기술 (Derivative works)

네임드 데이터 네트워킹(NDN)은 CCNx 0.x를 기반으로 하며 NSF에서 투자한 프로젝트이다.[1] CCN-lite는 CCN 0.x와 상호 운용 가능한 경량 버전이다.[2]

9. 관련 프로젝트 (Related projects)

http://greenicn.org GreenICN은 정보 중심 네트워킹 패러다임을 사용하여 장애 복구 시나리오에 초점을 둔 프로젝트이다.

참조

[1] 논문 Data Oriented Networking http://www.freesoft.[...] 2002-08
[2] 논문 A data-oriented (and beyond) network architecture. 2007-08
[3] 웹사이트 TRIAD project page https://web.archive.[...] 2016-03-05
[4] Youtube A new way of looking at networking. https://www.youtube.[...] 2006-08-30
[5] 논문 Networking named content. http://dl.acm.org/ci[...] 2009-12-01
[6] 웹사이트 Cicn - fd.io http://www.ccnx.org/[...]
[7] 웹사이트 Cicn - fd.io http://www.ccnx.org/[...]
[8] 웹사이트 Cicn - fd.io http://www.ccnx.org/[...]
[9] 웹사이트 CCNxCon 2015 https://www.ccnx.org[...] 2016-02-22
[10] 서적 Identification and Management of Distributed Data: NGN, Content-Centric Networks and the Web CRC Press 2016
[11] 서적 Content-Centric Networks: An Overview, Applications, and Research Challenges Springer 2016
[12] 간행물 Secure Distribution of Protected Content in Information-Centric Networking 2019
[13] 간행물 Impact of traffic mix on caching performance in a content-centric network 2012
[14] 논문 CCNx 1.0 Changes from 0.x http://www.ietf.org/[...] 2014-07
[15] 웹사이트 CCNx Current Code Release http://www.ccnx.org/[...]
[16] 웹인용 Cisco Acquires PARC’s Content Centric Networking Platform http://blogs.parc.co[...] 2018-07-11


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