[컴퓨터 네트워크] - Network Layer_Generalized Forwarding

 이전 정리글까지는 IPv4, IPv6의 datagram 포맷, IP 프로토콜 동작 방식, 그리고 routing과 forwarding에 대해서 알아보았다.

 

 이전에는 각 라우터가 forwarding을 할 때, forwarding table을 참고해 목적지 IP 주소에 따라 패킷을 forward는 방식인 destination-based forwarding을 중심으로 정리했다.  이번 정리글에서는 조금 더 일반화된 forwarding 방식을 정리해보려고 한다.

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1. Flow table

 Generalized Forwarding은, 기존의 destination-based forwarding 방식과는 조금 다른 아이디어를 가지고 있다.

• IP주소뿐만 아니라 다른 헤더 필드도 action을 결정할 수 있다.
• forwarding 말고도 많은 action들 이루어진다. drop/copy/modify/log packet
• 라우터의 flow table(많은 헤더 필드 value에 의해 결정됨)을 match+action 규칙으로 만든다.

 기존의 destination-based forwarding은 단순히 IP 주소가 match되면, forwarding하는 action을 취하는 방식이었다. 그렇지만, generalized forwarding은 match와 action을 조금더 확장해, match에 IP 주소 뿐아니라 여러 헤더의 field값을 조합하고, drop,forward,copy,modify 등 action을 다양화시킨 것이다.

 

  다음 그림을 살펴보자.

한 라우터에서의 flow table을 나타낸 것인데, flow table에 왼쪽의 파란 부분은 match, 초록 부분이 action 부분이다.

 

flow table의 첫째줄 부터 차례대로 살펴보면,

1. src = *.*.*.* 이고 dest = 3.4.*.*로 match되면, 2번 ouput port로 forward(2)하라는 action을 취하라는 것이다.
2. src = 1.2.*.*이고 dest = *.*.*.*로 match되면, 즉, 1.2로 시작하는 IP주소로부터 패킷이 온다면, drop이라는 action을 취하라는 것이다.
3. src=10.1.2.3이고 dest=*.*.*.*로 match되면, controller로 보내라는 것이다.                                                                    이때, 10.0.0.0/8은 앞서 NAT의 local network의 private IP 주소였다. 따라서 이런 src로 부터 패킷이 오면 이상함을 감지하고 controller로 보내 처리해달라는 것이다.

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2. OpenFlow

 OpenFlow는 flow table을 위한 표준이다. Open이기 때문에 모두에게 열려있는 표준이다. 다음 그림을 한 번 살펴보자.

 먼저, Match 부분부터 살펴보자.

• Ingress Port : 어느 포트로 들어왔는지에 대한 필드이다.
• Src MAC~VLANPri : 2계층의 MAC 주소, VLAN ID, VLAN 우선순위 등
• IPSrc~IPToS : 3계층의 IP 주소 및 ToS
• TCP/UDP Src Port, TCP/UDP Dst Port : 4계층의 포트 번호 정

그 다음 Action 부분을 살펴보자.

1. 패킷을 output port로 Forward하라는 action이 명시되어 있다.
2. 패킷을 Drop하라는 action이다.
3. 헤더 필드를 Modify하라는 action이다. 주로, NAT에서 주소를 맵핑하고 바꿔줄 때 사용한다.
4. Encasulate하고 controller로 Forward하라는 action이다.

마지막으로 Stats 부분인데, 이 부분은 Packet + byte counters로 이루어져 있다. 이 부분은 Drop 시킨 패킷이 얼마나 될지를 기록하기 위한 부분이다.

 

 다음 예시들을 그림과 함께 한 번 살펴보자.

먼저, Destination-based forwarding 방식인데, destination-based forwarding 방식은 IP datagram의 IP 주소만 확인하고 Forwarding action만을 취한다. 즉 위 그림은, IP Dst값이 51.6.0.8이라면, port 6로 forward하라는 flow table이다.

 

위 그림은 우리가 흔히 아는 firewall, 방화벽에 명시된 flow table이다. 위의 flow table은 TCP d-port가 22인 모든 datagram을 Drop시키라는 것이다. 또 TCP d-port 뿐 아니라 IP Src 부분의 IP 주소를 명시함으로써 해당 datagram은 forward하지 말고 drop하라는 경우의 flow table도 작성할 수 있다.

 

위는 2계층 기반 destination-based forwarding할 때 쓰이는 flow table이다. Ethernet 스위치 같은 친구들에 작성되어 있는데, MAC dst를 보고 forwarding하는 방식이다. 위 그림은 22:A7:23:11:E1:02라는 도착지 MAC 주소와 match되면 port3으로 forwarding하라는 것이다.

 

OpenFlow의 match+action에 대해서 간단히 정리하면,

• Router:
  • match : longest destination IP prefix
  • action : forward out a link
• Switch:
  • match : destination MAC address
  • action : forward or flood(flood는 Switch에서만 가능한 일이며, 목적지 정보를 모를 때, 데이터를 뿌리는 것이다.)
• Firewall
  • match : IP addresses and TCP/UDP port numbers
  • action : permit or drop(=deny)
• NAT
  • match : IP address and port
  • action : rewrite address and port

 

OpenFlow의 예시에 대해서도 살펴보자.

 사실, OpenFlow의 방식은, 라우터끼리 정보를 공유해서 forwarding table을 작성하는 기존의 destination-based forwarding 방식과 달리 중앙 controller server에서 전체 네트워크 상황을 파악한 뒤, Flow table을 작성해서 각 라우터에 전달한다. 위 그림에서도 OpenFlow controller 서버가 s1~s3의 라우터에 flow table을 제공해줘야 하는 것이다.

 

 그리고 이때, h5,h6로부터 전송된 datagram은 s1과 s2를 거쳐 h3,h4로 도착을 보장해야 되게 flow table을 작성해야 한다고 가정하자. 

 

 그럼, server는 이 조건을 보고 다으모가 같이 forward table을 만들어 각 라우터에 제공한다.

이렇게 되면, 가정한 상황에 맞게 datagram을 전달할 수 있게 된다.

 

위의 예시 상황과 같이 network 상황에 맞게 program을 할 수 있게 만드는 것과 더불어 프로그램을 패킷 단위로 처리가능하게 만드는 것이OpenFlow의 목적이다. 요즘은 P4라는 프로그래밍 언어로 program을 만들고 있다.