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무중단 서비스 제공과 동시에 가용 대역폭 활용 극대화
엔터프라이즈 논스톱 무선랜 ②
2008년 09월 12일 00:00:00 데이터넷 기자 datanet@datanet.co.kr
무선랜은 이동성에 치우쳐 단순한 서비스 애플리케이션만을 목적으로 한 네트워크의 파생에 불과했지만 이들 애플리케이션은 여전히 존재하며 계속해서 이동성을 요구하고 있다. 따라서 관련 업계에서는 IEEE 802.11n의 등장으로 인해 유선에서 무선으로의 마이그레이션 추세가 확대되고 유선 이더넷 포트 판매 점유율을 빠르게 잠식할 것으로 예측하고 있다. 지난호 무선 기술의 진화에 이어 이번호에서는 논스톱 무선랜의 성능에 대해 상세히 살펴본다. <편집자>
연재순서
1회 : 무선 기술 진화
2회 : 논스톱 무선랜 성능 I (이번호)
3회 : 논스톱 무선랜 성능 II

이창운 // 트라페즈코리아 과장
clee@trapezenetworks.com
스톱 와이어리스(Nonstop Wireless)는 다양한 장비 오류, 과도한 트래픽 상태 등 일반적으로 네트워크 중단이 필요한 유지 보수 작업 등이 발생하는 경우에도 중단 없이 실행될 수 있는 엔터프라이즈급 무선랜 인프라를 의미한다. 즉, 음성 통화가 중단 없이 지속되며 세션이 안전하게 유지되는 것은 물론 사용자는 네트워크 서비스에 항시 액세스할 수 있다.
특히 장애에 탄력적인 네트워크에서 수용 가능한 성능을 추구하기 위해서는 주요 리소스의 이중화가 필요하다. 그렇다고 장애가 발생하거나 이동, 추가, 변경이 진행되는 동안 적절한 수준의 장애 복구가 보장되는 것은 아니다. 논스톱 와이어리스 기능을 제공하는 트라페즈 스마트 모바일(Trapeze Smart Mobile) 아키텍처가 어떻게 성능을 향상시키는지 상세히 살펴보자.
 
트라페즈 논스톱 무선랜 성능 측면
트라페즈 버추얼 컨트롤러 클러스터는 내부 및 외부의 모든 액세스 포인트에서 활성 컨트롤러 리소스에 대한 효율적인 풀링 및 로드 밸런싱 기능 제공을 통해 컨트롤 플레인(control plane)의 요구 사항을 충족시킨다. 데이터 플레인(data plane)의 경우, 트라페즈 스마트 모바일 분산 포워딩(Distributed Forwarding)을 사용하면 상당한 개선 효과를 거둘 수 있다. 특히 트라페즈 스마트 모바일 분산 포워딩은 음성 및 동영상과 같이 지터(jitter)나 대기시간에 민감한 애플리케이션에서 데이터 흐름을 최적화하고, 컨트롤러 성능을 저하시키지 않으면서도 IEEE 802.11n 성능 지표를 확장한다.
뿐만 아니라 논스톱 무선랜은 성능 압력이 있는 경우에도 지속적으로 제 기능을 발휘한다. 대형 회의실, 교실 및 기타 이벤트 중심 시나리오와 같이 다양한 무선랜 환경은 매우 높은 부하 임계를 경험하게 된다. 네트워크는 계속해서 음성과 같이 우선순위가 높은 무중단 서비스를 제공하는 동시에 가용 대역폭을 최대한 활용할 수 있다.
 
분산·중앙집중식 스위칭 통한 트래픽 최적화
분산 스위칭을 통해 인증된 사용자에 대한 트래픽이 클라이언트와 목적지간의 가장 직접적인 경로를 따라 이동한다. 이는 음성 애플리케이션에 매우 중요하다. 로밍에 영향을 미치는 시간이 100ms 이하에 불과한 경우에도 중앙의 컨트롤러에 도달하기 위해 전체 네트워크를 통과하고 다시 목적지로 되돌아가야 해 음성 무결성이 훼손되고 콜이 누락될 가능성이있다.

이러한 문제는 음성통신에만 발생하는 것은 아니다. 캠퍼스에서 이동 중이지만 원래 건물의 컨트롤러에 연결돼 있는 사용자를 예로 들어 보자. 중앙의 무선 컨트롤러 아키텍처에서 인쇄작업 같은 데이터 트래픽이 로컬 프린터로 데이터를 전송하려면 네트워크를 2번 통과해야 한다. 따라서 네트워크 용량이 빠르게 소모된다.
고성능 데이터의 경우, 데이터 흐름이 컨트롤러를 통해 스위칭되지 않는다는 점에서 분산 스위칭을 통해 IEEE 802.11n 애플리케이션의 데이터 포워딩 확장성 문제를 완벽하게 해결할 수 있다. 트라페즈 스마트 모바일의 분산 스위칭은 컨트롤러 업그레이드 없이 컨트롤러의 병목을 해결할 뿐 아니라 IEEE 802.11n으로의 원활한 확장을 수행한다.
반면 DMZ 유형의 서브넷으로 전송되는 게스트 트래픽과 같이 터널링이 필요한 트래픽은 중앙집중식 스위칭을 통해 보다 제어된 방식으로 처리하게 된다.
 
트라페즈 동적 최적화
무선랜에서 나타나는 또 다른 문제는 특히 2.4GHz 범위에서 너무 많은 사용자로 인해 부하가 임계치에 달하고 있는 상황이며, 네트워크 포화 상태가 된다는 것이다. 이러한 문제는 대형 회의실, 교실 및 기타 이벤트 중심의 환경에서 흔히 발생한다.
트라페즈 동적 최적화(Trapeze Dynamic Optimization)는 무선 대역폭 낭비를 대폭 줄일 수 있는 능력을 갖추고 있다. 2.4GHz 또는 5GHz 스펙트럼에서 작동하면서 듀얼밴드 기능을 갖추고 있는 장비가 늘고 있지만 이들 장비는 다양한 이유에서 2.4GHz 대역으로 기본 설정되는 경우가 많기 때문에 5GHz 대역 대부분은 제대로 활용되지 않는다.
트라페즈 동적 최적화는 듀얼밴드 클라이언트를 식별해 5GHz 대역이 보다 이상적인 선택이 되도록 하는 방식으로 이들 클라이언트를 조정한다. 그 결과 듀얼밴드 클라이언트 사용자 수 기반으로 통합 무선랜 성능이 30~40% 증가, 제대로 사용되지 않던 5GHz 대역의 활용도를 높임으로써 많은 사용자가 몰리는 2.4GHz 대역의 부담을 줄일 수 있다.
따라서 이러한 모든 것은 안정성 향상과 연결되지 않는 클라이언트 발생 감소로 이어진다. 부하 임계 기간 동안 포화 상태를 피할 수 있는 자세한 방법은 뒤에 나오는 QoS 기능 편의 동적 권한 부여(RFC 3576) 부분을 참조하면 된다.
 
고속 로밍 및 짧은 대기시간 로밍
클러스터링에 대한 트라페즈의 접근 방식은 고속 로밍 처리에 적합하도록 설계돼 있다. 세션 정보는 안전하게 암호화된 클러스터 내부 통신을 통해 무선랜 컨트롤러로 구성된 클러스터 전반에 자동으로 사전에 제공된다. 따라서 사용자는 액세스 포인트나 컨트롤러에 관계없이 실내외 무선랜에서 안전하게 로밍을 수행할 수 있다.
트라페즈 접근 방식은 콜 누락 및 일시 중지를 방지하기 위한 지터 및 대기시간 최소화는 물론 암호화 키의 재협상이나 사용자 재인증이 필요하지 않다는 이점이 있다. 또한 WPA2의 일부인 PMK(Pairwise Master Key) 캐싱을 포함한 고속 로밍과 관련된 표준과 새롭게 떠오르는 IEEE 802.11k 및 802.11r 표준도 지원한다.
무선랜에 대한 중앙집중식 스위칭 접근 방식은 여러 컨트롤러에서 세션 로밍을 처리하는 경우, 참담한 실패를 경험하게 된다. ‘홈 컨트롤러’에 종속돼 있다는 이유로 암호화된 터널을 통해 컨트롤러 간에 통과해야 하는 로밍 세션을 요구하는 경쟁업체들도 있다. 반면 트라페즈 버추얼 컨트롤러 클러스터는 가상 클러스터 커뮤니티의 모든 컨트롤러가 공유하는 공통의 단일 데이터베이스를 채용하고 있기 때문에 로밍이 문제가 되지 않는다.
여타 경쟁업체들은 지금까지도 여러 컨트롤러가 지원하는 동일한 영역에 액세스 포인트를 구축하지 않도록 권장하고 있다. 액세스 포인트가 아닌 컨트롤러에서 암호화된 세션이 종료된다는 사실로 인해 이러한 중앙집중형 데이터 처리 아키텍처의 단점이 더욱 악화됐다. 또한 시스코는 ‘시스코 440X 시리즈 무선랜 컨트롤러 구축’이라는 가이드북에서 ‘장애에 탄력적인 무선랜의 경우, 설계로 인해 컨트롤러 내부 로밍 이벤트의 수가 증가할 수 있기 때문에 이를 널리 권장하지 않는다’고 말하고  있다.
 
자동 액세스 포인트·컨트롤러 로드 밸런싱
가장 효율적인 리소스 사용은 논스톱 무선랜의 성능 유지 관리에 있어 중요한 부분이다. 트라페즈 버추얼 컨트롤러 클러스터는 액세스 포인트가 활용할 수 있는 리소스 풀로 생각할 수 있다. 가상 클러스터의 컨트롤러들은 컨트롤러 용량과 액세스 포인트 및 컨트롤러 간의 거리에 따라 로드 재배포 및 로드 밸런싱을 자동으로 수행한다. 따라서 컨트롤러 리소스 풀에서 성능을 최적화하는 동시에 사용자와 목적지 간에 효율적 데이터 흐름을 유지할 수 있다.
 
QoS 기능
논스톱 무선랜에서는 서로 다른 애플리케이션을 동일한 네트워크상에 혼합 구성함에 따라 발생된 대역폭의 최고치 및 최저치에 관계없이 네트워크가 지속적으로 작동돼야 한다. 고대역폭 수요에 따른 음성의 지터와 대기시간 비용을 절감하는 동시에 게스트의 대역폭 사용도 억제해야 한다. 트라페즈는 이러한 문제를 유연하게 처리할 수 있도록 다양한 기능을 제공하고 있다.
● 대역폭 할당 - 사용자, 사용자 그룹 또는 특정 SSID가 소비할 수 있는 실제 대역폭을 %나 Kbps로 표시해 제한한다.
● 동적 권한 부여(RFC 3576) - 잠재적인 네트워크 남용과 멜트다운(meltdown)을 자동으로 교정 및 방지할 수 있는 유연한 기능이다. 예를 들어 게스트의 누적 대역폭을 추적해 중요 업무 시간 동안 500MB를 초과해 사용하는 사용자에 대해서는 보다 제한적으로 대역폭을 할당할 수 있다. 또는 다른 예로 수업 중 학생들이 인터넷에 액세스하지 못하도록 할 수 있다.
● IEEE 802.11e MAC 프로토콜·WMM·TSPEC - IEEE 802.11e MAC 프로토콜 운영을 비롯 WMM(Wi-Fi Multimedia), TSPEC(Traffic Specification) 등의 QoS 기능들은 특히 음성에 중요하지만 다른 애플리케이션에도 적용할 수 있다. WMM은 협상된 우선순위 액세스를 제공하는 반면 TSPEC은 무선 대역폭의 초과 할당을 방지하기 위해 로드 피크 동안 새로운 콜을 차단하는 방식으로 콜 액세스 제어를 실행한다.
● U-APSD·WMM-PS - U-APSD(Unscheduled, Asynchronous Power Save Delivery), WMM-PS(Wi-Fi Multimedia Power Save)는 음성 단말기와 같은 배터리 작동 장비에서 배터리 성능 향상을 중심으로 설계된 전력 보존 방법들이다. 이러한 기능들을 통해 충전 전까지의 사용 시간을 대폭 늘릴 수 있다.
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