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오버레이 네트워크

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목차

1. 개요

오버레이 네트워크는 기본 네트워크 위에 구축되어 논리적 링크로 연결된 노드들로 구성된 가상 네트워크이다. 이는 IP 주소 없이 메시지를 라우팅하고, 특정 속성(논리적 주소 분리, 보안, 서비스 품질 등)을 제공하며, 인터넷 라우팅 개선 및 서비스 품질 보장을 위해 사용된다. 통신사, 기업 네트워크, 인터넷 등 다양한 환경에서 활용되며, 복원력, 멀티캐스트와 같은 장점을 제공하지만, 라우팅 비효율성, 대기 시간 증가, 캡슐화 오버헤드 등의 단점도 존재한다. 분산 해시 테이블, XMPP, P2P 프로토콜 등 다양한 프로토콜이 TCP/IP 및 UDP/IP 기반으로 사용된다.

2. 구조

그림 1: 물리적 네트워크에서 논리적 오버레이 네트워크로의 전환


오버레이 네트워크에서 노드는 가상 또는 논리적 링크로 연결되며, 각 링크는 기본 네트워크의 여러 물리적 링크를 통과하는 경로에 해당한다. 예를 들어, 분산 시스템과 같은 P2P 네트워크는 노드가 기존 네트워크 연결 위에 네트워크를 형성하기 때문에 오버레이 네트워크이다.[2]

인터넷은 원래 전화 네트워크 위에 오버레이로 구축되었지만, 오늘날에는 VoIP의 등장으로 전화 네트워크가 인터넷 위에 구축된 오버레이 네트워크로 변모하고 있다.

아카마이 테크놀로지스는 신뢰성이 높고 효율적인 콘텐츠 전송을 위한 오버레이 네트워크를 관리한다. 이는 멀티캐스트의 일종이다. 학술 연구로는 멀티캐스트를 위한 [http://esm.cs.cmu.edu/ 엔드 시스템 멀티캐스트]와 Overcast, 유연한 라우팅을 위한 RON(Resilient Overlay Network), 그리고 서비스 품질 보증을 위한 OverQoS 등이 있다.

2. 1. 속성

오버레이 네트워크는 논리적 주소 분리, 보안, 서비스 품질 등의 속성을 가진다. 복원력/복구, 암호화, 대역폭 제어와 같은 추가적인 속성도 가질 수 있다.[2]

IP 주소가 지정되지 않은 목적지로 라우팅 메시지를 전송할 수 있도록 구축된다는 점도 오버레이 네트워크의 특징이다. 예를 들어 분산 해시 테이블을 사용하면 IP 주소를 알 수 없는 특정 논리 주소를 가진 노드로 메시지를 라우팅할 수 있다.[2]

오버레이 네트워크는 인터넷 라우팅을 향상시키는 방법으로 제안되었으며, 더 높은 스트리밍 품질을 얻기 위해 서비스 품질 보증을 사용하는 경우가 그 예시이다. IntServ, DiffServ, IP 멀티캐스트와 같은 과거 제안들은 네트워크상의 모든 라우터를 변경해야 했기 때문에 널리 보급되지 못했다. 반면, 오버레이 네트워크는 오버레이 프로토콜 소프트웨어를 탑재한 엔드 호스트에 단계적으로 도입할 수 있어 인터넷 서비스 제공업체의 협력이 필요하지 않다. 오버레이는 하위 네트워크에서 노드 간 패킷 라우팅 방식은 제어할 수 없지만, 특정 메시지가 오버레이 노드를 거치는 순서는 제어할 수 있다.[2]

3. 사용 사례

오버레이 네트워크는 IP 주소가 지정되지 않은 목적지로 라우팅 메시지를 전송할 수 있도록 구축된다. 예를 들어, 분산 해시 테이블을 사용하면 IP 주소를 알 수 없는 특정 논리 주소를 가진 노드로 메시지를 라우팅할 수 있다.

오버레이 네트워크는 인터넷 라우팅을 향상시키는 방법으로 제안되었으며, 더 높은 스트리밍 품질을 얻기 위해 서비스 품질 보증을 사용하는 경우가 그 예시이다. IntServ, DiffServ, IP 멀티캐스트와 같은 과거 제안은 네트워크상의 모든 라우터의 변경이 필요했기 때문에 널리 보급되지 못했다. 반면, 오버레이 네트워크는 오버레이 프로토콜 소프트웨어를 탑재한 엔드 호스트에 단계적으로 도입할 수 있으며, 인터넷 서비스 제공업체의 협력이 필요하지 않다. 오버레이는 하위 네트워크에서 노드 간 패킷 라우팅을 제어할 수는 없지만, 특정 메시지가 오버레이 노드를 거치는 순서는 제어할 수 있다.

아카마이 테크놀로지스(Akamai Technologies)는 신뢰성이 높고 효율적인 콘텐츠 전송을 위한 오버레이 네트워크를 관리하며, 이는 멀티캐스트의 일종이다. 학술 연구로는 멀티캐스트를 위한 [http://esm.cs.cmu.edu/ 엔드 시스템 멀티캐스트]와 Overcast, 유연한 라우팅을 위한 RON(Resilient Overlay Network), 서비스 품질 보증을 위한 OverQoS 등이 있다.[1]

3. 1. 통신사

많은 통신사는 물리적인 인프라 위에 서비스를 제공하기 위해 오버레이 네트워크를 사용한다. 물리적으로 다양한 사이트(WAN)를 연결하는 네트워크에서 일반적인 오버레이 네트워크 기술 중 하나는 BGP VPN이다. 이러한 VPN은 기업이 자체 사이트와 애플리케이션을 연결할 수 있도록 서비스 형태로 제공된다. 이러한 종류의 오버레이 네트워크의 장점은 통신 사업자가 주소 지정 또는 기타 기업별 네트워크 속성을 관리할 필요가 없다는 것이다.

3. 2. 기업 네트워크

기업 사설망은 초기에는 프레임 릴레이 및 ATM 패킷 스위칭 인프라와 같은 통신 네트워크에 오버레이되었지만, 2001~2002년경 IP 기반 MPLS 네트워크 및 VPN으로 전환되었다. 현재 프레임 릴레이 또는 ATM 네트워크는 거의 남아 있지 않다.

기업 입장에서는 운영자가 구성한 오버레이 VPN 서비스가 기본적인 연결 요구 사항은 충족할 수 있지만, 유연성이 부족하다. 예를 들어, 경쟁 사업자의 서비스를 연결하거나, 인터넷 서비스를 통해 기업 서비스를 연결하고 보호하는 것은 표준 VPN 기술로는 불가능하다. 따라서 기업이 네트워크 접근 유형에 관계없이 사이트와 사용자를 연결할 수 있도록 하는 SD-WAN 오버레이 네트워크가 확산되었다.

3. 3. 인터넷

인터넷은 IP 주소로 지정되지 않은 목적지로 메시지를 라우팅할 수 있도록 구축될 수 있는 오버레이 네트워크의 기반이 된다. 예를 들어, 분산 해시 테이블(DHT)을 사용하여 IP 주소를 미리 알 수 없는 특정 논리 주소를 가진 노드로 메시지를 라우팅할 수 있다.

오버레이 네트워크는 인터넷 라우팅을 향상시키는 방법으로 제안되었으며, 더 높은 스트리밍 품질을 얻기 위해 서비스 품질 보증을 사용하는 경우가 그 예시이다.

3. 3. 1. 서비스 품질 (QoS)

IntServ와 DiffServ는 대역폭 보장을 위해 사용될 수 있는 기술이다. IntServ는 흐름별 추적이 필요하여 라우팅 플랫폼에서 확장성 문제를 일으키기 때문에 널리 배포되지 않았다. DiffServ는 트래픽 유형을 차별화하는 방법으로, 많은 통신 사업자에게 널리 배포되었다. DiffServ 자체는 처리량 보장을 제공하지 않지만, 네트워크 사업자가 혼잡 상황에서 어떤 트래픽의 우선순위를 높여 먼저 전달할지 결정할 수 있게 해준다.

오버레이 네트워크는 더 세분화된 품질 보증을 구현하여 기업 사용자가 애플리케이션 및 사용자/사이트를 기준으로 트래픽 우선순위를 정할 수 있도록 한다. 과거 IntServ, DiffServ, IP 멀티캐스트와 같은 서비스 품질 보증 제안은 네트워크상 모든 라우터의 변경이 필요했기 때문에 널리 보급되지 못했다. 반면 오버레이 네트워크는 오버레이 프로토콜 소프트웨어를 탑재한 엔드 호스트에 단계적으로 도입할 수 있으며, 인터넷 서비스 제공업체의 협력이 필요하지 않다. 오버레이는 하위 네트워크에서 노드 간 패킷 라우팅을 제어할 수는 없지만, 특정 메시지가 오버레이 노드를 거치는 순서는 제어할 수 있다.[1]

아카마이 테크놀로지스(Akamai Technologies)는 신뢰성 높고 효율적인 콘텐츠 제공을 위한 오버레이 네트워크를 관리하며, 이는 멀티캐스트의 일종이다. 학술 연구로는 멀티캐스트를 위한 [http://esm.cs.cmu.edu/ 엔드 시스템 멀티캐스트]와 Overcast, 유연한 라우팅을 위한 RON(Resilient Overlay Network), 서비스 품질 보증을 위한 OverQoS 등이 있다.[1]

3. 4. 배포 용이성

오버레이 네트워크는 ISP의 협력 없이 최종 사용자 사이트나 오버레이 프로토콜 소프트웨어를 실행하는 호스트에 점진적으로 배포될 수 있다. 오버레이는 두 오버레이 노드 간의 기본 네트워크에서 패킷이 라우팅되는 방식을 제어할 수 없지만, 메시지가 대상에 도달하기 전에 거치는 오버레이 노드의 순서를 제어할 수 있다.

예를 들어, 아카마이 테크놀로지스는 신뢰성 있고 효율적인 콘텐츠 전송(일종의 멀티캐스트)을 제공하는 오버레이 네트워크를 관리한다.[1]

4. 장점

오버레이 네트워크는 기존 네트워크 인프라보다 더 유연하고 프로그래밍 가능하다는 장점이 있다. 예를 들어, IP 주소가 지정되지 않은 목적지로 라우팅 메시지를 전송할 수 있도록 구축된다. 분산 해시 테이블을 사용하여 IP 주소를 알 수 없는 특정 논리 주소를 가진 노드로 메시지를 라우팅할 수 있다.

또한, 오버레이 네트워크는 인터넷 라우팅을 향상시키는 방법으로 제안되었으며, 더 높은 스트리밍 품질을 얻기 위해 서비스 품질 보증을 사용하는 경우가 그 예시이다. IntServ, DiffServ 및 IP 멀티캐스트와 같은 과거 제안은 네트워크상의 모든 라우터의 변경이 필요했기 때문에 널리 보급되지 못했다. 반면, 오버레이 네트워크는 오버레이 프로토콜 소프트웨어를 탑재한 엔드 호스트에 단계적으로 도입할 수 있으며, 이는 인터넷 서비스 제공업체의 협력을 필요로 하지 않는다. 오버레이는 하위 네트워크에서 노드 간에 패킷이 어떻게 라우팅되는지 제어할 수 없지만, 특정 메시지가 오버레이 노드를 거치는 순서에 대해서는 제어할 수 있다.

아카마이 테크놀로지스(Akamai Technologies)는 신뢰성이 높고 효율적인 콘텐츠 전송을 위한 오버레이 네트워크를 관리하고 있으며, 이는 멀티캐스트의 한 형태이다.[3] 학술 연구로는 멀티캐스트를 위한 엔드 시스템 멀티캐스트와 Overcast, 유연한 라우팅을 위한 RON(Resilient Overlay Network), 그리고 서비스 품질 보증을 위한 OverQoS 등이 있다.

4. 1. 복원력

통신망의 복원력은 통신망 실패 시 자동화된 복구를 통해 원하는 서비스 수준 또는 가용성을 유지하는 것을 목표로 한다. 통신망은 계층적으로 구축되므로 복원력은 물리적, 광학적, IP 또는 세션/애플리케이션 계층에서 사용될 수 있다. 오버레이 IP 네트워크는 전송되는 물리적, 광학적 및 기본 IP 서비스에 의존하며, 애플리케이션 계층 오버레이는 아래의 모든 계층에 의존한다. 오버레이 네트워크는 기존 네트워크 인프라보다 더 유연하고 프로그래밍 가능하다는 장점이 있지만, 추가적인 지연 시간, 복잡성 및 대역폭 오버헤드라는 단점도 존재한다.

오버레이 네트워크는 IP 주소가 지정되지 않은 목적지로 라우팅 메시지를 전송할 수 있도록 구축된다. 예를 들어, 분산 해시 테이블을 사용하여 IP 주소를 알 수 없는 특정 논리 주소를 가진 노드로 메시지를 라우팅할 수 있다.

오버레이 네트워크는 인터넷 라우팅을 향상시키는 방법으로 제안되었으며, 더 높은 스트리밍 품질을 얻기 위해 서비스 품질 보증을 사용하는 경우가 그 예시이다. IntServ, DiffServ 및 IP 멀티캐스트와 같은 과거 제안은 네트워크상의 모든 라우터의 변경이 필요했기 때문에 널리 보급되지 못했다. 반면, 오버레이 네트워크는 오버레이 프로토콜 소프트웨어를 탑재한 엔드 호스트에 단계적으로 도입할 수 있으며, 이는 인터넷 서비스 제공업체의 협력을 필요로 하지 않는다. 오버레이는 하위 네트워크에서 노드 간에 패킷이 어떻게 라우팅되는지 제어할 수 없지만, 특정 메시지가 오버레이 노드를 거치는 순서에 대해서는 제어할 수 있다.

아카마이 테크놀로지스(Akamai Technologies)는 신뢰성이 높고 효율적인 콘텐츠를 제공하는 오버레이 네트워크를 관리하고 있으며, 이는 멀티캐스트의 일종이다. 학술 연구로는 멀티캐스트를 위한 엔드 시스템 멀티캐스트와 Overcast, 유연한 라우팅을 위한 RON(Resilient Overlay Network), 그리고 서비스 품질 보증을 위한 OverQoS 등이 있다.

4. 1. 1. 애플리케이션 계층 복원력 접근 방식

'''복원 오버레이 네트워크'''(RON)는 분산된 인터넷 애플리케이션이 연결 끊김이나 간섭을 감지하고 복구할 수 있도록 하는 아키텍처이다. RON은 복구에 최소 몇 분이 걸리는 현재 광역 라우팅 프로토콜을 개선한 애플리케이션 계층 오버레이이다. RON 노드는 서로 간의 인터넷 경로를 모니터링하고, 패킷을 인터넷을 통해 직접 라우팅할지 아니면 다른 RON 노드를 통해 라우팅할지를 결정하여 애플리케이션별 지표를 최적화한다.[3]

RON은 비교적 단순한 개념 설계를 가지고 있다. 인터넷의 다양한 위치에 배포된 RON 노드들은 패킷 라우팅에 협력하는 애플리케이션 계층 오버레이를 형성한다. 각 RON 노드는 서로 간의 인터넷 경로 품질을 모니터링하고 이 정보를 사용하여 각 패킷에 대한 경로를 정확하고 자동으로 선택함으로써 열악한 서비스 품질로부터 복구하는 데 필요한 시간을 줄인다.[3]

4. 2. 멀티캐스트

아카마이 테크놀로지스(Akamai Technologies)는 신뢰성이 높고 효율적인 콘텐츠 전송을 위한 오버레이 네트워크를 관리하는데, 이는 멀티캐스트의 한 형태이다. 학술 연구로는 엔드 시스템 멀티캐스트(End System Multicast)와 Overcast, 유연한 라우팅을 위한 RON(Resilient Overlay Network), 서비스 품질 보증을 위한 OverQoS 등이 있다.

5. 단점


  • 실제 네트워크 토폴로지에 대한 정보가 없어, 기반 네트워크의 라우팅 비효율성에 따라 최적 경로가 아닌 경로로 라우팅될 수 있다.
  • 오버레이가 아닌 서비스에 비해 대기 시간이 증가할 수 있다.
  • 특정 지점에서 패킷이 중복될 수 있다.
  • 추가적인 캡슐화 오버헤드로 인해 여러 페이로드를 캡슐화해야 하므로 전체 네트워크 용량이 감소한다.

6. 오버레이 네트워크 프로토콜 목록

오버레이 네트워크 프로토콜은 TCP/IP 기반과 UDP/IP 기반으로 나눌 수 있다.

TCP/IP 기반 프로토콜로는 분산 해시 테이블(DHT)(Chord 기반), JXTA, XMPP, 그누텔라, 그누텔라2, 프리넷, I2P, Tor를 포함한 많은 피어 투 피어 프로토콜, PUCC, Solipsis(프랑스 텔레콤) 등이 있다.[1] UDP/IP 기반 프로토콜로는 분산 해시 테이블(DHT)(Kademlia 알고리즘, KAD 기반), 실시간 미디어 흐름 프로토콜, 실시간 미디어 플로우 프로토콜(어도비 플래시) 등이 있다.[1]

6. 1. TCP/IP 기반

6. 2. UDP/IP 기반

참조

[1] 서적 Overlay Networks: Toward Information Networking https://archive.org/[...] CRC Press 2010
[2] 서적 Computer Networks: A Systems Approach https://book.systems[...] Elsevier 2022-12-19
[3] 서적 Proceedings of the eighteenth ACM symposium on Operating systems principles 2001-12


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