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20151030 jun lee_vnf 의 reliabilityavailability 제공을 위한 방법 (최종)
- 2. © PIOLINK, Inc. SDN No.1
Contents
Protection Schemes
- State Protection Mechanism
- Failure Detection Mechanism
- Fault Localization Mechanism
- Failure Isolation Mechanism
- Remediation Mechanism
- Recovery Mechanism
VNF Protection Schemes
- Active/Standby Method
- Active/Active Method
- Load Balancing Method
References
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- 4. © PIOLINK, Inc. SDN No.1
Protection Schemes 정의
Network Function 에서 사용하는 Protection Schemes
- Protection Scheme 은 Network Function 에 Reliability 나 Availability 보장을 위해 구현되는 Mechanism 을 의미함
- Application 또는 Infrastructure 등 Protection Scheme 이 구현되는 Level 에 따라 다음 6가지 Mechanism 으로 구분
• State Protection Mechanism
• Failure Detection Mechanism
• Fault Localization Mechanism
• Failure Isolation Mechanism
• Remediation Mechanism
• Recovery Mechanism
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- 5. © PIOLINK, Inc. SDN No.1
Protection Schemes 의 종류 (1)
State Protection Mechanism
- Application 내부나 Infrastructure 레벨에서 구현 가능 함
- State Protection Mechanism 의 대표적인 형태는 Check Pointing 임
- Check Pointing 이란!?
• Failure 발생 시 Normal 상태로 복구를 위해 Network Function (Application Process) 의 State 를 주기적으로 저
장하는 동작을 의미함
- NFVI 레벨에서 State Protection Mechanism 을 제공 할 경우 Storage Service (Block Storage and/or database
services)를 이용하여 VM State Check Pointing 을 수행 함
• NFVI 에 State Information 저장을 위한 저장소가 위치 함
• Application 에서 State Externalization 을 수행하기 위해서는 NFVI 에서 제공하는 Redundant connection
Channel 이나 Storage 가 필요 함
- Application 레벨에서 State Protection Mechanism 을 제공 할 경우 Application 내부 프로세스 간 내부/직접 연결
을 통해 Check Pointing 을 수행 함
• Application 내부에 State Information 저장을 위한 저장소 가 위치 함
• 일반적으로 NFVI 의 Reliability 가 낮을 경우 Application 레벨에 State Protection Mechanism 을 직접 구현 함
(VNF 상에 State Protection Mechanism 을 구현)
• Application 프로세스 간 Check Pointing 수행을 위해 NFVI 에서 Network Domain 형태로 제공하는 Check
Point Channel 이 필요 함
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- 6. © PIOLINK, Inc. SDN No.1
Protection Schemes 의 종류 (2)
Failure Detection Mechanism
- Application 내부나 Infrastructure 레벨에서 구현 가능 함
- Traditional 시스템은 Hardware 자원으로 직접 접근 (Direct Access) 를 통해 Failure Detection Mechanism 을 구현
하였음
- Traditional 시스템은 Device Driver Layer 에서 다양한 Detection Mechanism 을 구현 하였음
- 하지만 NFV 시스템의 경우 Traditional 시스템과 같은 접근 방법이 적용 불가능 함
• VNF (Application 프로세스) 가 기반으로 있는 Hardware 자원으로 부터 Decoupled 되어 있음
• Hardware 자원으로 직접 접근 은 Hypervisor 에 의해 Encapsulated 되어 있음
• Hardware 자원은 많은 VNF 들 사이에 공유 되어 짐
- Hardware 자원이 Abstract 되어 있는 NFV 시스템의 특징 때문에 VNF Application 의 Failure Detection 의 설계 시
Traditional 시스템과 다른 접근 방법을 가져야 함
- VNF 가 기반이 되는 Hardware 자원의 Failure Detection 이 필요 할 경우 NFVI 에서 제공하는 Failure Notification
에 대한 Subscribe 를 직접 수행 해야 함
• VNF 가 Failure Notification 에 대한 Subscribe 를 할 경우 NFVI 는 Failure 발생 시 표준화된 방법에 의해 정보
를 제공 함
- VNF/VNFC Instance 내부 적으로 Failure Detection Mechanism 이 필요 함
• Application Design 시 고려 해야 함
• e.g. VNFC Internal Health Monitoring Mechanism
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Protection Schemes 의 종류 (3)
Fault Localization Mechanism
- Fault Localization Mechanism 이란 Failure Isolation 과 Remediation Action 을 수행하기 위한 범위를 결정하는
Mechanism 을 의미 함
- Hardware Failure Detection 시 NFVI 레벨에서 Localized 됨
- Application Failure Detection 시 Application 레벨에서 Localized 됨
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Failure Isolation Mechanism
- Failure Isolation Mechanism 이란 Failure 가 발생한 Component Boundary 를 벗어나 번지는 것을 막는
Mechanism 을 의미 함
- e.g. Failure 가 번지는 것을 막기 위해 Node 의 전원을 끄거나, 네트워크 레벨에서 Isolation 을 수행 함
- 일반적으로 Failure Isolation Mechanism 은 Infrastructure 레벨에서 구현되어 지며 Application 에게 숨겨져 있음
- 8. © PIOLINK, Inc. SDN No.1
Protection Schemes 의 종류 (4)
Remediation Mechanism
- NFV 시스템도 Traditional 시스템의 Remediation Mechanism 과 비슷하게 구현 됨
- NFV 시스템의 Remediation Mechanism 의 경우 Application Component 의 Redundancy Model 이나 State
Protection Mechanism 에 의해 결정 됨
- NFV 시스템에서 Remediation Mechanism 은 Redundancy Mechanism 과 Failure 발생 시 수행하는 Remediation
Action 을 경정하는 Decision Logic 으로 구성 됨
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Recovery Mechanism
- NFV 시스템에서 Recovery Mechanism 은 Infrastructure Operator 와 해당 Service 에 의해 제공되어야 함
- Recovery Mechanism 의 범위는 Application 에 의한 Failure 외의 모든 범위를 포함하고 있음 (Outside of the
scope of the VNF application VNF Design)
- Traditional 시스템의 Recovery Mechanism 은 NFV 시스템에 적합하지 않으며, 새로운 환경에 적합한 New
Recovery Model 이 필요 함
- 10. © PIOLINK, Inc. SDN No.1
VNF Protection Schemes
ETSI NFV 에서 정의하는 VNF Protection Schemes
- VNF 에서 장애 발생 시 대응하기 위한 모델을 의미 함
- VNF Protection Scheme 은 VNF 의 Reliability 향상을 목표로 함
- ETSI GS REL 003 V<0.3.0> (<2015-08>) 문서에는 VNF Protection Scheme 으로 다음 3가지 Method 를 제안하
고 있음
• Active/Standby Method
• Active/Active Method
• Load Balancing Method
- Traditional 시스템 에서 사용하는 Active/Standby, Active/Active, Load Balancing Method 를 NFV 환경에 알맞게 변
경하여 적용 하였음
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- 11. © PIOLINK, Inc. SDN No.1
Active/Standby Method
Active/Standby configuration of VNFs in the NFV architecture
- 2N Redundancy Model (N=1),
- Traditional Environment 의 Active/Standby Method 와 비교 했을 경우 VNF 가 External Network 의 Client 와 NFVI
를 통해 연결 된 다는 점을 고려하여 Traditional 시스템과 다른 Active/Standby 설계가 필요 함
- Active VNF 와 Standby VNF 는 서로 다른 Compute domain 에 위치 해야 함 (Anti-Affinity Rule 적용)
- 아래 그림은 NFV Architecture 에서 VNF 의 Active/Standby Configuration 을 의미 함
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- 12. © PIOLINK, Inc. SDN No.1
Active/Standby Method: Recovery and Remediation Phase
Active/Standby failover in the Virtualized Environment
- 아래 그림은 Virtualized Environment 에서 Active/Standby Method 의 Recovery and Remediation Phase 를 의미
- Active VNF 에서 장애 발생 시 Standby VNF 를 통해 서비스 제공 함
- Active/Standby Configuration 시 External CP 와 Internal CP 의 Mapping 을 통해 Service Traffic 제어 함
- Virtual Router 상에서 External CP 와 Internal CP 의 Mapping 은 NFV-MANO 에서 수행 함
- Failover Mechanism 수행을 위해 Standby VNF 에서 Active VNF 에 대한 주기적인 Health check 가 필요 함
• NFV-MANO 가 주기적인 Heath Check 를 수행하는 Design 도 가능 함
- 13. © PIOLINK, Inc. SDN No.1
Active/Standby Method: Recovery and Remediation Phase
A Failover procedure of VNFs in the active/standby configuration
- Standby VNF 에서 Active VNF 로 Health Check (Heartbeat Mechanism)를 수행
- Active VNF 에서 응답이 없을 경우 Standby VNF 는 NFV-MANO 로 Fault 를 Notify 함
- NFV-MANO 에서는 CP Re-Mapping 을 통해 Service Traffic 을 Standby VNF 로 흐르도록 함
- Active VNF 에서 장애 발생 시 Standby VNF 를 통해 지속적인 서비스 제공이 가능 하도록 Active VNF 에서
Standby VNF 로 주기적인 State Replication 이 필요 함
- CP Mapping 을 변경하는 시간이 시스템의 Availability 측정에 영향을 끼침
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- 14. © PIOLINK, Inc. SDN No.1
Active/Standby Method: State Protection
Stateful VNFs with internal storage for states in the active/standby configuration
- Failover Mechanism 을 지원하기 위해 시스템의 CP Mapping 외에 시스템의 State Information Consistent 가 필요
함 (Standby 상태의 VNF 가 Active 상태로 변경 되었을 경우 지속적인 서비스 제공이 가능 하도록 State
Replication 을 수행 함)
- 아래 그림은 Active/Standby Method 로 구성된 VNF 간 State Replication 을 의미 함
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- 15. © PIOLINK, Inc. SDN No.1
Active/Standby Method
A failover procedure of VNFs synchronizing state information in the active/standby
configuration
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각 VNF 는 Health Check 를 하며, State Information 을 동기화 함
Active 상태의 VNF 에서 Failure 가 발생할 경우, NFV-MANO 는 Standby 상태의 VNF 를 Active 로 변경 함
- 16. © PIOLINK, Inc. SDN No.1
Active/Active Method
Active/Active configuration of VNFs in the NFV architecture
- 동일한 Service 를 제공하는 두 개의 VNF (Virtual Network Function) instance 가 Active 상태로 구성 되어 있음
- N-way active redundancy model (N=2)
- 각각의 VNF 들은 서로 다른 Compute domain 에 위치 해야 함 (Anti-Affinity Rule 적용)
- State Protection
• 두개의 VNF Instance 모두 Active 상태 (Standby VNF 가 존재하지 않음) 기 때문에 State Protection 을 위해
NFVI 에서 제공하는 Storage 를 사용 함
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- 17. © PIOLINK, Inc. SDN No.1
Active/Active Method: Recovery and Remediation Phase
An example of active/active method in the NFV environment
- 아래 그림은 Virtualized Environment 에서 Active/Active Method 의 Recovery and Remediation Phase 를 의미 함
- Active/Active Method 에서는 Active/Standby Method 와 같이 NFV-MANO 가 CP-Mapping 에 대해 Re –
configuration 할 필요가 없음
- External Network 에 존재하는 Client 가 우선적으로 VNF#01 을 통해 서비스를 요청하고, VNF#01에서 응답이 없
을 경우 VNF#02 로 목적지 주소를 변경 함
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- 18. © PIOLINK, Inc. SDN No.1
Active/Active Method: State Protection
Stateful VNFs with external storage for states in the active/active configuration
- Failover Mechanism 을 지원하기 위해 시스템의 State Information Consistent 가 필요 함
- 두개의 VNF 모두 Active 상태이기 때문에 NFVI (Infrastructure) 에서 제공하는 Storage 를 사용하여 State
Information Consistent 를 수행 함 (State Externalization)
- 아래 그림은 Active/Active Method 로 구성된 VNF 간 State Replication 을 의미 함
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- 19. © PIOLINK, Inc. SDN No.1
Load Balancing Method
Load Balancing configuration of VNFs in the NFV architecture
- Cloud 환경에서 Load Balancer 가 VNF 의 앞 쪽에 위치한 형태 임
- Service Traffic 들은 Load Balancer 를 통해 VNF 들로 분산 처리 됨
- N-Way Redundancy Model
- 아래 그림은 Virtualized Environment 에서 Load Balancing Method 를 의미 함
- Virtualized Environment 에서 Load Balancing Method 사용 시 두 가지의 State Protection Mechanism 이 가능 함
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- 20. © PIOLINK, Inc. SDN No.1
Load Balancing Method: Recovery and Remediation Phase
A failover procedure of VNFs synchronizing state information in the Load Balancing
configuration
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- 21. © PIOLINK, Inc. SDN No.1
Load Balancing Method: State Protection
State Information 을 Externalization 하는 방법
- 아래 그림은 NFVI 에서 제공하는 Storage 에 Storage Information 을 저장하는 방법
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- 22. © PIOLINK, Inc. SDN No.1
Load Balancing Method: State Protection
Peer Mate 간 State Information 을 공유 하는 방법
- 아래 그림은 VNF 간 Peer Mate 를 정해 State Information 을 저장 하는 방법을 의미 함
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- 24. © PIOLINK, Inc. SDN No.1
References
ETSI GS REL 003 v <0.3.0> (<2015-08>), Reliability; Report on Models and Features for E2E Reliability
24
![[Network Functions Virtualization]
VNF 의 Reliability/Availability 제공을 위한 방법
2015. 10. 30
㈜파이오링크
SDN개발실 이준 (jun.lee@piolink.com)](https://image.slidesharecdn.com/20151030junleevnfreliabilityavailability-151030024648-lva1-app6892/85/20151030-jun-lee_vnf-reliabilityavailability-1-320.jpg)
