시스코 CRS-1 '신화 창조'

Reinventing The Router

시스코 CRS-1 '신화 창조'

IP 네트워킹 업계 지속적 성장 담보



전체 네트워크 성능에서 라우터의 속도와 용량은 항상 중요한 고려 대상이다. 하지만 IP 업계의 차세대 가용성과 확장성에 대한 기대에 부응하기 위해서는 다른 기업들과 운영 문제에 대처할 수 있는 혁신적인 디자인과 용량의 향상이 결합돼야 한다.

시스코 CRS-1 코어 라우터는 시스코 캐리어 라우팅 시스템(CRS) 제품군으로, 용량 및 성능 면에서 탁월하다는 평가를 받고 있으며 수백만 고객을 동시에 서비스할 수 있다. 하지만 이 제품은 IP 네트워크의 지속적인 운영을 보장해 업계 전반적인 라우팅 성능을 구조적으로 향상시켜준다는데 의의가 있다.

시스코 CRS-1의 탁월하고 혁신적인 엔지니어링은 보편적인 데이터 네트워킹으로부터 네트워킹 서비스 제공 업체들이 오랫동안 희망해왔던 무정지성의 다중 IP 서비스를 실현시켜주는 제품이다. 또 차원이 다른 유연성과 용량을 제공해 급성장하는 IP 서비스에 향후 몇 십 년 동안은 충분히 대응할 수 있는 성능을 구현했다.

이 새로운 수준의 라우터는 초당 92테라비트의 처리 속도를 지원하며, 1152개의 40Gbps 슬롯으로 분할될 수 있어 다양한 인터페이스를 제공한다. 시스코 CRS-1는 세계 최초로 OC-768c/STM-256c 인터페이스를 라우터에서 제공한다.

시스코 CRS-1은 50건 이상의 특허를 획득한 하드웨어와 소프트웨어 구성 요소를 결합한 제품으로, 라우팅 기술의 혁신을 이룬 장비로 평가 받고 있다. 시스코는 이 제품 개발에 5억 달러 이상을 투자했으며 20년간의 라우팅 전문 기술을 총동원 했다. 이 제품은 통신서비스 제공 업체와 기업 네트워크에서 대규모로 구축될 수 있는 라우터로서, 지난 4년 동안 세계 유수의 통신서비스 제공 업체들과 긴밀한 협력을 통해 창조된 산물이다.




50건 이상 특허 획득
시스코 CRS-1을 통해 통신서비스 제공 업체들은 단일한 통합 네트워크에서 다양한 단일 서비스 네트워크 단계로 진화할 수 있게 되었다.

시스코의 토니 베이츠(Tony Bates) 부사장은 "통신서비스 제공 업체들은 단일 서비스 네트워크 운영을 지속할 수 없으며 수익성을 유지하기도 어렵다"면서 "차세대 서킷 스위치에 대한 투자를 계속할 필요가 없다. 이 장비들의 수명은 끝나가고 있기 때문"이라고 밝혔다.

통합된 고속 패킷 인프라를 실현하기 위한 시스코의 비전은 현재의 음성, 데이터 및 비디오 서비스를 지원하는 동시에 용량과 기능의 성장을 수용할 수 있도록 하는 것이다. 시스코 CRS-1 시스템을 통해 구축된 네트워크는 주문형 비디오와 화상 전화 등 고부가가치 서비스를 구현할 수 있게 해주는 유연성과 제어 기능을 제공할 수 있다. 이러한 서비스들이 소비자들의 호응을 얻기 위해서는 대역폭 요금이 저렴해야 하기 때문에 차세대 IP 인프라는 네트워크 컨버전스를 통해 대역폭 당 요금을 대폭 낮춰야 한다.

또한 통신서비스 제공 업체들은 자본과 운영 비용을 줄여 수익을 보호해야 한다. 시스코 CRS-1 시스템의 용량을 통해 통신서비스 제공 업체들은 수백만 PoP를 대폭 줄일 수 있게 된다. 기존 시스코 12000 시리즈 라우터는 견고하며 통합된 에지 서비스를 위해 코어에서 에지까지 구축될 수 있다.

시스코의 라우팅 테크놀로지 담당 부사장인 마이크 볼피(Mike Volpi)는 "PoP의 장비와 접속 수를 줄이는 것은 엄청난 비용 절감의 효과가 있다"며 "시스코 CRS-1을 통해 통신서비스 제공 업체들의 에지를 하나로 통합할 수 있기 때문에 용량과 속도뿐만 아니라 가용성에서도 대폭 향상된 시스템이라고 할 수 있다"고 밝혔다.


신개념의 하드웨어 아키텍처
시스코의 캐리어 코어 멀티서비스 사업부 시스템 엔지니어인 데이비드 치앙(David Tsiang)은 "시스코 CRS-1의 개발은 추진력, 기획력과 투자 분야에서 미국 항공우주국(NASA)의 달 착륙 우주선 개발과 같은 수준이었다"면서 "우리는 근본적으로 완전히 다른 아키텍처를 창조했다. 일부 새로운 기술이 다른 시스코 제품에 적용될 것이며, 결국 모든 고객들이 이러한 혁신의 혜택을 받게 될 것"이라고 전했다.

시스코 CRS-1 아키텍처는 어떠한 단일 장애 지점도 없고 서비스 내에서 업그레이드가 가능한 기능 등 이전의 시스코 제품 아키텍처에서 얻은 지식과 통신 업계, 컴퓨팅 업계의 많은 개념으로부터 도출되었다. 시스코 7500 시리즈 라우터의 경우, 분산형 프로세스의 개념을 제공했다. 이 개념은 시스코 12000 시리즈 라우터와 이를 계승한 시스코 CRS-1 플랫폼의 고유한 디자인 기능이 되었다. 시스코 12000 시리즈의 스위칭 패브릭은 약 1.28테라비트까지 확장될 수 있다. 이러한 확장성을 차세대 수준으로 높이기 위해 치앙과 그의 팀원들은 원래 전화 네트워크용으로 개발된 수학적 알고리즘인 베네스(Benes) 아키텍처를 토대로 시스코 CRS-1의 3단계, 8플레인 스위칭 패브릭을 개발했다<표1 참조>.

치앙은 "스위치 패브릭을 통해 임의적으로 데이터 경로를 설정, 접속 지향적인 트래픽과 같은 성능을 개발했다. 이에 따라 모든 데이터 경로에 대해 평등한 트래픽을 유지할 수 있게 되었다"고 설명했다.

시스코 CRS-1은 많은 코어 라우터처럼 스위칭 패브릭을 이동하기 위해 패킷을 셀로 변환시킨다. 패킷 크기가 애플리케이션에 따라 매우 다양하기 때문이다. 예를 들면 TCP ACK는 길이가 40바이트지만 데이터 패킷은 1500바이트 이상일 수 있다. 시스코 CRS-1은 효율적인 활용도와 성능을 위해 한 셀의 한 패킷의 일부나 두 패킷을 한데 묶는 기능과 함께 모든 셀 크기를 136바이트로 사용한다.

3단계 스위치 패브릭 디자인은 서브포트(subport) 레벨에서도 논블로킹 기능을 보장할 수 있다. 또한 일부 코어 라우터가 인입 단계에서 패킷을 복제하는데 비해 시스코 CRS-1 시스템은 여러 단계의 출구에서 패킷을 복제한다. 스위칭 패브릭의 첫 번째 단계에서 패킷을 두 번째 단계로 직송하며, 여기에서 필요할 경우 여러 세 번째 단계로 패킷이 복제된다. 패킷은 세 번째 단계에서 복제되며 출구 라인 카드로 전송된다. 여기에서 출구 포트로 전송되기 전에 다시 한번 복제된다.

시스코 CRS-1 섀시는 라인 카드나 추가 경로 프로세스 카드를 위한 슬롯이 16개 탑재돼 있다. 하나의 라인 카드는 패킷 프로세싱을 담당하는 모듈러 서비스 카드(MSC)를 비롯해, 인터페이스 모듈 등 두 개로 구성되어 있다.

MSC는 두 개의 프로세서로 2단계 전송 구조를 갖고 있다. 하나는 입구 전용이며 다른 하나는 출구 전용이다. 특허를 받은 MSC의 시스코 실리콘 패킷 프로세서(SPP)는 슈퍼컴퓨터의 대규모 병렬 프로세서와 같이 구동하는 188개의 32비트 RISC 프로세서로 구성된 100% 프로그래머블 ASIC이다. SPP의 각 프로세서는 독립적으로 구동하며, 포워딩되기 전에 완벽하게 패킷을 처리한다. 여러 개의 ASIC이 부분적으로 패킷을 처리하는 연속적인 프로세싱 아키텍처와 달리, 이러한 대규모 병렬 구조는 프로그램이 쉽고 확장하기가 매우 용이하다.

이중의 경로 프로세스는 로깅(logging) 정보와 덤프(dump) 저장을 위해 최대 4GB DRAM과 40GB 하드 드라이브로 라우팅 프로토콜과 시스템 관리, 계정 및 셀프(shelf) 컨트롤러 기능을 실행한다. 통신서비스 제공 업체들은 섀시 슬롯에 삽입할 수 있는 DRP(Distributed Route Processor) 카드로 시스템 성능을 향상시킬 수 있다. 각 DRP 카드는 하나의 경로 프로세서의 성능을 두 배 높여주는 듀얼 파워PC 동기식 멀티프로세싱 CPU클러스터를 사용한다.

스탠드얼론 구성은 패브릭 섀시 없이 하나의 라인 카드 섀시를 지원한다. 완벽한 멀티셀프 구성의 경우 최대 72개의 시스코 CRS-1 라인 카드 섀시와 8개의 시스코 CRS-1 패브릭 카드 섀시를 탑재할 수 있다.

그림 1: 시스코 CRS-1 하드웨어 아키텍처는 라인 카드 슬롯당 40기가비트나 싱글 셀프 시스템 당 1.28테라비트와 멀티셀프(multishelf) 시스템 당 92테라비트를 제공한다.



스프린트, 40기가 인터넷 추진
100여 개 국가에서 2,600만 명 이상의 가입자를 보유하고 있는 세계적인 통신 서비스 사업자인 스프린트는 시스코 엔지니어들과 협력, 베타 테스트를 포함해 시스코 CRS-1의 설계와 개발을 공동으로 진행했다. 2004년 6월 스프린트는 이 플랫폼을 통해 산호세와 스탁튼, 캘리포니아 도시간 40Gbps의 초고속 전송 테스트에 성공했다.

스프린트의 기술 개발 및 CTO인 올리버 발렌테(Oliver Valente) 부사장은 "가장 트래픽이 많은 '러시 아워' 시간에 테스트를 진행했다"고 전했다.

발렌테는 통합된 멀티서비스 네트워크가 보다 높은 확장성과 성능을 다중 네트워크보다 저렴한 가격으로 제공하게 될 것으로 예측했다.

그는 이어 "스프린트는 많은 단일 기능의 네트워크를 여러 서비스 지원이 가능한 하나의 네트워크로 통합하길 원했다. 시스코 CRS-1 플랫폼은 우리의 요구 사항을 실현시켜줄 수 있을 것으로 믿는다"면서 "우리는 100대의 라우터를 갖고 있는데, 이를 10대로 줄일 수 있을 것"이라고 말했다. 또한 발렌테는 "이 플랫폼이 ATM 수준의 서비스 품질 보장(SLA)을 지원할 것으로 확신한다"고 부언했다.

기업 MAN/WAN 구축 옵션


시스코 CRS-1 인터페이스 모듈

시스코 CRS-1은 하나의 라인 카드에서 40기가비트의 속도로 다음과 같은 인터페이스 모듈을 제공한다:
1포트 OC-768c/STM-256c POS(packet over SONET)
4포트 OC-192c/STM-64c POS
16포트 OC-48c/STM-16c POS (2004년 후반 예정)
4포트 10기가비트 이더넷(2004년 후반 예정)
8포트 10기가비트 이더넷(2004년 후반 예정)


그림 2: 시스코 IOS XR 소프트웨어는 모듈형의 분산형 운영 시스템이다. 마이크로커널 기반의 메모리 보호 구조를 토대로 구성됐으며, 무정지성 프로세스 재시작과 서비스 내에서 소프트웨어 업그레이드를 지원한다.


신뢰성 있는 시스코 IOS XR 소프트웨어
시스코 CRS-1 하드웨어 아키텍처는 고도로 확장 가능하며 신뢰성 있는 프레임워크를 제공한다. 이 시스템의 중심에는 마이크로커널(microkernel) 기반의 시스코 IOS XR 소프트웨어가 있다. 이 소프트웨어는 기존 플랫폼이나 다른 표준 기반의 네트워킹 플랫폼에서 시스코 IOS 소프트웨어와 완벽히 연동된다. 시스코 IOS XR 소프트웨어의 아키텍처는 지속적인 시스템 운영을 보장하도록 개발되었다. 또한 메모리 보호 기능의 프로세스 운영과 탁월한 서비스 유연성을 가진 대형 시스템을 통해 라우팅의 수리적 복잡성에 대응할 수 있다.

시스코의 캐리어 코어 멀티서비스 사업부 시스템 엔지니어인 데이비드 워드(David Ward)는 "GRID 컴퓨팅과 클러스터 컴퓨팅, 병렬 프로세스와 슈퍼컴퓨팅의 개념으로부터 비대칭 분산 시스템이 구현되었다"며 "이 모델들 중에서 분산형 네트워킹 장비의 요구 사항에 완벽히 맞는 것이 없었고 다양한 애플리케이션의 요구 사항에 대응하기 위해 모든 모델이 사용되었다"고 설명했다.

시스코 IOS XR은 모듈 형태로, 장애와 프로세스를 격리해 완전히 새로운 수준의 라우팅 신뢰성을 부가했다. 메모리 보호 기능의 마이크로커널 아키텍처를 보유하고 있으며, 제어, 데이터 관리 플레인의 완벽한 분리가 가능하다. 각각의 플레인에서 운영은 성능을 토대로 한 임계치나 소형 객체로 조직될 수 있다. 예를 들어, 멀티프로토콜 라벨 스위칭(MPLS)가 모듈의 일부로 구성될 수 있다.

각각의 임계치나 모듈이 서비스 품질(QoS)와 같이 서로 다른 프로세싱 리소스로 분산돼 시스코 SPP나 중앙 경로 프로세서의 라우팅 프로토콜에 적용될 수 있다.

워드는 "각각 4GB의 메모리를 가진 CPU가 현재 많이 나와 있다"면서 "이를 통해 각 CPU와 메모리로 시스템에서 운영되는 애플리케이션을 분산시킬 수 있어 확장성과 성능이 최적화된다. 또 각 애플리케이션은 높은 가용성을 위해 재시작이 가능하며 장애 복구를 위해 메모리 보호 기능이 탑재되어 있다"고 설명했다.



물리적 보호 기능도 제공
시스코 IOS XR은 프로세스를 시스템 내부에 분산시켜 물리적인 보호 기능도 제공한다. 워드는 "메모리 에이전트와 기타 라우팅 및 시그널링 애플리케이션 등 소형 메모리 애플리케이션으로부터 라우팅 정보 기반(RIB)과 같은 대형 메모리 애플리케이션을 분리하고 로드 밸런싱 할 수 있다"고 설명했다.

마이크로커널은 탄력성을 위해 메시징 전달과 메모리 보호, 프로세스나 임계치 스케줄링과 같은 필수적인 프로세싱 요소만을 실행한다. 외부에 있는 커널은 파일 시스템이나 네트워크 드라이버, 프로세스 관리 등과 같은 요소들이다. 이러한 세밀한 모듈러 구성을 통해 통신서비스 제공 업체들은 전체 시스템을 중단시키지 않고 특정 프로세스만을 재시작하거나 업그레이드할 수 있다. 또한 새로운 수준의 무정지성을 제공하기 때문에 운영 시스템의 다른 부분이나 드라이버가 격리될 수 있다.

시스코 CRS-1 시스템은 다른 모듈을 방해하지 않고도 모든 소프트웨어 모듈을 자동으로 재시작할 수 있다. 이 시스템은 cold, warm, hot 등 세 가지 재시작 모드를 지원한다.

워드는 "모듈러 시스템에서는 모든 시스템의 재가동이 가능하다"면서 "시스코의 재동기화 방법이 흥미로운 것은 체크포인트를 공유하는 메모리 데이터베이스와 핫 스탠바이 인프라를 사용해 독립적인 프로세스간 시스템이 커뮤니케이션 한다는 점이다. 서로 연결된 애플리케이션들이 서로 정보를 완벽하게 교환하는 것보다 훨씬 빠르다. 라우팅과 시그널링 프로토콜 복구가 매우 신속하기 때문에 경로 프로세서간의 장애 복구가 대폭 향상될 수 있다"고 설명했다.

모듈러 소프트웨어 구조는 서비스 내부에서 무정지성 소프트웨어 업그레이드를 촉진시킨다. 시스코는 패키지된 형태의 모듈에다 라우팅, 보안 및 MPLS 등을 결합한 시스코 IOS XR 업그레이드를 발표할 예정이다. 전체 운영 시스템 대신에 모듈을 업그레이드하는 것은 안정성이 높아지고 예기치 못한 장애가 발생할 수 있는 가능성을 낮춰준다. 또한 통신서비스 제공 업체들에게 시스템에서 많은 소프트웨어 버전을 운영할 수 있는 기능을 부여하기 때문에 특정 라인 카드의 맞춤화나 특정 애플리케이션과 서비스를 위한 라우팅 애플리케이션 등의 유연성이 강화된다.

그림 3: 시스코 CRS-1 멀티셀프 시스템은 지속적인 운영을 통해 통합된 네트워킹 환경으로 발전할 수 있도록 해준다.
멀티셀프 시스코 CRS-1 시스템에서 논리적인 라우터를 생성할 수 있는 능력은 또 다른 서비스 유연성 기능이다. 논리적인 라우팅을 통해 통신서비스 제공 업체들은 여러 대의 소형 라우터를 단일한 시스템으로 통합할 수 있어 PoP를 재구성할 필요가 없다. 가상 라우터가 데이터베이스와 같은 인프라 구성 요소를 공유하기 때문에 각 라우터는 스위칭 패브릭의 완벽한 분할과 함께 모든 애플리케이션과 데이터베이스의 완벽한 복제와 물리적으로 분할된 경로 프로세스 모듈로 구성된다. 모든 경로 프로세서는 모든 섀시의 라인 카드를 제어할 수 있다.

확장성과 성능을 위해 라우팅 테이블과 내부 데이터베이스가 배포된다. 각 라인 카드는 스스로의 경로만을 알고 있으며, 스위칭 패브릭의 각 단계는 스스로의 전송 테이블만을 알고 있다. 라우팅 정보의 분산은 대형 시스템의 효율성을 구현하기 위해 데이터베이스 크기가 관리 가능하며 확장할 수 있게 해준다.

다른 하이엔드 시스코 라우팅 및 스위칭 시스템과 마찬가지로, CRS-1은 IPv4와 IPv6를 동일한 섀시에서 지원한다. 이를 통해 초기 IPv6 채택자들의 요구 사항에 부응할 수 있으며 향후 세계적인 흐름에도 능동적으로 대처할 수 있다.

시스코 CRS-1은 대시보드 경보 관리, 고가용성 장애 매니저, 프로그래머블 확장생성언어(XML) 웹 인터페이스, 인증, 권한부여 및 계정(AAA) 시스템의 사용자 및 그룹 생성 기능과 같이 다양한 관리 기능을 보유하고 있다. 또한 원래 시스코의 광 네트워킹 장비를 관리하도록 개발된 시스코 트랜스포트 매니저를 토대로 한 요소 관리 시스템(EMS)와 함께 제공된다. 기존 운영 지원 시스템(OSS)과의 통합을 위해 잘 알려진 API의 유연한 프레임워크를 제공한다.



새로운 네트워킹 시대 선포
시스코 CRS-1은 IP 업계의 새로운 네트워킹 시대로 진입을 가속화하고 있다. 인터넷이 처음 상용화 단계에 접어들었을 때, 라우터는 네트워크 가용성과 지연, 패킷 손실과 지터를 감수하면서 데이터 네트워킹 애플리케이션을 지원해왔다. 하지만 기업들과 소비자들이 인터넷과 IP 네트워크의 의존도가 높아지면서, 새로운 공중 네트워크는 그러한 서비스와 가용성 및 확장성 문제를 지원하도록 진화해야 했다.

시스코 CRS-1 하드웨어와 소프트웨어의 고유한 혁신은 업계에서 입증된 개념을 토대로 하고 있으며 현 세대 인프라를 뛰어넘는 개념을 근간으로 구성되었다. 그 결과 IP 업계는 새로운 시대의 신뢰성 있는 데이터, 음성 및 비디오 네트워킹으로 진입할 수 있는 새로운 플랫폼을 보유할 수 있게 되었다.

추가자료


■ 시스코 CRS-1 홈페이지 :
    cisco.com/go/crs
■ 시스코 IOS 소프트웨어 제품군과 IOS XR:
    cisco.com/go/packet/163_6b1







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