캐리어 이더넷

캐리어 이더넷(carrier ethernet)은 통신 사업자 환경에서 이더넷(Ethernet) 기반 서비스를 제공할 수 있는 확장된 이더넷 기술을 의미한다. 캐리어 이더넷이라는 용어를 처음 사용하였고 이에 대한 기술 표준화, 제품 인증, 마케팅 등을 주도적으로 추진하고 있는 메트로 이더넷 포럼(MEF, Metro Ethernet Forum)의 정의에 따르면, 캐리어 이더넷은 랜(LAN) 기반의 이더넷과 차별화가 가능한 표준화된 서비스, 확장성, 신뢰성, 서비스 품질, 서비스 관리 등의 다섯 가지 속성을 지닌 표준화된 캐리어급 서비스 및 네트워크를 뜻한다. 기존의 인터넷 접속 이더넷에서 무선망까지 수용할 뿐만 아니라 기존 동기식 광통신망(SONET), 동기식 디지털계위(SDH) 망을 대신하고 유비쿼터스 이더넷 기술을 사용하는 10GBps 이상의 광역 통신망(WAN)으로 확대되었다. 국내에는 2009년부터 도입되기 시작했다.

개요

이더넷은 원래 산업체나 캠퍼스 등 근거리 영역을 사용하는 랜 프로토콜의 하나로 개발되었다. 이더넷을 사용하는 주된 이유로는 플러그 앤 플레이와 같은 단순함과 적은 설치 비용 및 쉬운 운용 등을 예로 들 수 있다. 근거리의 제한된 영역에서만 적용되던 토큰링(Token Ring), 토큰버스(Token Bus), 이더넷(Ethernet) 등의 다양한 랜 기술은 성능대비 가격 경쟁력이 우수한 이더넷으로 통일되었고 저가화 됨에 따라, 이더넷은 캠퍼스, 기업은 물론 일반 가정의 홈 네트워킹 및 가전제품, 공장 자동화, 멀티미디어 분야에까지 광범위하게 확산되어 사용되고 있다. 유무선 서비스가 TPS 및 QPS를 중심으로 발전함에 따라 패킷 트래픽이 급격히 증가하고 있는 상황에서, 통신 사업자는 기존의 오버레이(overlay) 네트워크를 증설하기 보다는 중거리 통신망(MAN) 및 광역통신망(WAN) 영역에도 이더넷을 사용하여 설치 및 운용비용을 줄일 수 있는 캐리어 이더넷 기술을 도입하는 방향으로 확산 전개되고 있는 양상이다. 캐리어 이더넷은 탄력성, 신뢰성, 확장성 및 관리성 등과 같은 특징들을 중요시 하는 캐리어 네트워크 환경에서도 운용이 가능한 확장된 이더넷 기술이다. 서비스 제공자의 관심사항은 캐리어 이더넷을 통해 제공하는 서비스가 정상적으로 동작하고 있는지, 장애 발생시 얼마나 빨리 이를 감지하고 복구할 수 있는지, 서비스별 또는 사용자별로 제공되는 트래픽 양을 어떻게 제한할 수 있는지 등이 있다. 따라서 서비스 제공자 측면에서는 이더넷을 단순히 데이터 전송 기술로서 생각하는 것이 아니라, 종단간 서비스 관리 차원에서 적용할 수 있는지의 여부를 핵심 요소로 고려하고 있는 것이다.

캐리어 네트워크는 동기식 광통신망(SONET), 동기식 디지털계위(SDH), 비동기 전송모드(ATM)와 같은 다양한 계층의 전송 프로토콜이 존재하기 때문에 이들 모두를 지원하기 위해서는 네트워크의 모든 계층에 대한 관리 기능을 제공해야 한다. 그러나 전통적인 이더넷은 이러한 사항을 지원할 수 있는 관리 기능이 없기 때문에 엄격한 서비스 품질을 보장할 수 없었다. 또한 장애 발생에 대한 보호 기능이 매우 미약하여 캐리어급 네트워크에 적용하기에 적당하지 않았기 때문에, 캐리어 이더넷에는 서비스 수준협약(SLA), 관리(OAM) 및 보호절체(Protection) 등과 같은 요구사항을 충족하는 새로운 기능들이 추가되었다. 전 세계 150여 개의 서비스 사업자들은 이더넷 서비스를 제공중이거나 제공할 계획을 수립하고 있으며, 국제 표준화기구인 IEEE 802, ITU-T 및 민간 포럼인 메트로 이더넷 포럼 등 에서는 관련 산업체들이 주축이 되어 기술 표준화 작업을 계속 진행 중이다.

역사

등장 및 개발

이더넷은 한때 자기파 전송을 지원하는 동시에 지구 상의 모든 빈 공간을 채우는 것으로 여겨진 신화 속의 매개체인 에테르(aether)라는 라틴어에서 유래한 용어이다. 이 용어는 밥 메트칼프(Bob Metcalfe)의 박사 논문과 그가 1970년대 초 PARC(Xerox Palo Alto Research Center)에서 근무하는 동안 동료 연구원인 데이빗 보그스(David Boggs), 버틀러 램슨(Butler Lampson) 및 찰스 태커(Chuck Thacker)와 함께 출원한 특허 원문에서 사용되었다. 오늘날의 네트워크는 로컬, 원격 및 클라우드 기반 환경에서 업무 필수 데이터에 대한 빠른 속도의 고대역폭 액세스를 제공한다. 랜의 가장 일반적인 네트워킹 기술은 이더넷이다. 전 세계 기업 랜의 대다수가 이더넷에서 실행되고 있다. 그러나 늘 그랬던 것은 아니다. 예를 들어 1980년대와 1990년대 초에는 ARCNET, StarLAN, FDDI(Fiber Distributed Data Interface, 초기 광 케이블 기반의 LAN 링 기반 기술), 토큰 버스, 토큰 링 등 경쟁적인 여러 랜 기술이 있었다. 이더넷은 IP 네트워크와의 고유한 구조적 호환성, 플러그 앤 플레이 단순성 및 비교적 저렴한 비용 때문에 1990년대 중반 랜 기술의 진정한 승자가 되었다. 원래 랜 중심적 정의에서 이더넷은 동일한 일반 지역, 일반적으로 단일 건물에 있는 장치를 연결하는 기술로 전망되었다. 즉, 프로토콜 자체가 100미터 범위로 제한되었기 때문에 상호 연결할 장치 수가 적고 둘 사이의 거리가 비교적 짧은 경우에 사용될 것으로 예상되었다.

확장

인터넷이 성장함에 따라 이더넷은 애초에 예상된 단일 건물 및 단거리 애플리케이션을 뛰어넘는 역할을 할 태세를 갖추었다. 수백 또는 수천 대의 컴퓨터, 서버, 프린터 및 관련 장치가 있는 전체 캠퍼스가 이더넷 연결성을 위한 회선을 구축하고 있었다. 보다 최근에는 와이파이 네트워크 즉, 무선 이더넷이 범용화되었다. 상호 연결된 장치 수 및 장치 간의 거리에 대한 초기의 예측이 크게 확대되었다. 가상 랜(VLAN) 및 빠른 버전의 스패닝 트리 프로토콜(STP) 추가 등의 몇 가지 혁신적인 조정을 거친 후 이더넷은 비용 효과적이면서도 뛰어난 성능의 네트워킹 기술로서, 적응성이 탁월한 것으로 검증되었기 때문에 이러한 확장된 요구 사항과 함께 진화할 절호의 기회를 맞이하게 되었다. 다른 프로토콜은 보다 장거리에 걸쳐 이러한 성장하는 이더넷을 상호 연결하기 위해 개발되었다. X.25, ISDN, 프레임 릴레이 및 ATM과 같은 데이터 통신 프로토콜은 통신 사업자들이 장거리 연결을 제공하기 위해 고안하고 판매한 기술이었다. 2000년대 초에는 왠(WAN, 광역 통신망) 연결성을 제공하기 위해 이더넷 프로토콜을 확장하는 자연스러운 방법으로 이더넷이 도입되었다. 이름에서 알 수 있듯이 통신 사업자들은 캐리어 이더넷이 다른 통신 사업자(도매) 및 최종 사용자(소매)에게 판매할 수 있는 다양한 네트워크 서비스를 지원하기 때문에 그 가치를 높게 평가한다. 여기에는 모바일 백홀, 비즈니스 서비스 및 데이터 센터 상호 연결이 포함된다. 그러나 캐리어 이더넷은 통신 사업자만을 위한 것이 아니다. 최종 고객에게 액세스를 제공하는 모든 네트워크 사업자들을 위한 풍부한 기능을 갖춘 솔루션이다. 이메일, 웹 브라우징, 음성 및 동영상 트래픽과 같은 대역폭 요구가 높은 애플리케이션의 지속적인 증가는 랜 및 왠의 속도 향상을 위한 초기 원동력을 제공했다. 보다 최근에는 스토리지 가상화 및 클라우드 컴퓨팅과 같은 새롭게 등장한 기술이 네트워크 사업자와 기업 고객의 대역폭 요구사항을 심화시켰다. 사용자, 특히 기업의 클라우드 의존성이 증가하며서 네트워크가 사회에 더욱 중요해졌으며 데이터 센터 액세스를 위한 공용 인터넷에 대한 의존도가 하이브리도 공용 및 사설 인프라로 대체되었다. 이러한 추세는 당분간 꺾이지 않을 것이며 끊임없이 증가하는 대역폭에 대한 수요가 지속될 것이다. 이더넷은 이 중요한 요구를 해결하기 위한 핵심 솔루션으로 진화했다.

IP

이더넷은 많은 애플리케이션에서 IP가 주도하고 있다. 이러한 애플리케이션에서 네트워크를 요청하는 즉시 해당 스테이션의 프로토콜 스택에서 일련의 데이터 조작이 발생한다. 이러한 애플리케이션은 자체 프로토콜을 사용하여 인터넷에서 멀리 떨어진 곳에 있는 호스트(SMTP, FTP, HTTP)와의 정보 교환을 조정하지만 IP는 다른 동등 계층, 주변 장치 등과의 통신을 위한 네트워크 계층 즉, 3 계층으로 범용적으로 사용된다. 이더넷은 1 계층, 즉 PHY 물리적 계층과 MAC 미디어 엑세스 제어의 2 계층 둘 다에 속한다. 물리적 계층 구성 요소는 10BASE-T(10Mb/s 연동선) 또는 10GBASE-LR(10Gb/s 장거리 광 케이블)과 같은 이더넷의 다양한 물리적 구현을 정의한다. 이러한 물리적 구현은 각 데이터 속도 및 미디어 유형에 대해 정의된다. 2 계층 프로토콜인 이더넷은 3 계층에서 클라이언트라고 할 수 있는 IP의 서버 계층으로 간주된다. 이더넷은 상위 IP 계층으로부터 요청을 받고 이 계층에 응답을 제공한다. 따라서 이더넷과 IP는 긴밀하게 함께 작동한다. 이 관계는 캐리어 이더넷으로 전환되면서 이더넷에 효과적으로 작용했다. 캐리어 이더넷 서비스의 가용성은 프레임 릴레이 및 ATM과 같은 기존 통신 서비스에 IP 데이터를 매핑하는 작업에 수반되는 상당한 복잡성을 방지하고, 캐리어 이더넷 서비스의 개발을 지속적인 이더넷 개발과 보다 밀접하게 연결한다.

연대표

• 1973년 : 이더넷에 대해 언급한 최초의 메모
• 1975년 : 3Mb/s 이하의 데이터 속도로 출원된 최초의 이더넷 특허
• 1980년 : 딕스(DIX)라고 하는 최초의 이더넷 표준 발간
• 1986년 : DEC(Digital Equipment Corporation)의 이더넷 네트워크가 1만 노드 달성
• 1989년 : 최초의 이더넷 스위치인 이더스위치 칼파나(Kalpana) 발표
• 1995년 : 고속 이더넷(1000Mb/s) 채택
• 1999년 : 1GE 표준 승인
• 2001년 : 이더넷 서비스 정의를 위해 메트로이더넷포럼(MEF, Metro Ethernet Forum) 설립
• 2006년 : 10GE 승인
• 2010년 : 40GE/100GE 표준 승인
• 2012년 : 기업 액세스용으로 사용되는 이더넷 대역폭이 교체 대상이 되는 다른 모든 기존 기술의 대역폭을 넘어서기 시작

컴캐스트(Comcast)가 MEF CE 2.0 인증을 획득한 최초의 서비스 공급자가 됨

• 2013년 : 이더넷 발명 40주년
• 2016년 : 1GE 자동차 이더넷 표준

기술

CSMA/CD

공동 회선

초기 이더넷은 50년 전에 보편적이었던 공동 회선 전화 시스템이라고 생각하면 된다. 이 시스템에서는 여러 가구가 단일 전화선을 공유했으므로 한 번에 하나의 전화 사용자만 통화할 수 있었다. 인구가 적어 각 가구에 별도의 전화선을 공급하는 데 과도한 비용이 소요되는 시골에서는 공동 회선 전화 시스템이 타당한 솔루션이었다. 공동 회선 전화를 사용하려면 발신자는 먼저 전화기를 들고 발신음을 듣는다. 발신음이 들리지 않거나 다른 사람의 대화가 들린 경우 발신자는 전화를 끊고 전화선을 사용할 수 있을 때까지 기다린다. 발신자가 발신음을 듣지 않고 다른 사람이 통화 중인지 확인하지 않은 경우 이미 진행 중인 다른 대화와 충돌할 수 있다. 발신자가 다른 사람이 이미 통화 중인 것을 인식한 경우에는 다른 통화가 종료되기를 기다렸다가 전화를 걸어야 한다. 초기 이더넷은 다음과 동일한 방식으로 작동했다. 먼저 네트워크 장치에서 데이터를 전송한 다음 네트워크 세그먼트의 다른 활동과 충돌하는지 확인하기 위해 수신 대기한다. 충돌이 감지된 경우 송신기는 임의의 시간(1~2밀리초) 동안 자동으로 대기한 다음 네트워크에서 데이터를 전송할 수 있는지 다시 확인한다. 이 네트워크 액세스 체계를 CSMA/CD(Carrier Sense, MultipleAccess, Collision Detection)라고 한다. CSMA/CD는 이더넷에 사용되는 기술로서, 반송파 감지 다중 접속 및 충돌 탐지 기술이다. 각 기기가 신호 전송을 위해 전송 공유매체에 규칙 있게 접근하기 위한 매체 엑세스 제어방식이다. CSMA/CD는 다음 3가지 기능이 합쳐진 프로토콜이다.

• CS(Carrier Sense) : 누군가 네트워크에서 이미 통화 중인지 여부를 확인하기 위해 이더넷 회신을 수신하여 네트워크 트래픽 간격을 감지함을 의미한다. 각 컴퓨터는 공유매체가 사용 중인지 여부를 감지하고, 매체의 전압 변화를 통해 사용 여부를 확인 가능하다.
• MA(Multiple Access) : 여러 대화가 동시에 발생하지 않도록 각 장치가 교대해야 하지만 많은 이더넷 장치가 동일한 물리적 네트워크 회선에서 수신 및 전송할 수 있음을 의미한다. 다수의 컴퓨터가 공유매체를 두고 서로 경쟁하여 나누어 사용하는 방식으로, 매체가 사용 중이 아니라면 언제든 전송을 다시 시작할 수 있다.
• CD(Collision Detection) : 잠재적 발신자가 이후에 이전 대화가 여전히 진행 중임을 감지할지라도 이전 통화자의 통화가 완료되기 전에 전송을 시작했음을 의미한다. 따라서 발신자는 이전 대화가 완료될 수 있도록 하기 위해 통화를 중지한다. 만약 두 컴퓨터 간에 충돌이 발생하게 될 경우에, 두 신호가 서로 간섭을 일으켜서 송수신된 데이터를 읽을 수 없게 된다. 그래서 프레임이 모두 전송되기 전에 충돌이 발생한 것을 감지한다면 그 프레임의 전송을 멈추고, 일정 시간만큼 대기한 이후에 다시 재전송을 한다. 충돌 감지의 특성 때문에 CSMA/CD를 사용하면 슬롯 시간에 따라 프레임의 최소 길이와 전송 매체의 길이가 정해진다. 컴퓨터는 충돌이 일어날 경우 프레임 전송을 완료하기 전에 충돌을 감지하여 전송을 멈춰야 한다. 그렇기 때문에 프레임의 전송 시간은 최소 최대 전파 시간의 2배는 되어야 한다. 이런 제약이 있어서 기존의 10메가 비피에스에서 더 높은 전송속도의 이더넷 기준을 정할 때 프레임이 가지는 최소 길이를 같게 유지하면, 전송 매체의 길이가 매우 짧아지는 문제가 생기게 된다. 기준들 사이의 상호운용성(interoperability)을 확보하기 위해서는 프레임의 최소 길이를 같게 해야 한다. 이를 해결하려면 반송파 확장(Carrier Extention)을 사용하여 프레임의 길이를 늘려서 전송하는 방식을 사용해야 한다.

교환 이더넷

CSMA/CD는 링크 및 노드 수가 적은 경우 네트워크 액세스 체계의 역할을 한다. 그러나 더 많은 장치가 CSMA/CD 네트워크에 추가되거나 이러한 장치 간의 물리적 거리가 증가할 경우 CSMA/CD는 효과적인 네트워크 액세서 메커니즘을 제공하지 못한다. 동시에 데이터를 전송하려는 장치가 너무 많으면 각 장치가 데이터를 전송하려고 시도한 후 충돌을 감지하여 임의의 시간 동안 대기한 다음 데이터 전송을 재시도해야 하므로 네트워크 액세스 경합이 발생한다. 이러한 유형의 경합은 네트워크가 증가함에 따라 네트워크 지연 시간을 발생시킨다. 마찬가지로 장치 간의 거리가 증가하면 링크의 지연 시간으로 인해 지속적인 충돌 및 백오프 기간이 발생할 수 있으며, 이로 인해 처리량이 감소하고 지연 시간이 증가한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 오늘날의 교환 이더넷 네트워크가 등장했다. 이 새로운 모델에서는 필요에 따라 버퍼를 사용하여 프레임을 큐에 넣어 충돌을 없애고 그로 인한 지연 시간 문제를 해결하는 이더넷 스위치 포트에 연결할 수 있는 자체 네트워크 세그먼트가 각 장치에 있다. 따라서 이전 공동 회선 전화가 이제 각 전송 장치와 최종 사용자를 분리하여 회선을 사용할 수 있을 때 이들을 연결하는 스위치를 전용 회선으로 연결하는 오늘날의 전화망으로 업그레이드 되었다.

마찬가지로, 교환 이더넷 네트워크를 사용하면 장치가 연결된 교환 네트워크 세그먼트를 다른 장치에서 사용할 수 없으므로 더 이상 충돌 문제가 발생하지 않는다. 각 장치는 이더넷 스위치의 개별 포트에 연결되며, 각 포트에 하나의 장치만 연결된다. 이더넷 랜의 모든 장치가 수신 대기하고 충돌을 처리해야 하는 대신, 이더넷 스위치가 해당 스위치에 연결된 모든 장치에 대한 교통 경찰의 역할을 하면서 스위치에 상주하는 장치와의 모든 트래픽에 대한 통합을 처리한다. 스위치는 연결된 각 장치의 맥 주소 및 연결된 포트를 인식한다. 하나의 장치가 동일한 스위치의 다른 장치와 통신하는 경우 스위치는 중단 없이 대화가 진행될 수 있도록 두 장치 간의 연결을 완료한다. 스위치가 해당 스위치에 연결되지 않은 맥 주소를 대상으로 하는 네트워크 트래픽을 발견한 경우 이 트래픽은 스위치 업링크 포트를 통해 라우팅된다. 스위치 업링크 포트는 해당 스위치를 데이터 센터의 다른 스위치에 연결하거나 왠 링크를 통해 다른 네트워크에 접속하는 라우터에 연결한다.

브리지

하나 이상의 네트워크 세그먼트가 단일 집선 네트워크에 연결된 경우 브리징이 발생한다. IEEE 802.1d 표준에 따르면, 브리징은 라우팅과 다르다. 즉, 라우팅은 별도로 유지되는 개별 네트워크 간의 트래픽을 연결하고 라우팅하는 반면, 브리징은 하나의 통합된 맥 계층 네트워크를 생성한다. 브리징의 가장 대표적인 예는 이더넷 스위치에서 발생한다. 스위치는 물리적 스위치 포트와 이 포트에 사주하는소스 맥 주소를 학습한 다음 전달하는 테이블에 있는 주소에 따라 트래픽을 전달한다. 스위치가 대상 주소를 인식할 수 없는 경우 데이터는 해당 스위치의 모든 포트로 플러딩된다. 다중 포트 브리징이라는 이 개념이 바로 오늘날 이더넷 네트워크 스위치의 기초이다. 캐리어 이더넷의 가장 중요한 5가지 브리지 개념인 학습, 전달, 필터링, 플러딩 및 스패닝 트리 프로토콜은 다음과 같다.

• 학습 : 스위치가 소스 주소 및 각 소스 주소가 발견된 해당 포트 번호를 모니터링할 때 발생한다. 스위치 소프트웨어 내에서 소스 주소/포트 번호 상관 관계가 설정되면 향후 참조를 위해 이 매핑이 전달 테이블(FIB, Forwarding Information Base)에 저장된다. 트래픽이 이 스위치를 통해 이동할 때 특정 주소의 위치가 스위치의 포트 간에 변경되는 경우 스위치는 전달 테이블을 지속적으로 업데이트한다. 지정된 기간 동안 맥 주소에서 전송되는 패킷이 없는 경우 테이블이 과도하게 증가하는 것을 방지하기 위해 시간이 지남에 따라 전달 테이블의 주소 항목이 상실된다.

• 전달 : 전달 테이블에서 들어오는 이더넷 프레임의 대상 주소를 조회하여 이 주소에 해당하는 포트로 프레임을 전송하는 이더넷 스위치로 구성된다. 이더넷 스위칭의 기초인 전달은 스위치에 있는 포트 간의 고속 처리량을 지원하는 동시에 포트별 네트워크 세분화를 허용한다.

• 필터링 : 이더넷 스위치가 동일한 포트에 있는 소스 및 대상 주소를 표시하는 패킷을 발견한 경우 트래픽이 해당 소스 세그먼트로 다시 전송되는 것을 방지하기 위해 필터링이 발생한다. 동일한 포트에 있는 모든 클라이언트가 해당 포트의 맥 주소 간에 전송되는 모든 트래픽을 볼 수 있으므로 전달이 필요 없다. 필터링은 이러한 패킷뿐만 아니라 다른 모든 잘못된 형식의 패킷 또는 부분 패킷을 폐기한다.

• 플러딩 : 스위치는 알 수 없는 대상 주소의 패킷을 발견한 경우 즉, 전달 테이블에 대상주소에 대한 주소 항목이 없는 경우 해당 네트워크 트래픽을 의도된 수신자에게 배달하기 위해 스위치의 모든 포트(시작 포트 제외)로 패킷을 전송한다. 그 밖에 브로드캐스트 패킷(하나의 패킷이 모든 포트로 배달되도록 설계됨) 및 멀티캐스트 패킷(패킷이 전달 테이블에 없는 하나 이상의 대상 주소로 전송됨)을 사용하는 경우에도 플러딩이 발생할 수 있다.

• 스패닝 트리 프로토콜(STP) : 브리징 네트워크에서 루프를 방지하기 위해 도입되었다. 루프는 임의의 두 네트워크 노드 간에 둘 이상의 활성 네트워크 경로가 있는 경우에 발생할 수 있다. 이러한 이중화는 프레임이 무한히 순환되도록 하여 브리징 기능을 방해 또는 완전히 무효화한다. 스패닝 트리 프로토콜은 이중 경로 중 하나를 차단하므로 이 순환이 발생할 수 없다. 네트워크 복원력을 고려하여 스패닝 트리 프로토콜은 기본 경로에 장애가 발생한 경우 차단된 경로를 자동으로 다시 활성화함으로써 이중 경로가 백업 경로의 역할을 하도록 지원한다. 그러나 스패닝 트리 프로토콜은 재통합 하는 데 대략 수십 초 내지 수백 초가 걸리는 경우가 많아 상당히 비효율적이었다. 보다 최근에는 이 프로세스의 속도 향상을 위해 RSTP(Rapid STP) 및 MSTP(Multiple STP)라는 변형이 정의되었다.

가상 랜

네트워크가 성장하면서 플러딩의 영향을 제한하고 스패닝 트리 프로토콜의 기능을 단순화하기 위해 물리적 스위치를 가상 스위치로 세분화하는 것이 바람직해졌다. 4바이트 가상랜(VLAN) 태그 (또는 802.1Q 표준에서 정의한 이후에는 Q 태그)가 이더넷 헤더에 삽입되었다. 2바이트는 프레임이 이제 Q 태그 프레임이라는 것을 식별하고, 나머지 2 바이트는 최대 8개의 서비스 등급(3비트, PCP(Priority Code Point) 비트) 및 4092 가상랜(12비트, VLAN ID)을 정의하는데 사용된다. 마지막 1비트는 프레임이 폐기 가능(DEI, Discard Eligibility Indicator)한 경우에 사용된다.

여기서 흥미로운 것은 알 수 없는 대상주소가 있는 트래픽을 주어진 가상랜 ID로 식별된 포트로만 전달하거나 플러딩하도록 스위치 기능을 제한하는 4094 가상랜이다. 이는 대역폭 및 네트워크 리소스를 소비하기만 하고 필요 없는 종단점으로의 불필요한 데이터 브로드캐스트를 제한한다. 이후 버전의 802.1 표준에서는 고유한 가상랜 ID 및 P 비트가 있는 두 번째 가상랜 계층용으로 두 번째 Q 태그가 정의되었다. Q-in-Q라는 이 접근법은 최종 사용자가 고객 가상랜 ID(CVID 또는 내부 태그)를 정의하도록 허용하는 동시에 공급자 가상랜 ID(PVID 또는 외부 태그)를 사용하여 통신 사업자 인프라에서 개별 고객 또는 서비스를 식별하는 사업자들에게 널리 사용되었다. 이후, PBB(프로바이더 백본 브리징)라는 IEEE 802.1ah 표준은 프레임에 MAC 헤더를 추가하도록 지원함으로써 거의 무제한적으로 확장되는 대규모 이더넷 네트워크에서 탁월한 유연성을 제공했다. 또한 PBB는 서비스 공급자 네트워크와 고객 네트워크 각각에 전용 믹 주소 세트(및 관련 FIB)가 있으므로 두 네트워크를 명확히 구분한다. 이더넷 프레임이 이더넷 사용자 네트워크 인터페이스(UNI)에 도달한 경우 서비스 공급자 맥 주소가 고객의 이더넷 프레임에 추가된다. 그러면 서비스 공급자 네트워크 스위치가 해당 FIB에 대해 이 맥 주소를 검사하고 전달, 필터링, 학습 등을 평소대로 진행한다. 따라서 공급자 네트워크의 종단부에 있는 스위치만 PBB를 지원하면 되기 때문에 추가적인 이점이 있다. 네트워크 코어에 있는 스위치는 표준 맥 헤더, 이 예에서는 서비스 공급자 헤더에서 스위칭되므로 IEEE 802.1 이더넷 스위치만으로 충분하다.

이더넷 장비의 한 가지 주요 장점은 대부분의 네트워킹 장비와 원활하게 연동된다는 점이다. 두 가지 PHY 데이터 속도 등의 이더넷의 다양한 변형이 상호 연결된 경우 이더넷이 최상의 성능을 제공할 수 있는 가장 강력한 기능을 사용하도록 보장하는 기능이 내장되어 있다. 전문화된 협상 및 감지 프로세스는 서로 다른 하드웨어 구성 및 프로토콜 형식 간의 공통 분모를 식별한다. 이더넷은 네트워크 상호 운용성 면에서 최고의 플러그 앤 플레이라는 명성을 얻었다. 이더넷 조기 도입의 또 다른 핵심 요소는 경쟁 기술에 비해 저렴한 비용이다. 프로토콜 단순성 및 일상적인 관리 편의성은 전 세계 IT 부서의 호응을 얻었으며 토큰 링, 토큰 버스, FDDI 등의 기술로 조기 프로토콜 문제를 해결하도록 도와주었다. PC 산업이 등장하면서 비독점 규격 솔루션인 이더넷의 시대가 열렸다. 이때부터 이더넷은 선순환 구조로 알려지게 되었다. 이더넷이 보편화되면서 구성 요소 및 PC 제조업체의 칩셋, 모듈 및 카드 생산량이 증가했다. 이러한 생산량 증가로 인해 R&D 비용과 제조 시작 비용이 수백만 대의 장치로 분산될 수 있어 장치 단가가 인하되었다. 또한 가격 인하로 인해 가정, 데이터 센터 및 다중 터넌트 애플리케이션을 포함하여 이더넷의 도입이 더욱 확대되었다.

주요 기술 요소

캐리어 이더넷은 다양한 기술 요소를 기반으로 표준화된 서비스, 확장성, 안정성, 서비스 품질, 서비스 관리의 5가지 주요 특성을 실현하는 일련의 서비스로 진화해 왔다.

캡슐화 및 전송 기술

소넷, SDN, 광 전송 네트워킹(OTN) 또는 MPLS를 통해 이더넷 서비스를 전송하기 위해 이더넷 프레임을 다양한 유형의 전송 인프라로 캡슐화하는 많은 기술이 존재한다. 이를 통해 이더넷 사용자 데이터 및 헤더를 인프라별 프로토콜 데이터 단위에 맞게 조정할 수 있다. 네트워크 인프라를 통과한 후에는 이더넷 프레임의 캡슐화를 해제하고 네이티브 형식으로 대상에 전달할 수 있다.

• SONET/SDH/OTN

캐리어 인프라로 대중화된 1 계층 프로토콜은 많은 사업자 네트워크에서 캐리어 이더넷 서비스를 전송하는 데 사용되어 왔다. GFP(Generic Framing Procedure)와 같은 기술을 통해 이더넷 및 기타 클라이언트 프로토콜을 이러한 동기식 전송 인프라에 매핑할 수 있다. OTN은 여러 이더넷 회선 속도에 적합한 광 데이터 단위(ODU) 유형을 정의하여 투명하게 전송될 수 있도록 한다. 이 접근법은 이더넷 서비스가 동영상, 음성 및 FC(Fiber Channel)와 같은 다른 네이티브 서비스와 함께 이러한 인프라에서 다중화되도록 지원하는 동시에 이더넷 서비스가 급증한 경우에도 대폭적인 업그레이드를 방지한다. 또한 기본 1 계층 프로토콜에서 제공하는 50밀리초 이하의 복원으로 이더넷 서비스를 완전히 보호한다.

• 다중 프로토콜 라벨 스위칭

다중 프로토콜 라벨 스위칭(MPLS)은 코어 라우터 간에 패킷 기반 트래픽을 전송하기 위해 코어 네트워크에 널리 구축되었다. 다중 프로토콜 라벨 스위칭은 IP에 필요한 대부분의 주소 조회 절차를 단순화하고 TDM 전송 링크에서 패킷 기반 링크로의 전환을 가속화했다. 또한 다중 프로토콜 라벨 스위칭은 2계층 네트워크(L2VPN) 또는 3 계층 라우팅 네트워크(L3VPN)를 에뮬레이션하여 이더넷 프레임을 전송하는 데 사용되었다. 다중 프로토콜 라벨 스위칭은 빠른 복원 시간, 다중 서비스 다중화 및 효율적인 대역폭 엔지니어링을 지원하기 때문에 이 전송 방법이 점점 보편화되었다. 일부 사업자는 다중 프로토콜 라벨 스위칭 클라우드를 네트워크 종단부로 확장하기 시작했지만 프로토콜의 복잡성 및 특정 관리 도구의 부재가 주요 문제라는 것을 알았다.

• MPLS-TP/PBB/PBB-TE

최근에는 일부 다중 프로토콜 라벨 스위칭 구성을 단순화하고 사업자가 네트워크를 일상적으로 관리하는 데 필요한 관리 도구를 생선하기 위해 다중 프로토콜 라벨 스위칭-전송 프로토콜(MPLS-TP)이 고안되었다. 여기에는 연결 확인, 장애 모니터링, 대역 내제어/관리 등의 기능이 포함된다. QinQ 및 PBB 기술 덕분에 네트워크 사업자와 최종 사업자가 다루는 도메인을 구분할 수 있게 되었다. 이 두 기술은 브리징 기능을 단순화하고 브로드캐스트 스톰 및 네트워크 장애의 영향을 제한했다. 그러나 주요 사업자가 사용하는 전송 시스템의 기본 특성은 네트워크를 통과하는 패킷의 적절한 경로 선택과 관련이 있다. 대부분의 경우 연결 지향 경로가 선호되는데, 이는 특히 대규모 네트워크에서 안정적이고 예측 가능한 동작을 제공하기 때문이다. 프로바이더 백본 브리징-전송 엔지니어링(PBB-TE)과 다중 프로토콜 라벨 스위칭-전송 프로토콜은 알 수 없는 패킷의 플러딩 및 STP라는 개념을 제거하는 메커니즘을 제공한다. 대신 FIB테이블이 중앙화된 관리 또는 제어 엔터티에 의해 명시적으로 채워진다. 따라서 사업자는 예정된 경로를 생성할 수 있으므로 네트워크 동작을 완전히 예측할 수 있다. 이러한 프로토콜은 수십 년간 전송 네트워크에서 SONET/SDH가 프로비저닝된 것과 동일한 방식으로 서비스를 프로비저닝하는 추가적인 장점이 있다. SONET/SDH의 성공 덕분에 이 친숙한 운영 모델은 서비스 공급자에게 네트워크 활용을 극대화하고 전송 비트당 비용을 최소화할 수 있는 상당한 이점을 제공한다. 또한 잘못된 구성이나 프레임 누수가 최소화되고 네트워크의 일부로 국지화되기 때문에 보안이 증가한다.

복원성 강화를 위한 접근법

STP는 이더넷 네트워크에서 브리지 루프를 방지하기 위해 고안되었다.이러한 루프는 무한한 프레임 순환을 일으켜 기본 이더넷 플러딩 및 학습 알고리즘 내에서 총체적인 혼란을 야기할 수 있다. STP는 네트워크의 예비 링크가 링크 장애 시 자동으로 백업 링크가 되도록 허용한다. 이는 이론적으로 원활하게 작동하지만 이러한 장애가 발생한 경우 알고리즘의 통합이 느려지는 경향이 있다. 스패닝 트리의 크기에 따라 대략 수십 초 내지 몇 분이 지연될 수 있다. 이로 인해 트래픽이 손실되고 서비스 품질이 저하된다. 미국 전자전기학회(IEEE)는 이에 대한 대안으로 래피드 스패닝 트리(Rapid Spanning Tree) 및 멀티플 스패닝 트리(Multiple Spanning Trees) 등을 마련했다. 이러한 스패닝 트리는 통합 시간을 단축했지만 기존 SONET/SDH 네트워크에서 볼 수 있었던 50 밀리초 이하의 복원에 대한 기대를 여전히 충족하지 못한다. 또 다른 대체 복원성 기술은 여러 포트에서 여러 이더넷 물리적 미디어를 병렬로 사용하여 링크 이중화 및 가용성을 높이는 LACP(Link Aggregation Protocol, IEEE 802.3ad)를 활용하는 것이다. LACP는 단일 연결로 관리되는 장치 간의 보다 빠른 연결, 부하 공유 및 논리적 연결 내 개별 링크 간으 부하 분산을 지원한다. 링크 중 하나에서 장애가 발생한 경우 나머지 정상 링크를 통해 부분 연결성이 유지된다. 다만, 전체 대역폭 용량이 감소하기는 한다. 그러나 LACP 장애 조치 시간은 1초 이하일 수 있지만 이는 일반적인 전송 네트워크 사업자가 기대하는 기존 50밀리초 이하 벤치마크를 충족하지 못한다.

여러 접근법이 이더넷 서비스에 대한 이러한 보호를 제공할 수 있다. 하나는 이더넷 프레임을 SONET/SDH 또는 OTN 프레임에 매핑하는 것이다. 이더넷 PDU(프로토콜 데이터 단위)는 해당 SONET/SDH/OTN 프레임 구조에 클라이언트 프레임으로 매핑되고 이 TDM 인프라에서 투명하게 전송될 수 있다. 따라서 SONET/SDH/OTN 프로토콜에 내재된 기본(1 계층) 보호 메커니즘은 장애 시 50밀리초 이하의 보호를 제공할 수 있다. 프로바이더 백본 브리징-전송 엔지니어링(PBB-TE) 및 다중 프로토콜 라벨 스위칭-전송 프로토콜(MPLS-TP)과 같은 연결 지향 프로토콜을 사용할 경우 하나 이상의 보호 터널로 연결 지향 터널을 백업할 수 있다. 기본 터널에서 백업 터널로의 장애 조치는 누락 시 연결성 손실을 나타내는 하트비트를 통해 신호가 전달될 수 있다. 이 장애 조치는 전송 사업자들이 기대하는 예정된 50밀리초 이하에서 원활하게 실현될 수 있다. 하지만 또 다른 접근법에서는 링 기반 연결성 및 보호를 제공하는 ITU-TG.8032를 사용한다. ITU-TG.8032는 고유한 방식으로 루프를 방지하므로 루프 방지를 위해 STP에 의존하지 않는다. 링 기반 토폴로지는 특히 메트로 네트워크 시나리오에서 보편화된 기술이며, G.8032는 신속한 서비스 복원을 위한 간단하고 비용 효과적이며 확장 가능한 솔루션을 제공하는 이더넷 링 보호 기술로서, 적절한 비용으로 SONET/SDH 등급의 복원성을 제공한다. 또한 G.8032 기술을 통해 서비스 공급자는 네트워크의 미래 경쟁력을 보장함으로써 자본 지출을 크게 절감할 수 있다. G.8032 기술은 다음과 같은 이점을 제공한다.

• 접속, 메트로 및 코어 네트워크 세그먼트에서 링, 하위 링, 이러한 링 또는 하위 링 간의 여러 연결 등 유연한 구축 모델을 지원한다.
• 링을 통해 전송되는 모든 서비스 및 서비스 유형에 대해 예측 가능한 50밀리초 이하의 서비스 복원을 지원한다.
• 서비스 공급자의 SLA 요구(예: 장애, 성능 및 보호 허용 오차)를 충족한다.
• MPLS, MPLS-TP, VPLS, PBB-TE, PBB 등의 기존 네트워킹 솔루션과 연동할 수 있다.
• 여러 서비스 유형(예: ELINE, E-TREE 및 E-LAN) 및 주요 애플리케이션을 효율적으로 지원한다.
• 효율적인 리소스 대역폭 활용을 지원한다.
• 강제 스위칭 및 되돌리기 금지와 관련된 기존 전송 운영 절차를 지원한다.

운영관리 및 유지보수 기능

운영관리 및 유지보수(OAM) 기능은 오늘날의 네트워크에서 점점 캐리어 이더넷으로 대체되는 기존 TDM 기반 서비스의 특징이다. 따라서 이더넷 OAM은 올바른 기능 및 서비스 성능에 대한 가시성 및 확신을 제공하기 위해 이러한 기능을 갖추어야 한다. 왠을 통과하는 이더넷 서비스는 수백 내지 수천 킬로미터에 이를 수 있기 때문에 캐리어 이더넷의 서비스 관리 특성이 특히 중요한데, 이러한 기능은 이 특성을 실현하는 데 핵심적인 요소이다. 따라서 원래 랜 기술의 일부가 아니었던 장애 및 성능 관리 도구를 OAM 기능에서 제공할 수 있도록 최근에 다양한 OAM 도구 키트가 이더넷 프로토콜 표준에 추가되었다.

• 802.1ag CFM(Connectivity Fault Management)

미국 전기전자학회(IEEE)가 표준화한 표준으로, 네트워크 장애를 감지, 발견 및 분리하는 연속성 확인, 루프백 및 루프 추적 프로토콜을 지정한다. 이는 최종 사용자, 서비스 공급자 또는 사업자에 해당하는 여러 가지 유지 보수 도메인에 적용될 수 있다. 연속성 확인 메시지(CCM)는 네트워크 내 정의된 지점(종단점 또는 중간점) 간의 장애를 감지하는 데 사용될 수 있다. 마찬가지로, 루프백 메시지(LBM)는 특정 유지 보수 지점에 연결할 수 있는지 확인하는 데 사용되고, 링크 추적 메시지(LTM)는 장애가 발생한 곳을 분리하는 데 사용될 수 있다.

• Y.1731 OAM(Functions and Mechanisms for Ethernet-based Networks)

국제전기통신연합(ITU-T)가 표준화한 표준으로, 802.1ag와 거의 동일한 장애 관리 기능을 지원하지만 프레임 손실률(FLR), 프레임 지연 및 프레임 지연 변동(FDV)를 비롯한 성능 모니터링 도구를 추가한다. 이는 고객 SLA를 확인하고 고성능 서비스(예: VoIP, 동영상 전달 및 데이터 센터 상호 연결)를 지원하는 데 중요한 지표이다.

• 802.1ah EFM(Ethernet in the First Mile)

미국 전기전자학회가 표준화한 표준으로, 이더넷 액세스 링크를 모니터링하고 문제를 해결하는 메커니즘을 정의한다. 특히 검색, 원격
장애 표시, 로컬 루프백, 상태 및 성능 모니터링용 도구를 정의한다. 흔히 노드에서 복구 불가능한 지역 장애가 발생했음을 나타내는 메시지 업스트림을 신속하게 전송할 수 있는 다잉 개스프라는 특정 기능과 연관이 있다.

• RFC 2544/Y.1564(Ethernet Service Activation Test Methodology)

국제 인터넷 표준화 기구와 국제전기통신연합가 표준화한 표준으로, 두 표준 모두 서비스 설정 시 주요 서비스 특성을 확인할 수 있는 이더넷 관련 테스트 방법론을 정의한다. SLA에 중요한 처리량, 지연 시간, 지터 및 대역폭 프로파일 측정을 허용하기 위해 가상 테스트 생성기 및 반사기 기능을 정의한다. 생성기 기능은 네트워크에 주입되는 테스트 패턴을 생성하고, 반사기는 양방향 측정을 허용하도록 루프백을 생성한다. 두 표준이 서로 유사하지만 Y.1564가 보다 최근에 등장하고 향상된 표준이며, 최신 장비에 광범위하게 채택된다. 이러한 기능을 네트워크 요소에 기본 제공하거나 현장에서 사용되는 전용 테스트 장비에 통합할 수 있다.

• RFCs 4379, 6371, 6428(Label Switched Path Ping/TR + OAM Framework for MPLS‑based Transport)

국제 인터넷 표준화 기구(IETF)가 표준화한 표준으로, RFC 시리즈는 MPLS 수준에서 연결성을 확인하는 MPLS 관련 OAM 기능을 생성한다.(예: 경로 장래 또는 라벨 불일치 감지 및 분리) MPLS-TP는 경로를 모니터링하고, 결함을 식별하며, 중요 이벤트 발생 시 네트워크 관리 시스템(NMS)에 알리기 위해 이러한 기능을 도입했다.

• RFC 5357 TWAMP(Two-Way Active Measurement Protocol)

국제 인터넷 표준화 기구가 표준화한 표준으로, 기존 Ping/경로 추적 기능보다 정확한 타임스탬프 기술 및 TCP/IP로 양방향 성능 측정을 지원한다. 특히 TWAMP는 패킷 손실, 지연 시간, 지터, 중복 및 고장 시나리오를 측정할 수 있다.

• IEEE 802.1AB LLDP<(Link Layer Discovery Protocol)

미국 전기전자학회가 표준화한 표준으로, 이더넷 네트워크에서 네트워크 장치의 ID 및 기능을 발견하는 역할을 수행한다. 발견할 수 있는 저보로는 노드 이름, 포트 이름/설명, 가상랜 이름, 관리 IP 주소 및 기타 지원되는 시스템 기능이 있다. 그런 다음 네트워크 및 요소 관리 시스템에서 장치를 쿼리하여 정보를 노출하고 작업을 수행할 수 있다.

서비스 품질

이상적인 상황에서의 서비스 동작을 설명하는 것은 문제가 없다. 문제는 네트워크에 압박이 가해지는 경우에 발생한다. 예를 들어 인프라의 여러 섹션에 트래픽 부하가 가중되는 경우이다. 네트워크가 과도한 트래픽 부하에 반응하고 최종 사용자와의 계약 SLA를 유지해야 하는 상황을 처리하도록 설계되지 않은 경우에는 트래픽이 손실되고 과도한 지연이 발생할 수 있다. 기존 이더넷의 훕 간(hop-by-hop) 동작은 예측을 불가능하게 한다. 즉, 서비스 공급자가 네트워크에서 프레임의 이동 방식을 알지 못하기 때문에 트래픽 정체의 영향을 예측할 수 없다. 캐리어 이더넷 환경에서는 사용자 품질 및 트래픽 엔지니어링 기술(예: 연결 지향 이더넷에서 제송되는 기술)이 네트워크에서 SLA 매개 변수를 유지할 수 있도록 트래픽 스트림의 우선 순위 지정을 지원한다. 이는 CIR(Committed Information Rate), 프레임 손실, 지연 및 지연 변동 목표에 따라 종단 간 성능을 제공함을 의미한다. 네트워크에서 정체가 발생한 경우 이더넷 스위치는 대상에 전달되로공 예약할 수 있을 때까지 패킷을 큐에 저장해야 한다. 다양한 기술 및 접근법을 통해 우선 순위가 높은 프레임을 결정할 수 있지만 대부분 몇 가지 정책(트래픽 유형, SLA 등을 기반으로 함)에 따라 프레임을 분류해야 한다. 각 트래픽 유형이 별도의 큐에 저장된 다음 WRR(Weighted Round Robin), RAD(Random Aarly Discard), WFQ(Weighted Fair Queuing) 등의 예약 규칙에 따라 적절한 출력 포트에 예약된다.

따라서 서비스 공급자는 기업 및 가정용의 통합 네트워크에서 음성, 동영상 및 데이터에 대한 요구 사항을 충족할 수 있다. 서비스 품질 수준의 계층을 생성하면 서비스 수준 및 애플리케이션 수준 모두에 적절한 리소스를 제공할 수 있다. 예를 들어 주어진 고객 서비스 내에서 음성 동영상 및 HTTP 트래픽을 종단 간 지연 또는 대역폭 용량에 대한 애플리케이션 수요에 적합하게 구분하여 처리할 수 있다. 연결 지향 이더넷은 네트워크에서 프레임 경로를 지정하는 데 사용될 수 있기 때문에 서비스 공급자는 네트워크를 트래픽 엔지니어링하거나 대역폭을 예약하고 리소스를 큐에 지정할 수 있다. MPLS-TP 및 PBB-TE는 네트워크 용량을 과도하게 프로비저닝하지 않고도 대역폭 예약 및 고객 SLA를 충족하는 하드 서비스 품질을 제공한다.

확장성

다양한 도구 및 기술을 통해 캐리어 이더넷 공급자는 효율적이고 복원성이 뛰어나며 관리하기 쉬운 견고한 인프라를 구축할 수 있다. 프로토콜 수준의 확장성 문제는 대부분 큐인큐, PBB, 계층적 서비스 품질 및 연결 지향 이더넷 기술과 같은 기술을 통해 해결되었다. 캐리어 이더넷은 주소-공간 제한 문제가 없으므로 오늘날의 실리콘 기술에 대한 제한 요소가 아니다. CPU 소비가 심한 기능은 제한 요소일 수 있지만 오늘날의 확장 제한은 캐리어 이더넷 서비스의 신속한 구축을 방해할 수 있는 운영 절차 및 인적 요소와 관련이 있다. 이러한 문제를 위해 서비스 활성화 및 지속적인 관리에 자동화, 스크립트로 작성된 절차, 소프트웨어 기반의 지능형 정책을 사용하는 새로운 세대의 네트워크가 등장하고 있다. 예를 들어 완전 자동화 프로비저닝(ZTP)과 같은 기술은 비용이 많이 드는 현장 파견 없이 짧은 기간에 수천 대의 스위치와 관련 서비스를 구축할 수 있도록 해준다. 스위치는 절차에 따라 전원이 켜지면 네트워크에서 자체를 식별하고, 보안 서버에서 최신 구성 및 서비스 특성을 다운로드하며, 수초 내에 온라인 상태로 전환한다. 최신 클라우드 기반 애플리케이션의 동적 특성과 일치하는 서비스 수준 및 주문형 서비스를 생성하여 캐리어 이더넷 네트워크에서 가능한 서비스 옵션 몽록에 SDN이 추가되었다. 이러한 자동화되고 창의적인 서비스 구성의 예로는 주문형 대역폭, 경로 최적화, 네트워크 조각 모음 등이 있다. 각 구성은 서비스 공급자에게 중대한 운영 문제를 방지함으로써 향후 네트워크 확장의 장애물을 제거한다.

메트로이더넷포럼

메트로이더넷포럼(MEF, Metro Ethernet Forum)은 주로 기업 랜을 연결하는 데 사용되는 광 기반 대도시 통신 사업자 캐리어 이더넷을 위한 새로운 표준 세트 개발에 대한 네트워킹 산업 공급체들의 요구에 따라 2001년 설립되었다. 메트로이더넷포럼의 활동 범위는 여러 해를 거치면서 초기에 중점에 둔 메트로 네트워크를 넘어 자연적으로 전 세계로 진화했지만 회선 속도가 증가하고 기능이 추가됨에 따라 여전히 캐리어 이더넷 표준을 개발하고 수정하는 데 매우 활발히 참여하고 있다. 또한 메트로이더넷포럼은 표준 준수를 보장하기 위해 캐리어 이더넷 제품 및 서비스에 대한 인증 프로그램을 제공한다. 마지막으로 메트로이더넷포럼은 캐리어 이더넷 제품 및 서비스를 지원하기 위해 지식과 기술을 확장하려는 네트워킹 전문가들을 위한 인증 프로그램을 제공한다. 메트로이더넷포럼의 사명은 ‘전 세계의 캐리어 등급 이더넷 네트워크 및 서비스 도입을 촉진’하는 것이다. 메트로이더넷포럼은 다음 4개의 상임 위원회에서 감독하는 네 가지 특정 활동 목표를 통해 이러한 사명을 추진한다.

• 기술 위원회 : 캐리어 이더넷 하드웨어 및 소프트웨어의 상호 운용성을 보장하는 구조와 캐리어 이더넷 서비스에 대한 기술 사양 및 구현 프로세스를 개발한다. 메트로이더넷포럼 기술 위원회는 캐리어 이더넷 상호 운용성 및 구현과 관련된 50여 가지의 사양을 지속적으로 개발하고 관리한다. 이러한 사양은 대부분 메트로이더넷포럼의 지속적인 캐리어 이더넷 사양 및 표준 개선의 일부로 두 번째 또는 세 번째 되풀이되고 있는 상태이다.

• 인증 위원회 : 캐리어 이더넷 관련 하드웨어, 소프트웨어, 서비스 및 네트워킹 전문가를 위한 인증 프로그램을 개발한다. 메트로이더넷포럼 인증 위원회는 메트로이더넷포럼 기술 위원회에서 개발한 장비 및 서비스 사양에 따라 캐리어 이더넷 테스트를 관리한다.

• 서비스 운영 위원회 : 캐리어 이더넷 서비스 구매, 판매, 전달 및 관리에 대한 표준화된 프로세스를 개발한다. 메트로이더넷포럼 서비스 운영 위원회는 이 중요한 업무를 이행하기 위해 2013년에 구성되었다.

• 마케팅 위원회 : 캐리어 이더넷 사용 사례 연구, 마케팅 자료, 오디오 및 비디오 클립, 메트로이더넷포럼의 목표를 명확히 전달하는 백서 등의 개발을 통해 이해 관계자들을 교육하고 메트로이더넷포럼의 인지도를 높인다. 메트로이더넷포럼 마케팅 위원회는 캐리어 이더넷 사양과 메트로이더넷포럼의 활동에 대해 이해 관계자들을 교육하는 캐리어 이더넷 온라인 세미나, 동영상 및 회의를 주관한다.

메트로이더넷포럼의 중요한 초기 업적 중 하나는 캐리어 이더넷 서비스 및 특성을 설명할 때 사용되는 어휘를 파악하여 공식화하는 것이었다. 예를 들어 ‘캐리어’ 또는 ‘캐리어 등급’ 이더넷이 정확히 무엇인지 또는 서비스 품질, 안정성 등의 측면에서 제공해야 하는 것이 무엇인지에 대한 많은 정의가 있었다. 메트로이더넷포럼이 정의한 캐리어 이더넷의 다섯 가지 특성은 다음과 같다.

• 표준화된 서비스 : 매체와 인프라에 독립적인 표준화된 플랫폼을 통해 지역적 또는 전 세계적으로 제공 가능한 서비스를 제공한다. 메트로이더넷포럼에서는 이러한 서비스로 이더넷-라인(E-Line) 서비스, 이더넷-랜(E-LAN) 서비스, 이더넷-트리(E-Tree) 서비스 등 세 가지 유형의 서비스를 정의하고 있다. 이러한 서비스를 지원하기 위해 고객의 랜 장비 또는 네트워크를 변경하는 경우는 없어야 하고, TDM 트래픽 또는 시그널링과 같은 기존 네트워크를 수용할 수 있어야 한다. 표준화된 서비스는 음성, 영상, 데이터가 융합된 네트워크에 적용 가능하고, 고객에게 다양하고 세분화된 대역폭 및 서비스 품질을 제공한다.

• 확장성 : 수많은 고객들에게 음성, 영상, 데이터를 포함한 광범위한 비즈니스, 정보통신, 엔터테인먼트 애플리케이션을 위한 네트워크 서비스를 제공한다. 서비스 제공자에 의해 구축된 다양한 물리적 인프라를 통해 액세스 및 메트로 구간부터 국가 또는 전 세계까지 서비스를 제공하고, 1Mbps에서 10Gbps 이상까지 세분화된 대역 증감폭으로 대역폭을 지원한다.

• 안정성 : 링크 또는 노드에 문제 발생시 고객에게 영향을 주지 않고 이를 찾아내고 복구하는 기능을 제공함으로써, 가장 중요시하는 서비스 품질 및 가용성에 관한 요구사항을 충족시킨다. 네트워크 문제 발생시 SONET/SDH 수준인 50ms 이하의 빠른 복구 시간을 제공한다.

• 서비스 품질 : 다양하고 세분화된 대역폭과 서비스 품질 옵션을 지원하고, 비즈니스 및 레지덴탈 네트워크상에서 음성, 영상, 데이터에 요구되는 종단간 성능을 전달하는 서비스 수준 협약(service level agreement)을 제공한다. 인정 정보 속도(committed information rate), 프레임 손실, 프레임 지연, 프레임 지연 편차 특성을 기반으로 하는 종단간 성능을 제공하는 서비스 수준 협약을 통해 프로비저닝을 제공한다.

• 서비스 관리 : 특정 업체와 무관한 표준 기반의 방식으로 네트워크를 감시하고(monitor), 진단하고(diagnose), 관리하는(manage) 기능을 제공한다. 기존 서비스 제공자 모델과 통합될 수 있는 캐리어급의 OAM 성능을 지원하고, 기존 서비스와 비교할 수 있는 빠른 서비스 프로비저닝을 제공한다.

이더넷 서비스로 적합한 것을 설명하는 기본 어휘를 넘어 실제 서비스 정의와 해당 특성은 각 서비스의 명칭과 동장 방식을 훨씬 명확하게 정의한다. 처음부터 메트로이더넷포럼은 구체적인 구현 정보의 기술을 피하고 이를 공급업체와 사업자들에게 맡기려고 애써 왔다. 메트로이더넷포럼의 주요 역할은 이더넷 서비스의 동작 방식과 이를 구축, 운용 및 구매/판매하는 데 필요한 특성에 대한 업계의 공감대를 형성하는 것이었다. 메트로이더넷포럼 인증은 메트로이더넷포럼 서비스 도입의 위험을 줄이고 전체 통신 서비스 스펙트럼에서 균일한 사용을 촉진하기 위한 것이다. 이더넷 도입의 영향 요소에는 기업, 가정 및 무선 트래픽을 결합하여 규모의 경제를 실현하는 통합 네트워크를 구현함으로써 캐리어 네트워킹 비용을 절감하기 위한 노력이 포함된다. 기업 및 기타 네트워크 사업자도 이더넷이 캐리어 네트워크 통합을 지원하는 것과 동일한 방식으로 기업 네트워크를 통합하여 비용을 크게 절감할 수 있다.

표준

메트로이더넷포럼 이더넷 서비스 모델은 다양한 캐리어 이더넷 서비스를 조합하는 데 사용되는 일련의 구성 요소를 정의한다. 예를 들어 사용자 네트워크 인터페이스는 공식적으로 해당 특성(고유 ID, 물리적 계층 유형 등)과 함께 정의된다. 또한 이더넷 가상 연결(EVC, Ethernet Virtual Connection)은 가상랜 태그 유지, 서비스 등급(CoS) 유지 및 여러 가지 성능 특성과 같은 특성으로 정의된다. 이더넷 가상 연결을 통해 두 사용자 네트워크 인터페이스를 연결하려면 이더넷 가상 사설 회신 데이터 서비스(E-Line) 서비스 유형이 생성된다. 이러한 방식으로 구성 요소를 사용할 경우 서비스 공급자는 일관성 있고 표준화된 명명법을 사용할 때와 마찬가지로 구매자와 판매자가 이해할 수 있는 다양한 캐리어 이더넷 서비스 세트를 구성할 수 있다. 또한 메트로이더넷포럼 문서에서는 사업자와 서비스 공급자를 구분한다. 사업자는 캐리어 이더넷 네트워크를 관리하지만 다른 사업자에게 서비스를 판매한다. 반면, 서비스 공급자는 최종 사용자에게 서비스를 판매한다. 경우에 따라 이들을 각각 도매업체와 소매업체라고도 한다. 이더넷 가상 연결과 비교한 운영 가상 연결(OVC, Operator Virtual Connection)의 공식 정의는 외부 네트워크 투 네트워크 인터페이스(ENNI, External Network-to-Network Interface)를 정의하는 MEF 26.1과 OVC를 정의하는 MEF 51에 표현되어 있다. 이러한 추가 구성 요소를 통해 캐리어 이더넷 메뉴에서 창의적이고 유연한 서비스를 제공할 수 있다.

서비스

메트로이더넷포럼 활동의 궁극적인 장점은 인증 프로그램과 관련이 있다. 캐리어 이더넷 장비와 서비스 모두 수백 가지의 테스트 사례를 사용하는 타사 기술 평가에 따른 다양한 사양을 준수하는 것으로 인증될 수 있다. 공급자는 자사 서비스를 인즈함으로써 표준 준수 서비스 제공에 대한 약속과 이러한 약속을 중립 기관에 검증하겠다는 의지를 보여 주는 등 여러 가지 목표를 성취할 수 있다. 고객이 최종 사용자든 다른 사업자든 상관없이 인증된 서비스를 구매하고 판매하면 복잡한 일대일 계약 협상을 피할 수 있다. 필수는 아니지만 사업자 간의 REF(Requests for Proposal)에 인증이 요청되는 경우가 증가하고 있다. 장기적인 비용 방지 즉, 맞춤형 서비스에서 발생하는 비용 및 시장 출시 시간 면에서 상당한 장점이 있다. 구매자와 판매자는 업계에서 인정된 메트로이더넷포럼 서비스 정의 및 관련 특성을 사용하여 요구 사항을 신속하게 식별함으로써 비즈니스를 빠르고 효율적으로 진행할 수 있다. 서비스 수준 인증을 달성하는 방법 중 하나는 서비스 수준에서 사용되는 것과 동일한 테스트 절차를 사용하여 장비에 대한 인증을 획득한 시스템 공급자와 협력하는 것이다. 메트로이더넷포럼를 통해 이러한 협업이 쉬워지면서 업계에서 점점 보편화되고 있다.

향후 전망

이미 미국 전기전자학회는 데이터 센터, 기업 및 사업자 환경의 요구를 지원하기 위해 미래의 데이터 속도를 연구하고 있다. 이 로드맵에는 끊임없이 증가하는 동영상 기반 및 클라우드 호스팅 애플리케이션 도입을 지원하기 위한 시장 수요에 따른 데이터 속도가 포함된다. 몇 가지 비전통적인 속도가 계획되어 있다. 이는 데이터 센터 및 기업 시나리오 내의 증가하는 사용에 따른 비용 요소 및 특정 시나리오를 대상으로 한다.

관련 이더넷 개발

캐리어 이더넷 개발에 중점을 두었지만 이더넷은 오디오-영상부터 산업용 및 군사용 애플리케이션까지 다양한 영역에 적용되도록 진화해 왔다는 점을 기억해야 한다. 이러한 애플리케이션은 종종 프로토콜의 변화를 수반하지 않지만 기본 표준에서 제공하는 기본 네트워크 연결성을 능가하는 특정 기능을 추가할 수 있다. 기업 및 서비스 공급자자의 경우 PTD(Precise Timing Distribution)와 PoE(Power over Ethernet)의 두 가지 이더넷 확장이 특히 유용하다.

• PTD(Precise Timing Distribution)

2G에서 3G 모바일 네트워크로 전환되기 시작하면서 캐리어 이더넷은 셀 기지국을 이동 전화 교환국에 연결하는 유망한 접근법이 되었으며 점점 보편화되고 있다. 이전의 백홀 기술은 기지국에 대한 연결성 및 정확한 타이밍 참조를 둘 다 제공했으며, 기지국은 이 정보를 사용하여 기지국 간의 통화 핸드오프 및 통화 간의 스펙트럼 조정과 같은 주요 기능을 동기화했다. 예를 들어 SONET/SDH는 이전에 널리 사용되던 백홀 기술이었다. 이는 동기화 프로토콜이기 때문에 동기화 목적으로 적절한 타이밍 정보를 셀 기지국에 전달할 수 있었다. 하지만 백홀에서 이더넷(비동기식 패킷 기술)으로의 전환에 따라 몇 가지 다른 방식으로 동기화 정보를 분산해야 한다. 일부 지역에서는 이 목적으로 GPS 장치가 사용되었지만 이는 비용이 많이 드는 옵션이므로 사업자들은 다른 접근법을 추구했다. 동기화 이더넷(SyncE)은 이더넷의 물리적 계층 클로킹을 사용하여 주파수 동기화를 제공하는 ITU-T(International Telecommunications Union-Telecommunication Standards Bureau) 프로토콜이다. 위상 및 하루 중 시간도 필요한 최신 4G 네트워크에서는 PTP 또는 IEEE 1588v2를 사용할 수 있다. 실제로 GPS, 동기화 이더넷 및 1588v2의 조합은 애플리케이션 및 사업자 선호도에 따라 보편적이지 않다.

• PoE(Power over Ethernet) : 이더넷 케이블을 사용하여 주변 장치(프린터, 스캐너 등)에 전력을 공급하는 방식은 소비자 환경에서 비롯되었지만 곧 기업 및 캐리어 네트워크에서도 발견되었다. 전력과 데이터가 동일한 케이블에서 전송되므로 카메라, 무선 라디오 및 이와 유사한 장치에 비용이 많이 드는 전용 전원이 필요 없다. IEEE 802.3at는 최대 100미터 거리에서 최대 25 와트의 전력을 공급한다.

소프트웨어 정의 네트워킹과 네트워크 기능 가상화

SDN의 등장으로 특히 데이터 센터 맥락에서 네트워크 운영 방식을 다시 생각할 새로운 기회가 마련되었다. 네트워크 사업자는 네트워크를 보다 효율적이고 비용 효과적으로 실행할 수 있는 새로운 중앙화된 제어 메커니즘을 제안했다. 이전에는 STP와 같은 분산된 제어 평면에서 수행되었다. 오픈플로우(OpenFlow)와 같은 프로토콜은 중앙화된 알고리즘에서 최적으로 간주하는 알고리즘을 기반으로 라우터 및 스위치 내의 전달 테이블을 프로그래밍하도록 지원한다. NETCONF 인터페이스 프로토콜과 함께 사용되는 모델링 언어는 애플리케이션에서 쉽게 감시 및/또는 제어할 수 있도록 네트워크 내 하드웨어 및 소프트웨어 엔터티에 대한 개방형 인터페이스 생성을 허용한다. 이는 향후 몇 년 이내에 시장에서 혁명을 일으킬 수 있는 수준으로 네트워크를 혁신한다. 또한 NFV 개념에 따라 이전의 어플라이언스 기반 애플리케이션(예: 라우터, 방화벽 및 부하 분산 장치)을 소프트웨어에 구현하고 데이터 센터에 구축하여 하드웨어, 관련 구축 및 지속적인 유지 보수 비용을 절감할 수 있다. 이제 기업과 통신 사업자 모두 SDN과 NFV를 활용하여 비용을 절감할 뿐만 아니라 가까운 미래에 전례없는 수준으로 혁신할 수 있다.

참고자료

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같이 보기

• 이더넷
• 허브
• 스위치

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