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데이터센터 아키텍처에 대한 MS와 대학연구팀의 상반된 견해

Tim Greene | Network World 2009.08.24

마이크로소프트와 샌디에고 캘리포니아 대학의 연구팀이 데이터센터 아키텍처의 단점, 특히 관리와 설정의 부담을 해결하고 가상머신의 효율적 사용을 도모하기 위해 서로 다른  계획안을 내놓았다.

 

지난 주 바르셀로나에서 열린 SIGCOMM 2009에서 발표한 두 곳의 견해가 완전히 다른 이유는 초점을 두고 있는 부분이 다르기 때문. 마이크로소프트팀은 요청에 상관 없이 모든 트래픽을 위한 고성능을 추구하였으며 반면, UCSD팀은 가상머신의 자유로운 이전, 새로운 호스트를 네트워크에 추가할 때 최소한의 설정 및 고장의 신속한 해결을 가능케 하는데 초점을 두었다.

 

마이크로소프트팀 역시 가상머신의 이전과 2계층 방식 어드레싱 문제를 다루지만, 모든 엔드포인트 상에 에이전트 설치가 필요한 방법을 사용한다. 이는 스위치 소프트웨어를 조정하고 엔드포인트는 그대로 두는 UCSD팀의 계획과는 대조적이다.

 

컴퓨터 공학과 교수인 아민 바다트가 주도하는 UCSD팀은 데이터센터용으로 2계층 및 3계층 연결성을 혼합해 2계층 요소에 의해 제한되던 대규모 확장성을 구현하고, 3계층 요소의 문제점이었던 관리와 설정 문제를 감소시킬 수 있는 방안을 제시했다.

 

자체적으로 개발한 포트랜드(PortLand) 프로토콜이 호스트 시스템의 어떤 것도 변경하지 않고 10만 대의 서버로 구성된 데이터센터 네트워크를 지원할 수 있다고 주장했다. UCSD팀은 연구논문 “PortLand : 확장성 있는 폴트 톨러런트 2계층 데이터센터 네트워크 패브릭”에 그 결과를 제시했다.

 

바다트 교수는 엔드 디바이스의 설정이나 변경 없는 이른바 네트워크 상의 플러그 앤 플레이를 구현하는 것이 포트랜드 프로토콜의 핵심 목표라고 강조했다.

 

포트랜드 프로토콜는 3계층에서는 할 수 없는 가상머신 이전을 지원한다. 가상머신은 서버에서 서버로 이동할 수 있고, 각각의 서버는 서로 다른 IP 주소를 갖고 있기 때문이다. 또한 포트랜드 프로토콜이 배정하는 MAC 주소를 공유하기 위한 단순한 메커니즘도 도입했다. 이는 각각의 스위치가 저장해야 하는 주소테이블의 크기를 줄임으로써 대부분의 스위치가 갖는 메모리 한계를 극복할 수 있도록 해준다.

 

포트랜드 프로토콜은 스위치가 데이터센터 토폴로지에서 자신의 위치를 발견할 수 있도록 하는 추가적인 소프트웨어를 필요로 한다. 이 소프트웨어는 또한 직접 스위치에 연결되는 각각의 디바이스에 가상 MAC 주소를 스위치가 할당할 수 있도록 한다.

 

스위치는 가상 MAC 프리픽스의 테이블을 관리하고 목적지 디바이스가 연결되는 스위치에 트래픽이 도달할 때까지 트래픽을 적절한 스위치에 전달한다. 이 스위치는 실제의 MAC에 이르는 PMAC를 해석함으로써 트래픽이 정확한 디바이스에 전달될 수 있도록 한다.

 

트래픽 전달을 용이하기 하기 위해 포트랜드 프로토콜에는 패브릭 매니저 서버가 포함하는데, 이는 IP 주소로 URL을 분석할 때 DNS 서버와 유사한 기능을 수행한다. 가상 MAC 및 IP 주소 간의 분석을 처리하기 위해 브로드캐스팅 방법보다는 스위치는 연결된 호스트에서 적절한 IP 주소로 응답하는 패브릭 매니저까지의 브로드캐스트 ARP 요청을 리다이렉트한다.

 

패브릭 매니저는 네트워크의 소프트웨어적인 측면을 관리하고, 충돌이 생기면 포트랜드 프로토콜을 사용해 네트워크의 액세스 스위치로부터 온 주소 정보를 재구성할 수 있다.

 

패브릭 매니저에 장애가 발생해도 통신 재개를 위한 시간은 거의 걸리지 않는다. 장애가 발생하는 즉시 브로드캐스팅 방식으로 복귀하기 때문이다. 패브릭 매니저가 작동 중인 상태에서 주소 검색 속도는 거의 회선 속도와 일치한다.

 

또한 디바이스 네트워크 관리자 제어와 시스템 관리자에 의해 제어되는 호스트 간의 연결을 그대로 유지한다. 포트랜드 아키텍처는 에이전트와 서버를 직접 사용해 호스트 MAC 주소를 변경하기 보단 스위치가 가상 MAC 어드레스에 이르는 MAC 주소를 해석한다. 바다트는 “엔드 호스트는 그 자체로 있게 하고 스위치 소프트웨어를 약간 변경시킬 뿐 스위치 하드웨어는 절대 변경하지 않는다”고 강조했다.

 

알버트 그리버그, 데이비드 말츠 그리고 파빈 파텔이 주축이 된 마이크로소프트팀 또한 두 계층으로 구성된 시스템, 위치 기반 IP 주소 및 새로운 가상머신으로 이전하면서 애플리케이션을 따르는 애플리케이션 기반의 IP 주소를 도입함으로써 주소지정 문제를 다루고 있다.

 

마이크로소프트 VL2 아키텍처 하에서 각각의 서버는 연결되는 스위치의 위치 기반 IP 주소와 연관된다. 포트랜드 아키텍처에서처럼 VL2 디렉토리 시스템은 위치 IP를 애플리케이션 IP에 매핑한다. 각 서버 상의 VL2 에이전트는 목적지 서버에서 가장 가까운 스위치의 위치 기반 IP 주소를 검색해 그 안의 애플리케이션 패킷을 캡슐화한다.

 

에이전트의 배치와 서버의 설정은 포트랜드 아키텍처가 피하고 있는 그런 것이다. 그러나 VL2는 다른 장점을 갖고 있다. 일례로 VL2의 디렉토리 서버는 접근 정책이 시작 서버의 목적지 서버로의 연결을 부정하는 경우, 위치 기반 IP 주소 제공을 거부할 수 있다. 이는 VL2에 접근제어를 시행할 수 있는 기능을 부여하는 것이다.

 

마이크로소프트팀은 데이터센터 트래픽 패턴을 조사해 지속적으로 혼잡이 발생하는 지점을 피하는 방식으로 각각의 트래픽 흐름에 해당하는 경로를 선택하는 네트워크 토폴로지를 설계해 데이터센터에 있는 두 서버 간에 균일하게 고용량을 제공한다.

 

VL2는 고도로 통합된 통합 스위치 계층을 필요로 하는데, 즉 고장이 발생한 경우 성능이 점차적으로 저하되는, 상대적으로 높은 계층의 중간 스위치에 대한 많은 연결을 가진 스위치를 필요로 하는 것이다.

 Tags 데이터센터 스위치 아키텍처 마이크로소프트 2계층 포트랜드 VL2
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