KR20190063231A - Data center management system based on sdn, and method thereof - Google Patents

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KR20190063231A KR1020170162164A KR20170162164A KR20190063231A KR 20190063231 A KR20190063231 A KR 20190063231A KR 1020170162164 A KR1020170162164 A KR 1020170162164A KR 20170162164 A KR20170162164 A KR 20170162164A KR 20190063231 A KR20190063231 A KR 20190063231A
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Abstract

According to an embodiment of the present invention, an SDN-based data center management system comprises: a virtual data center; and a management module for managing the virtual data center. The management module checks whether a new end node is added to a specific node, searches for a parent node having the largest remaining capacity in the specific node when the new end node is added, calculates a routing best topology based on received information when communication is started after connection to the searched parent node is performed so that the searched and connected parent node is connected, and updates a flow table of each router based on the calculation results. Therefore, a network can be efficiently used.

Description

SDN 기반 데이터 센터 관리 시스템 및 방법{DATA CENTER MANAGEMENT SYSTEM BASED ON SDN, AND METHOD THEREOF}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a data center management system and method,

본 발명은 SDN 기반 데이터 센터 관리 시스템 및 방법에 관한 것으로, 과학기술정보통신부 "저지연 융합서비스를 위한 모바일 에지 컴퓨팅 기술 개발"에 대한 결과물이다.The present invention relates to a SDN-based data center management system and method, and is a result of the Ministry of Science, Technology and Information "Development of mobile edge computing technology for low-delay convergence service ".

SDN(Software Defined Network)은 기존에 완전히 분산되어 있던 흐름 제어 관리(flow control management)를 컨트롤 영역(control plane)과 데이터 영역(data plane)을 분리하여 중앙 집중 제어를 가능하게 하고 이를 커스터마이즈 할 수 있게 한다.SDN (Software Defined Network) is a software-defined network that allows flow control management, which has been completely decentralized, to be separated from the control plane and data plane to enable centralized control and to customize it do.

최근 기술의 발달로 동영상과 같은 대용량의 데이터 혹은 라이브 스트림(live stream)과 같은 일회성 데이터의 늘어난 수요로 효율적이고 유연한 트래픽 제어(traffic control)가 더욱 중요해졌다. 일반적으로 하이퍼바이저(hypervisor)에 의해 관리되는 VM(virtual machine)들과 달리 네트워크 리소스(network resource)에 대한 더 자세한 관리가 필요하다. With recent advances in technology, efficient and flexible traffic control becomes more important due to the increased demand for large amounts of data such as video or one-time data such as live streams. Unlike virtual machines (VMs), which are generally managed by a hypervisor, more detailed management of network resources is needed.

일반적인 하이퍼바이저는 cpu, memory 등의 서버 리소스 관리(server resource management)에 중점이 맞춰져 있다. 데이터 센터를 위한 더 구체적이고 적응성인(adaptive) 네트워크 하이퍼바이저가 필요하다.Typical hypervisors are focused on server resource management such as cpu and memory. A more specific and adaptive network hypervisor for the data center is needed.

본 발명의 일 예에 따른 SDN 기반 데이터 센터 관리 방법은 SDN 기반 데이터 센터 관리 시스템이, 특정 노드에 신규 엔드 노드가 추가되는지를 확인하는 단계; 상기 신규 엔드 노드가 추가된 경우에는 상기 특정 노드에서 가장 남은 커패시티(capacity)가 큰 부모(parent) 노드를 검색한 뒤, 검색된 부모 노드에 연결을 수행하는 단계; 검색되어 연결된 부모 노드가 연결된 뒤 통신이 시작되면 수신한 정보를 바탕으로 라우팅 베스트 토폴로지를(routing best topology)를 계산하는 단계; 및 상기 계산하는 단계의 계산 결과에 기초하여 각 라우터의 플로우 테이블(flow table)을 업데이트 하는 단계;를 포함할 수 있다.The SDN-based data center management method according to an exemplary embodiment of the present invention includes the steps of: checking whether a new end node is added to a specific node; If the new end node is added, searching for a parent node having the largest remaining capacity in the specific node, and then connecting to the searched parent node; Calculating a routing best topology based on the received information when communication is started after connected parent nodes are connected; And updating a flow table of each router based on the calculation result of the calculating step.

상기 검색된 부모 노드에 연결을 수행하는 단계는, 가장 남은 커패시티(capacity)가 큰 부모 노드를 검색할 때, 맥시멈 링크 밴드위스(link bandwidth)를 가진 부모 노드를 검색하는 단계를 포함할 수 있다.The step of performing the connection to the searched parent node may include searching for a parent node having a maximum link bandwidth when searching for a parent node having the largest remaining capacity.

또한 상기 라우팅 베스트 토폴로지를 계산하는 단계는, 라우팅 베스트 토폴로지를 계산하기 위하여 넷플로우(net flow)가 최대가 되는 라우팅 토폴로지를 계산할 수 있다.Also, calculating the routing best topology may calculate a routing topology in which a net flow is maximized to calculate a routing best topology.

본 발명의 일 예에 따른 SDN 기반 데이터 센터 관리 시스템은 가상 데이터 센터; 및 상기 가상 데이터 센터를 관리하는 관리 모듈;을 포함하되, 상기 관리 모듈은, 특정 노드에 신규 엔드 노드가 추가되는지를 확인하고, 상기 신규 엔드 노드가 추가된 경우에는 상기 특정 노드에서 가장 남은 커패시티(capacity)가 큰 부모(parent) 노드를 검색한 뒤, 검색된 부모 노드에 연결을 수행하여 검색되어 연결된 부모 노드가 연결된 뒤 통신이 시작되면 수신한 정보를 바탕으로 라우팅 베스트 토폴로지를(routing best topology)를 계산하고, 계산 결과에 기초하여 각 라우터의 플로우 테이블(flow table)을 업데이트할 수 있다.An SDN-based data center management system according to an exemplary embodiment of the present invention includes a virtual data center; And a management module for managing the virtual data center, wherein the management module checks whether a new end node is added to the specific node, and when the new end node is added, the routing best topology is established based on the received information when the communication is started after the connected parent nodes are connected by searching the parent node having a large capacity and searching for the connected parent node, And update the flow table of each router based on the calculation result.

본 발명의 일 예에 따른 SDN 기반 데이터 센터 관리 시스템 및 방법에 의하면, 효율적으로 네트워크를 이용할 수 있는 장점을 가진다.According to the SDN-based data center management system and method according to an exemplary embodiment of the present invention, the network can be efficiently used.

도 1은 SDN(Software Defined Network)의 네트워크 구성을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 SDN 기반 데이터 센터 관리 시스템을 위한 시스템 아키텍처를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시에에 따른 SDN 기반 데이터 센터 관리 방법을 나타내는 흐름도이다.1 is a conceptual diagram for explaining a network configuration of a SDN (Software Defined Network).
FIG. 2 illustrates a system architecture for an SDN-based data center management system according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a method of managing an SDN-based data center according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어 및 단어들은 실시예에서의 기능을 고려하여 선택된 용어들로서, 그 용어의 의미는 발명의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The terms and words used in the present specification are selected in consideration of the functions in the embodiments, and the meaning of the terms may vary depending on the intention or custom of the invention.

따라서 후술하는 실시예에서 사용된 용어는, 본 명세서에 구체적으로 정의된 경우에는 그 정의에 따르며, 구체적인 정의가 없는 경우는 당업자들이 일반적으로 인식하는 의미로 해석되어야 할 것이다.Therefore, the terms used in the following embodiments are defined according to their definitions when they are specifically defined in this specification, and unless otherwise specified, they should be construed in a sense generally recognized by those skilled in the art.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 SDN 기반 데이터 센터 관리 시스템을 위한 시스템 아키텍처를 설명하기 위한 도면이다.1 is a diagram for explaining a system architecture for an SDN-based data center management system according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, SDN, 즉, 소프트웨어 정의 네트워크는 제어 계층(Control Layer)과 데이터 계층(Data Layer)을 분리하는 개념으로, 대표적인 SDN 기술로써 OpenFlow가 알려져 있다.Referring to FIG. 1, an SDN (Software Defined Network) is a concept of separating a control layer and a data layer, and OpenFlow is known as a typical SDN technology.

일반적으로 SDN과 OpenFlow가 밀접한 관계인 것으로 알려져 있지만 SDN은 그 하부 기술로 OpenFlow만을 한정하지는 않는다. 즉, 본 발명에 있어서 SDN은 네트워크 구조 또는 새로운 패러다임에 관한 것이며, OpenFlow는 SDN을 위한 인터페이스 기술의 하나일 수 있다.In general, SDN and OpenFlow are known to be closely related, but SDN does not limit OpenFlow to its underlying technology. That is, in the present invention, SDN refers to a network structure or a new paradigm, and OpenFlow can be one of interface technologies for SDN.

네트워크의 정보 및 권한은 컨트롤러에 집중화되어 네트워크 전체를 관리하며 네트워크는 하나의 논리적인 스위치로 간주된다. Information and rights of the network are centralized in the controller to manage the entire network, and the network is regarded as one logical switch.

관리자(또는 NMS: Network Management System)는 표준화된 인터페이스를 통해 전체 네트워크를 제어할 수 있고, 네트워크 설계와 운용을 보다 단순화할 수 있게 된다.Administrators (or NMSs) can control the entire network through a standardized interface and simplify network design and operation.

또한, SDN은 네트워크 장치(또는, 스위치, 라우터)를 단순화할 수도 있다. 즉, 장치를 설계할 때에 수백~수천 개의 프로토콜 처리를 고려하지 않아도 되며, 단순히 SDN 컨트롤러로부터의 명령을 받아 데이터를 처리하는 기능 및 인터페이스만을 가지고 있으면 된다.The SDN may also simplify network devices (or switches, routers). That is, it is not necessary to consider hundreds to thousands of protocol processes when designing a device, and it is sufficient to have only a function and an interface for processing data by receiving an instruction from the SDN controller.

SDN에서 제어 계층 상위에 위치한 응용 계층(Application Layer)은 컨트롤러가 제공하는 API(ex. Northbound API 등)를 이용하여, 네트워크 서비스를 구현할 수 있고 비즈니스 목표에 맞는 라우팅, 접근 제어, 트래픽 엔지니어링, QoS 관리, 전력제어 등 모든 형태의 정책 관리를 수행할 수 있다.In the SDN, the application layer located at the upper layer of the control layer can implement the network service using the API (eg, Northbound API) provided by the controller, and can perform routing, access control, traffic engineering, QoS management , Power control, and so on.

또한, 컨트롤러는 제어 계층 하위에 위치한 데이터 계층을 API(ex. Openflow API 등)를 이용하여 제어할 수 있다.In addition, the controller can control the data layer located under the control layer using API (ex. Openflow API or the like).

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 SDN 기반 데이터 센터 관리 시스템을 위한 시스템 아키텍처를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 2 illustrates a system architecture for an SDN-based data center management system according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 시스템 아키텍처는 응용 계층(100), 제어 계층(200) 및 데이터 계층(300)의 3개의 계층으로 구성될 수 있다.Referring to FIG. 2, the system architecture according to the present invention may be configured with three layers of an application layer 100, a control layer 200, and a data layer 300.

데이터 계층(300)은 각 물리 자원을 실제로 가지고 있는 장치들이 위치하고 있는 곳으로써, 컴퓨팅 자원을 포함하는 물리 호스트와 네트워킹 자원을 포함하는 스위치 또는 라우터들로 구성될 수 있다.The data layer 300 may include a physical host including a computing resource and switches or routers including networking resources, in which devices having actual physical resources are located.

제어 계층(200)은 적어도 하나의 스위치를 제어하는 SDN 컨트롤러(210) 및 물리 호스트의 자원을 가상화하고 관리하는 하이퍼바이저 매니저(Hypervisor)(220)를 포함할 수 있다.The control layer 200 may include an SDN controller 210 for controlling at least one switch and a hypervisor 220 for virtualizing and managing resources of the physical host.

응용 계층(100)은 물리 자원을 감시(Monitoring)하는 자원 감시 모듈(130), 관리 모듈(120) 및 네트워크 자원을 동적으로 관리할 수 있는 트래픽 엔지니어링 모듈(110)을 포함할 수 있다.The application layer 100 may include a resource monitoring module 130 for monitoring physical resources, a management module 120, and a traffic engineering module 110 for dynamically managing network resources.

자원 감시 모듈(130)은 물리 자원의 자원 상태와 네트워크 트래픽의 흐름들을 감시하는 기능을 수행한다.The resource monitoring module 130 monitors the resource status of the physical resources and the network traffic flows.

보다 상세하게는, 자원 감시 모듈(130)은 물리 자원/가상 데이터 센터 사이의 매핑 정보를 관리하며, 가상 데이터 센터의 요구 사항들(예: CPU, 메모리, 네트워크 대역폭)을 현재 만족하고 있는지를 지속적으로 모니터링한다. More specifically, the resource monitoring module 130 manages mapping information between physical resources and virtual data centers, and determines whether the requirements of the virtual data center (e.g., CPU, memory, network bandwidth) .

만약 요구 사항들을 만족시키지 못하는 경우, 자원 감시 모듈(130)은 관리 모듈(120) 및 트래픽 엔지니어링 모듈(110)에 이러한 정보를 알려 후속 조치를 할 수 있도록 한다.If the requirements are not met, the resource monitoring module 130 notifies the management module 120 and the traffic engineering module 110 of this information so that it can follow up.

관리 모듈(120)은 사용자의 요청에 따라 가상 데이터 센터를 생성하고 관리하는 기능을 수행한다. 여기서, 가상 데이터 센터는 물리 자원을 특정 사용자에게 할당하고 연결하는 것을 의미할 수 있다.The management module 120 functions to create and manage a virtual data center according to a user's request. Here, the virtual data center may mean assigning physical resources to specific users and connecting them.

따라서, 관리 모듈(120)은 자원 감시 모듈(130)로부터 현재 물리 자원의 상태를 보고 받을 수 있다. 관리 모듈(120)은 현재 사용자의 요청이 수용 가능한지 여부를 판단하고, 수용 가능한 경우 하이퍼바이저 매니저(220)를 통해 컴퓨팅 자원을 위해 적절한 물리 호스트를 선택하고 가상 머신을 생성할 수 있다.Accordingly, the management module 120 can receive the status of the current physical resource from the resource monitoring module 130. The management module 120 may determine whether the current user's request is acceptable and, if so, select an appropriate physical host for computing resources via the hypervisor manager 220 and create a virtual machine.

또한, 상기 관리 모듈(120)은 특정 노드에 신규 엔드 노드가 추가되었는지를 확인할 수 있고, 해당 노드에서 가장 남은 커패시티가 큰 부모 노드를 검색하여 연결할 수 있도록 제어할 수 있다.In addition, the management module 120 can check whether a new end node has been added to a specific node, and can control to search for and connect to a parent node having the largest remaining capacity in the node.

또한, 상기 관리 모듈(120)은 검색되어 연결된 부모 노드가 연결된 후에 통신이 시작되면 SDN 컨트롤러(220)가 통신에 대한 정보를 수신하면, 수신한 정보를 바탕으로 라우팅 베스트 토폴로지(routing best topology)를 계산한다. 이때, 라우팅 베스트 토폴로지는 넷플로우(net flow)가 최대가 되는 것을 의미할 수 있다.If the SDN controller 220 receives the communication information after the connection is established after the connected and connected parent nodes are detected, the management module 120 determines a routing best topology based on the received information. . At this time, the routing best topology may mean that the net flow is maximized.

상기 관리 모듈(120)은 계산 결과에 기초하여 각 라우터의 플로우 테이블(flow table)을 업데이트하게 되며, 이후, 업데이트된 결과에 따라 패킷은 라우팅된다. 여기서 플로우 테이블은 플로우 엔트리(flow entry)들이 모여 구성될 수 있으며, 플로우 엔트리는 조건(match fields), 처리(actions), 통계(counters)의 3 종류 정보로 구성될 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.The management module 120 updates the flow table of each router based on the calculation result, and then the packet is routed according to the updated result. Here, the flow table may be configured by gathering flow entries, and the flow entry may be composed of three types of information, that is, match fields, actions, and counters. However, But is not limited thereto.

트래픽 엔지니어링 모듈(110)은 사용자의 요청에 따라 새로이 생성/변경된 가상 데이터 센터들에서 발생하는 네트워크 요구 사항을 만족함과 동시에 트래픽을 가장 효율적으로 전달하기 위한 경로를 탐색하고 선정할 수 있다. The traffic engineering module 110 can search for and select a path for delivering traffic most efficiently while satisfying network requirements generated in newly created / changed virtual data centers according to a user's request.

또한, 트래픽 엔지니어링 모듈(110)은 각 경로를 따라 트래픽이 전달되도록 각 네트워크 장치들을 설정하는 역할을 담당한다. 즉, 트래픽 엔지니어링 모듈(110)은 네트워크 자원의 할당 및 각 가상 머신들 사이의 연결을 담당하는 역할을 수행한다. In addition, the traffic engineering module 110 is responsible for setting up each network device so that traffic is delivered along each path. That is, the traffic engineering module 110 plays a role of allocating network resources and performing connection between virtual machines.

도 3은 본 발명의 일 실시에에 따른 SDN 기반 데이터 센터 관리 방법을 나타내는 흐름도이다. 상기 방법은 SDN 기반 데이터 센터 관리 시스템에 의해 수행될 수 있다.3 is a flowchart illustrating a method of managing an SDN-based data center according to an embodiment of the present invention. The method may be performed by an SDN-based data center management system.

도 3을 참고하면, 특정 노드에 신규 엔드 노드가 추가되는지를 확인하고(S10), 신규 엔드 노드가 추가된 경우에는 상기 특정 노드에서 가장 남은 커패시티(capacity)가 큰 부모(parent) 노드를 검색한 뒤, 검색된 부모 노드에 연결을 수행한다(S20). Referring to FIG. 3, it is checked whether a new end node is added to a specific node (S10). If a new end node is added, a parent node having the greatest capacity left in the particular node is searched And connects to the searched parent node (S20).

이때, 가장 남은 커패시티(capacity)가 큰 부모 노드라 함은 맥시멈 링크 밴드위스(link bandwidth)를 가진 부모 노드에 해당할 수 있다.At this time, the parent node having the largest remaining capacity may correspond to a parent node having a maximum link bandwidth.

검색되어 연결된 부모 노드가 연결된 뒤 통신이 시작되면 SDN 컨트롤러(220)가 통신에 대한 정보를 수신하고, 수신한 정보를 바탕으로 라우팅 베스트 토폴로지를(routing best topology)를 계산한다(S30).After the connected parent node is connected and the communication is started, the SDN controller 220 receives the communication information and calculates a routing best topology based on the received information (S30).

이때, 라우팅 베스트 토폴로지는 넷플로우(net flow)가 최대가 되는 것을 의미할 수 있다.At this time, the routing best topology may mean that the net flow is maximized.

계산 결과에 기초하여 각 라우터의 플로우 테이블(flow table)을 업데이트 한다(S40). 이후, 업데이트된 결과에 따라 패킷이 라우팅된다(S50).And updates the flow table of each router based on the calculation result (S40). Thereafter, the packet is routed according to the updated result (S50).

상술한 내용을 포함하는 본 발명은 컴퓨터 프로그램으로 작성이 가능하다. 그리고 상기 프로그램을 구성하는 코드 및 코드 세그먼트는 당분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다. 또한, 상기 작성된 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체 또는 정보저장매체에 저장되고, 컴퓨터에 의하여 판독되고 실행함으로써 본 발명의 방법을 구현할 수 있다. 그리고 상기 기록매체는 컴퓨터가 판독할 수 있는 모든 형태의 기록매체를 포함한다.The present invention including the above-described contents can be written in a computer program. And the code and code segment constituting the program can be easily deduced by a computer programmer of the field. In addition, the created program can be stored in a computer-readable recording medium or an information storage medium, and can be read and executed by a computer to implement the method of the present invention. And the recording medium includes all types of recording media readable by a computer.

이상 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당분야에서 통상의 지식을 가진자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It is possible.

Claims (4)

SDN 기반 데이터 센터 관리 시스템이,
특정 노드에 신규 엔드 노드가 추가되는지를 확인하는 단계;
상기 신규 엔드 노드가 추가된 경우에는 상기 특정 노드에서 가장 남은 커패시티(capacity)가 큰 부모(parent) 노드를 검색한 뒤, 검색된 부모 노드에 연결을 수행하는 단계;
검색되어 연결된 부모 노드가 연결된 뒤 통신이 시작되면 수신한 정보를 바탕으로 라우팅 베스트 토폴로지를(routing best topology)를 계산하는 단계; 및
상기 계산하는 단계의 계산 결과에 기초하여 각 라우터의 플로우 테이블(flow table)을 업데이트 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 SDN 기반 데이터 센터 관리 방법.SDN-based data center management system,
Confirming whether a new end node is added to a specific node;
If the new end node is added, searching for a parent node having the largest remaining capacity in the specific node, and then connecting to the searched parent node;
Calculating a routing best topology based on the received information when communication is started after connected parent nodes are connected; And
And updating a flow table of each router based on a result of the calculation of the SDN-based data center. 제1항에 있어서,
상기 검색된 부모 노드에 연결을 수행하는 단계는,
가장 남은 커패시티(capacity)가 큰 부모 노드를 검색할 때, 맥시멈 링크 밴드위스(link bandwidth)를 가진 부모 노드를 검색하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 SDN 기반 데이터 센터 관리 방법.The method according to claim 1,
Wherein the step of performing a connection to the retrieved parent node comprises:
Searching for a parent node having a maximum link bandwidth when retrieving a parent node having the largest remaining capacity. 제2항에 있어서,
상기 라우팅 베스트 토폴로지를 계산하는 단계는,
라우팅 베스트 토폴로지를 계산하기 위하여 넷플로우(net flow)가 최대가 되는 라우팅 토폴로지를 계산하는 단계인 것을 특징으로 하는 SDN 기반 데이터 센터 관리 방법.3. The method of claim 2,
Wherein calculating the routing best topology comprises:
And calculating a routing topology in which a net flow is maximized in order to calculate a routing best topology. 가상 데이터 센터; 및
상기 가상 데이터 센터를 관리하는 관리 모듈;을 포함하되,
상기 관리 모듈은,
특정 노드에 신규 엔드 노드가 추가되는지를 확인하고, 상기 신규 엔드 노드가 추가된 경우에는 상기 특정 노드에서 가장 남은 커패시티(capacity)가 큰 부모(parent) 노드를 검색한 뒤, 검색된 부모 노드에 연결을 수행하여 검색되어 연결된 부모 노드가 연결된 뒤 통신이 시작되면 수신한 정보를 바탕으로 라우팅 베스트 토폴로지를(routing best topology)를 계산하고, 계산 결과에 기초하여 각 라우터의 플로우 테이블(flow table)을 업데이트 하는 것을 특징으로 하는 SDN 기반 데이터 센터 관리 시스템Virtual data center; And
And a management module for managing the virtual data center,
The management module comprising:
The method comprising the steps of: checking whether a new end node is added to a specific node; searching, when the new end node is added, a parent node having the largest remaining capacity in the specific node; And when the connected parent node is connected and communication is started, the routing best topology is calculated based on the received information, and the flow table of each router is updated based on the calculation result Based on the SDN-based data center management system
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