Micro DC Concept, Technology and Services

2014.6. 통신인터넷연구소 스마트네트워크연구부 네트워크컴퓨팅융합연구실 윤승현 (shpyoon@etri.re.kr)

1 KRnet 2014

목차

1. IoT를 위한 플랫폼

2. Cloud Management Platform(Cloud OS)

3. 분산 클라우드

4. 스마트 네트워크

2 KRnet 2014

IoT 기술 및 활용분야

source : 넷템-사물인터넷(netsquare.kisa.or.kr, 2013.11.), IDG IT Tech Report (2013.11.)

자동차, 에너지

교통, 물류 환경, 안전

의료, 복지

농수축산

DC

센싱기술 (전통센서, 원격감지,

레이더, 위치, 영상센서, …)

유무선 통신 및 네트워크 인프라 (블루투스, 와이파이, RFID, LTE,

이더넷, 광대역, …)

서비스 인터페이스 (정보수집, 가공/처리, 저장,

판단, 인지, … )

3 KRnet 2014

Things

On-devices functions

On-device agents: protocol 처리 등

Gateways/aggregation

Cloud Services

Telco M2M platforms

IoT Middleware: Things의 다양한 접속 처리

Enterprise Applications

Business Systems

External Client Devices & Applications

Smartphone apps

Browsers, PC, ...

The Components of An IoT Architecure

Things

Cloud

Services

Enterprise

Applications

IoT Middleware

Gateway/Aggregation

On-Device Functions

Firmware Updates

Business Systems

On-Device Agents

On-Device Functions On-Device AgentsOn-Device Functions On-Device Agents

External Devices and Applications(Mobile,

PC, ...)

Analytics Device Management Security Data

TransferProtocol

Conversion

Telco Machine-to-Machine Platform

Cellular Connection & Subscription Management

ERP

Maintenance Management Tools

Industrial Control Systems Custom Applications

Websites

Gartner(2014/4)

IoT 아키텍처

4 KRnet 2014

Hype Cycle for IoT, Cloud, Network

InnovationTrigger

Peak of Inflated

Expectations

Trough of Disillusionment

Slope of EnlightenmentPlateau of

Productivity

time

expectations

SDN Application

Network FunctionsVirtualization

Software-Defined Networks

LTE-A802.11ac

OpenFlow

Mobile QoS for LTE

Virtual Switch

Hosted Virtual Desktops

LTE

802.11n

802.3at(PoE)Application Performance Monitoring

Network Configuration and Change

Management Tools

802.11ad

Software-Defined Anything

Open-Source Cloud Management Platform

Cloud Service Brokerage

Big Data

Cloud Management Platform

Platform as a Service(PaaS)

IaaS+

dbPaaS

Public Cloud StorageCloud Computing

IaaS

SaaS

Internet of Things

M2M Communication Services

Mobile Health Monitoring

Plateau will be reached in:

Less than 2 years 2 to 5 years 5 to 10 years More than 10 yearssource : Gartner (July, 2013)

5 KRnet 2014

플랫폼

Dedicate Network (Broadband, QoS, 보안, …)

이상적인 플랫폼

현재 플랫폼

(Shared) Internet

IoT를 위한 플랫폼

ICT 플랫폼 : 컴퓨팅 + 유무선 네트워크

Big Server

데이터센터 (클라우드 센터)

6 KRnet 2014

플랫폼 진화

수백만개 응용,

서비스, 정보,

콘텐츠, 경험수만개 응용들수천개 응용들

1차 플랫폼

Terminal

클라이언트

Mainframe

수백만명

사용자들

2차 플랫폼

PC LAN/

Internet

수억명 사용자들

3차 플랫폼

수십억명

사용자들

모든 장치와 응용

Social

Cloud

Mobile

BigData

Trillions of

Things

지식 산업 솔루션

서버

Reference : IDC, 2012

7 KRnet 2014

네트워크 및 서버 벤더

네트워크 및 서버 벤더의 라인업

• IBM : 네트워크 + 서버

• HP : 서버 + 네트워크(3com 인수,2010)

• 시스코 : 네트워크 + 서버(2009년 서버시장 진출)

• 델 : 서버 + 네트워크 (포스10 인수, 2011)

• 오라클 : 서버 (SUN 인수) + 네트워크(에크미 패킷/2013, 엑시고/2012)

* 서버 = 하드웨어 + 클라우드 컴퓨팅 솔루션

국내 현황

• 네트워크 벤더 : 중소규모

• 서버 벤더 : ?

• 클라우드 컴퓨팅 솔루션 : 소규모

• 라인업 : ???

8 KRnet 2014

Cloud Management Platform(Cloud OS) Stack

Access Management

서비스 기반 인터페이스(Portal, API) 관리

가입자 관리

Service Management

서비스 별 다른 형태 관리(가격, 연계 정책, 사용자 선택, 가용성, 성능 등)

Service Optimization

클라우드 서비스에 대한 runtime 정책 및 최적화

Resource Management

SLA와 정책에 기반하여 자원을 interface 및 orchestrate(자원 agent와 controller)

Resource

공유 공동 자원

Access Management Tier • Self-service request interface • Programmable interface • Subscriber Management • Identity and Access Management

Service Management Tier • Vendor/contract/license management • Service catalog • Service model • Service Configuration management including service

provisioning • Service-level management • Service availability and performance management • Service demand and capacity management • Service financial management, including metering,

showback, billing

Service Optimization Tier • Service governor (policy management and optimization

engine) • Orchestration • Abstraction layer to external service providers and to

resource management tier (internal/external) • Federation

Resource Management Tier • Resource governor/configuration management

- Allocation - Pooling - APIs

• Resource state management • Resource performance monitoring/usage metering • Resource security

Resource Tier(Infrastructure, Platform or Software • Component management and APIs • Resource pools (internal/external) • Virtual resource (internal/external) • Physical resources (internal/external)

External Management Adapters • Incident, release,

chage, etc…, management processes

• Analytical tools • …)

Clo

ud M

anagem

ent

Pla

tform

Virtu

al and P

hysi

cal Layers

Source : Gartner (April 2014)

9 KRnet 2014

CMP Market Segments

구분 특징 기업/상품

Traditional large ITOM

인프라에 대한 모니터링, 자동화, 구성/프로비저닝 IT 서비스 데스크 관리

• BMC Cloud Lifecle Management • CA AppLogic CA Cloud Manager • HP Cloud Service Automation • IBM Cloud Orchestration

Software infrastructure

stack

가상 특정 인프라(특히 하이퍼바이저 등)에 대한 관리

• Microsoft system Center 2012 R2 • Red Hat CloudForms • VMware vCloud Automation Center

Emerging vendor

solutions

기술력을 가진 소규모 기업의 CPM

• Adaptive Computing Moab Cloud Suite • CSC-ServiceMesh Agility Plaform • CliQr CloudCenter, CloudBolt C2 • Convirture ConVirt, Egenera Cloud Suite • Embotics vCommander, Gravitant cloudMatrix, RightScale Clould Management, Zimory Cloud Suite

Open-source software

오픈 소스 기반 CPM • Citrix CloudPlatform and Citrix CloudPortal Business Manager

• Eucalyptus • OpenNebula • OpenStack • Scalr

Integrated infrastructure

systems

인프라 하드웨어를 제공하는 기업의 CMP

• Cisco UCS Director v.4.1 and Cisco IAC 4.0 • Dell Active System Manager v.7.5 and Dell Cloud Manager v.9.4

• IBM SmartCloud Entry v.3.2 • VCE

10 KRnet 2014

CMP Vendor Comparison

Attribute Cisco Dell HP IBM VCE

CMP source Cisco Dell HP IBM CMP source is VMware

vCAC; VCE Vision

management software

integrates to vCenter and

vCOPs, but not

yet vCAC

Physical

hardware

supported in

CMP

Yes Yes Yes, for

CloudSystem

Enterprise

No Yes, through VCE Vision

integration

with vCenter

Ships with

OpenStack

distribution

No, but offers

API integration

No Yes, Grizzly Yes, Havana No

Hypervisor

support

VMware, Hyper-V

and

OpenStack (for

KVM and

XenServer)

VMware,

Hyper-V

VMware, Hyper-V,

Integrity VM and

OpenStack (for KVM

and VMware)

VMware, VMcontrol

and OpenStack (for

KVM, Hyper-V and

PowerVM via

PowerVC)

VMware

Pricing

strategy

By physical

server (and by

virtual server for

integrations to

public cloud)

$2,500/server

By physical

device for ASM;

by VM

subscription for

DCM

$1,100/server

By physical server

or by OSI sold in 10

packs

$1,290/server

$99/VM

By physical server for

System x; by core for

Power Systems

$1,400/server

VCE Vision is priced at

round 2% of the price of

Vblock; VMware vCAC CMP

is priced by physical server

11 KRnet 2014

Quantum

2010 2016

2018~

클라우드 및 산업 동향

1세대: 단일/개별 클라우드 데이터센터 기반의 클라우드 제공자 중심의 서비스 • 기본적인 IaaS 서비스 위주, 서비스 QoS 보장 난해

2세대: 분산/이종 클라우드 데이터센터 환경의 사용자 중심의 클라우드 서비스 • 클라우드의 지속적인 구축과 신생 클라우드 서비스의 급증, 고품질 서비스 지향

3세대: 분산/이종 클라우드와 네트워크 기능(NFV)이 융합된 통합 자원 서비스 • 서비스에 요구되는 컴퓨팅+스토리지+네트워크 통합 자원 서비스 가능

12 KRnet 2014

SDN과 데이터센터 네트워킹

IP routing, Optical Network, Datacenter solutions Optical 계층까지 네트워크 프로그램이 가능한 SDN 기반의 새로운

네트워크 인프라 개발 중

데이터센터 접속을 위한 MPLS 기반 flat 네트워크 인프라(개선된 Scalability, 저지연, 성능 지정) 구조 개발 중

트랜스포트, 스위칭, 네트워크 응용이 통합된 새로운 광 트랜스포트 개발

Datacenter: 21st Century Central Office for CSPs 큰 CO 또는 POP에 데이터센터 배치

SDN은 Intra-datacenter, Inter-datacenter에 이미 적용(Google, NEC 등)

VM Awareness 되는 새로운 SDN Converged Optical Platform 응용들의 통신 요구, 네트워크 상태 및 특성 인지

IDC 2013/6

SDN & Datacenter Interconnect: The New Battleground Between Optical Switching & Routing Vendors?

13 KRnet 2014

데이터센터에 대한 IoT의 영향

데이터센터는 IoT의 대규모 데이터 실시간 처리로 작업량 증가, 새로운 보안, 용량 및 분석 직면

IoT의 막대한 데이터와 접속은 Distributed Datacenter Management 가속화 비용 절약 및 보안에 유리한 집중형 DC, 응용은 IoT에 부적합

“Distributed Mini Datacenters”에서 선처리 과정 필요

Federated Security/Data/Management 필요

데이터의 폭발적 증가는 IoT-Aware Infrastructure & Capacity Management Platforms 요구

Gartner 2014/2

The Impact of the Internet of Things on Data Centers

14 KRnet 2014

Cisco Fog Computing

IoT and Fog Computing • Edge location, location

awareness, and low latency. • Wide-spread geographical

distribution • Large-scale sensor networks to

monitor the environment, • Very large number of nodes • Support for mobility • Real-time interactions • Predominance of wireless

access • Heterogeneity. • Interoperability and federation. • Support for on-line analytic and

interplay with the Cloud.

Source : Fog Computing and Its Role in the Internet of Things, Cisco, ACM SIGCOMM 2012, Securing the Internet Everything : An Architectural View, Cisco, 2013.3

15 KRnet 2014

Distributed Cloud Node

Alcatel-lucent : 분산 클라우드 (for NFV)

• Real time Network awareness • Life cycle management • Distribution inside the node • VM placement

– Maximum total availability resource vs avoid resource bottleneck

• End to End resource management

– dynamic, workload, optimization of placement in “idle time”

• Sensitivity for latency • Reliability and availability

DISTRIBUTION MATTERS:WHY A DISTRIBUTED CLOUD ARCHITECHTURE IS NECESSARY FOR NFV?, Alcatel-Lucent, 2013 SDN World Congress

Source : http://ecosystem.cloud-band.com

16 KRnet 2014

트래픽 증가 및 속성 변화 새로운 서비스에 신속 대응 불가

통신사업자 수익성 악화, 사업자간 갈등 클라우드 유지 보수 비용 지속적 증가

Classical Network Appliance

Approach· Fragmented non-commodity hardware.

· Physical install per appliance per site.

· Hardware development large barrier to entry for new vendors, constraining innovation & competition.

Session

Broader

Controller

Carrier

Grade NAT

Orchestrated, automatic &remote install

Network VirtualizationApplication

Message

Router

CDN WAN

Acceleration

DPI

Firewall Tester/QoE

Monitor

SGSN/

GGSN

PE

Router BRASRadio Access

Network Nodes

Standard

High Volume

Ethernet

Switches

Standard High

Volume Servers

Standard High

Volume Storage

IndependentSoftware Vendors

Network Functions Virtualisation – Introductory White Paper,

October 22-24, 2012 at the SDN and OpenFlow World Congress,

Darmstadt-Germany.

네트워크 및 클라우드 문제점

17 KRnet 2014

컴퓨팅 및 네트워킹 자원이 밀결합되고 통합적으로 제어되며 개방되고 공유되어,

혁신적 응용과 서비스에 최적화 환경을 제공하는 유연한 ICT 유무선 인프라 플랫폼

AS-IS (Legacy Networking) TO-BE (Smart Networking )

Core Network

Residential

Mobile

Enterprise

Edge Network

Access Network

Residential

Mobile

Enterprise Residential

Mobile

Enterprise Residential

Mobile

Enterprise IDC/

Middlebox

IDC/

Middlebox

스마트

노드

개방화

ICT 자원 가상화

ICT 자원 공유

프로그래머빌리티

소프트웨어 중심

스마트

노드

클라우드 서비스 브로커

SDN

Micro-

DC

Micro-

DC

Requirements Enabling Technologies

트래픽 폭증 및 서비스 품질 저하 해결 ICT 자원 융합형 Micro DC

저비용 및 고효율 인프라 ICT 자원의 개방과 가상화 공유화

새로운 운용 및 정책 요구에 대한 신속 대응 소프트웨어 기반 개방형 제어

새로운 서비스 신속 창출 개방형 API 기반의 프로그램화

Open Innovation Networking Platform

스마트 네트워크 개념

18 KRnet 2014

분산 마이크로 데이터센터

TelePresence

LegacyRouterMobile

Enterprise

Home

UHDTV

BroadbandMobile Service

LegacyIDCMicro

DC

MicroDC

MicroDC

MicroDC

Smart Transport

SmartNetwork

HighQuality

VDI

CSB: Cloud Service Broker

SDN: Software Defined Networking

UHDTV: Ultra High Definition TelevisionCSBSDN

Smart Cloud

CSB

Proximity와 ICT 기능 가상화를 통한 고품질 서비스 신속 제공

SDN 및 CSB를 연동하여 네트워크 및 관리에서 저비용 실현

19 KRnet 2014

기술 범위 및 목표

무선

Access Network 무선

Access Network

유선

Access Network 유선

Access Network

Micro DC

Network

(SDN-based)

Micro DC

운용자

CSB

(Cloud Service Broker) SDN Network

Control

Cloud Resource Control

IRIS

Client Controller

Cloud

OS

에지 라우터 에지 라우터

Micro DC

Micro DC

Network

(SDN-based)

IRIS

Client Controller

Cloud

OS

Server

Storage

SDN Network

Control

Server

Storage

Cloud Resource Control

Public Transport Network

L0 ROADM, L1 OTN, L2 MPLS-TP

IRIS

Provider Controller

Public

Network

Control

개방형

자동화

연계 제어

Ethernet

MPLS

OTN

Ethernet

MPLS

OTN

OCES OCES

… …

ASP-1 ASP-2 ASP-n …

실증 대상 망 : Transport SDN 기반 Inter Micro-DC

실증 서비스 : UHDTV, 고품질 CDN 서비스

실증 기술 : CSB, Micro DC(분산 Cloud OS), IRIS Client Controller, SDN Switch, IRIS Provider

Controller, OCES SDN Agent

실증 의미 : 콘텐츠 중복전송 감소로 트래픽 폭증 문제 해결, 네트워크 기반 고품질의

UHDTV 방송

20 KRnet 2014

서비스 전개 예시

Mobile

Enterprise

CommunitySafety

Home

High-quality CDN& Smart TV

High-qualityTelepresenceHigh-quality

Telepresence

High Quality CDN& Smart TV

N ScreenInternet(TCP/IP) Smart TV

N ScreenCCTV

DVR

IDC

SmartWork

Cloud Service BrokerSDN Control

Smart

Internet

CCTV

DVR

Micro DC

SmartGrid

21 KRnet 2014

스마트 네트워크 서비스 분류

서비스 분산서비스

지원 지리적 위치 조건 고려

QoS/QoE 네트워크

효율성 고려 IT 개방성

제공 네트워크

개방성 제공 서비스

신뢰성 수준

클라우드 컴퓨팅 서비스

없음 (센터내 서버 스케일아웃만

가능)

부족 (국가 또는 ISP

단위에서만 가능)

없음 (센터-

사용자간 네트워크문제)

낮음 제공 없음

낮음 (센터-

사용자간 네트워크 문제)

Localization 서비스 - 제공 제공 중간 제공 없음 높음

분산 서비스 제공 제공 제공 중간 제공 중간 높음

콘텐츠 전달 및 컴퓨팅 서비스 제공 제공 제공 높음

(중복전송 제거) 제공 제공 높음

가상 네트워킹 서비스 제공 제공 제공 높음

(자원공유) -

새로운 네트워크 기능 도입 및 변경이 용이함

중앙집중형 데이터센터 + 인터넷 서비스 스마트 네트워크 서비스

Localization 서비스

분산 서비스

콘텐츠 전달 및 컴퓨팅 서비스

가상 네트워킹 서비스

스마트 네트워크 서비스

지리적 최단거리에서 서비스 제공 , 지역적 분산 기능

품질/지리적인 위치 고려 부족

ICT 자원 부하 분산 기능 부족

중복 콘텐츠 전달/비효율성 심화

네트워크의 클라우드화 대응불가

기존 인프라 문제점

네트워크 한계로 인해 품질/신뢰성 문제 발생

22 KRnet 2014

서비스 예시

서비스 서비스 예시

localization 서비스 (지리적 위치 고려)

지역의 특정 그룹용 대용량 컴퓨팅 및 콘텐츠 분배 서비스 병원-원격진료, u-Health 학원/교회 등 지역의 특정 그룹용 소설네트워크 서비스 스마트 사이니지, 지역 광고 서비스, 지역방송국 서비스 스마트 홈 클라우드 서비스 가상 사설 클라우드 서비스

분산 서비스 (부하 분산 고려)

VDI/Zero client 고품질 클라우드 게임 CCTV 가상 인프라 및 가상 관리 센터 서비스 IoT/M2M Gateway

콘텐츠 전달 및 컴퓨팅 서비스 (전달 효율 고려)

모바일 CDN 서비스 : UHD TV, VoD, Live Stream 빅데이터/IoT Pre/Post Processing, 저장 서비스 멀티단말(N-screen) 서비스 영상회의 (high quality), 영상전화 서비스 개인방송국 서비스

가상 네트워킹 서비스 (동적 가상 네트워크 고려)

고품질 VPN 및 클라우드 연결 네트워킹 서비스 가상 라우터 서비스 가상 방화벽 서비스 가상 로드 밸런서 서비스 Mobile IP 백본 서비스

23 KRnet 2014

지역 방송국/

방송서비스

Micro DC

지역 콘텐츠/

서비스 사업자

Localization 서비스 예

기존 인터넷 및 데이터 센터 이용시 문제점 • 지역에 국한된 서비스도 서울의 데이터센터 또는 대형 포털에 사이트 구축 • 광대역, 컴퓨팅, 신뢰성 연결이 필요한 u-health 서비스 등 어려움

지역 Micro DC에 서비스를 탑재하고 밀결합된 네트워크 자원 제공 • 지역 비즈니스 (방송, 학교/학원, 지역광고 등) 서비스 용이 • 광대역, 실시간(RTT 감소) 연결 및 서비스 제공 가능

Access network

집

아파트

병원

학교/학원

광고판

지역

광고회사 지역

광고회사 지역

광고회사

지역 콘텐츠/

서비스 사업자 대용량 컴퓨팅/

U-health

지역 방송국/

방송서비스 지역 방송국/

방송서비스

지역광고업체

지역방송

Cloud group 방송 (교내방송/사내방송)

병원관리/원격진료/U-health

광대역, 실시간성

24 KRnet 2014

Micro DC

분산 서비스 - Software Defined IoT 인프라 서비스

사물, 사람, 정보 등이 유연하게 가상 인프라를 구성하고 그들간에 소통과

상호 작용을 지원할 수 있는 IoT 가상 인프라 응용

Central DC

지역 주변 정보 데이터

빅데이터

수집

전처리

저장

제공

후처리

분석

센서 외부정보

데이터 전송(축약) 통합분석 선별저장

개인 지역관공서

기업 지역관공서

Micro DC

정보참조, 분산 컴퓨팅을 위한 DC 간 연동

데이터의 인접 처리를 통한 실시간성, 분석속도 향상

분산 처리를 통한 분석성능 및 자원효율성 향상

전처리를 통한 저장 자원, 네트워크 자원 절감

후처리를 통한 사용자 맞춤형 정보제공

25 KRnet 2014

분산서비스 예 VDI 서비스 문제점

• 위치에 따른 QoS(RTT) 문제 상용서비스 한계

전용 인프라 구축 (비용) • 자원 집중화(특히, 트래픽집

중) 문제 분산 VDI 서비스

• 사용자 근접위치의 Micro DC를 통해서 서비스를 제공하여 RTT 감소, 품질 향상

• 분산된 Micro DC를 통해서 트래픽 집중화 해소

IDC

Micro DC

NIC

미디어 처리 서버

Hypervisor

VM

GPU

…

Cloud Game

Center

Smart Network

①인증

⑦ 접속 및 게임 실행

②Sera는 대전이군 !!

③ VM 생성 요청

⑥ IP전송

IDC 센터와 지리적으로 가까운 위치에 있는 클라우드 게임 서비스 이용자 IDC를 이용

고품질 3D 클라우드 게임 on Thin-Client

Sera

④VM 생성

⑤ VM 생성 결과 통보

대전

대구

강릉

• SN: Smart Node • VM: Virtual Machine • NIC: Network Interface Card • GPU: Graphics Processing Unit

IDC 센터와 지리적으로 가깝지 않은 위치에 있는 클라우드 게임 서비스 이용자 Micro DC를 이용

26 KRnet 2014

콘텐츠 전달 및 컴퓨팅 서비스 예 분산 마이크로 데이터센터 기반 CDN 인프라 서비스

• 콘텐츠 중복 전달 제거를 통한 네트워크 효율 향상 (네트워크 요구량 50% 이상 절감, 홉카운트 70% 단축)

• 다중 CDN 사업자 가능, CDN 사업자별로 전용 인프라 구축 및 서로 다른 CDN 기술

• 기능의 자동배치(자동 스케일 아웃)를 통해 고품질 서비스 + 자원 이용율 향상 기대

현재 분산 Micro DC

클라우드 센터 내의 서버들로 서비스사업자 구분

네트워크는 서비스 사업자 공유 가능하지만 차별화 불가

네트워크는 서비스 전달을 위한 연결 서비스 제공

서비스사업자 별 서버-스토리지-네트워크로 통합 구성된 독자적인 CDN 제공

서비스 제공자 요구에 따른 차별화 서비스 인프라 제공 가능

서버와 네트워크가 결합된 Edge Cloud Center 개념

• VoD/ OTT

• On-net CDN

• Live Streaming

• IPTV

• 개인방송

• 지역/단체 CUG

27 KRnet 2014

정리

IoT를 위해서 분산 Micro DC 활성화 예상

분산환경에 적합한 데이터, 관리, 보안 기술 필요

분산 Micro DC를 위한 새로운 네트워크 기술(ex. SDN) 결합

IoT 서비스 활성화에 따라 스마트 네트워크 활용 기대

28 KRnet 2014