브로드캐스트 ‘보다 빠르게 보다 편하게’

Best Practice

Boosting Streaming Media

브로드캐스트 '보다 빠르게 보다 편하게'

시스코 ANS, 스트리밍 미디어 가속화 … 라이브 분할로 대역폭 보존


스트리밍 미디어는 컨텐츠가 케이블이나 안테나 피드(feed)로부터 도착하는 동시에 이것을 듣고 본다는 점에서 전통적인 아날로그 텔레비전 방송과 비슷하다. 한때는 디지털 미디어 파일을 컴퓨터에서 보려면 전체 오디오-비디오 파일을 다운로드해야 했지만 새로운 스트리밍 미디어 파일 포맷 덕분에 이제는 다운로드를 받는 즉시 패킷별로 미디어 플레이어로 컨텐츠를 재현할 수 있게 됐다.

컨텐츠 네트워킹이라고 불리던 시스코 ANS(Application Networking Services)는 기업이 브로드캐스트 오디오와 비디오 스트리밍 미디어 애플리케이션의 성능을 가속화(acceleration)할 수 있도록 지원한다. 가속화는 특히 비교적 대역폭의 압박을 많이 받는 WAN을 통해 원격지로 멀티미디어 데이타(rich media)를 전달할 때 중요하다. 라우터 네트워크에서 특정 지능형 네트워크 서비스를 활성화함으로써 스트리밍 미디어 전달을 가속화할 수 있다. 예를 들어 클라이언트가 IP 멀티캐스트(Multicast)를 지원하고 있을 경우, 라우터에서 이 기능을 가동시켜 브로드캐스트 기반 애플리케이션이 네트워크를 범람하지 못하게 막을 수 있다.

네트워크에 있는 지능형 서비스를 활성화시킴으로써 스트리밍 미디어 전달을 가속화할 수 있다.
또한 QoS(quality of service: 패킷을 분류하고, 우선순위 지정을 위해 패킷 헤더 안에서 IP ToS[Type of Service]와 DSCP[Differentiated Services Code Point] 비트를 표시하는 것)는 네트워크 내에서 실시간 스트리밍 패킷이 벌크 파일 전송보다 우선순위를 확보할 수 있도록 도와준다. 마지막으로 라우터에서 RSVP를 가동시킴으로써, 스트리밍 애플리케이션이 이것을 지원한다는 전제 하에 수신자는 스트리밍 흐름별로 원하는 자원 필요조건을 시그널링할 수 있다.

스트리밍 미디어는 몇 가지 프로토콜과 포맷으로 지원 된다. 실시간 애플리케이션의 경우에는 TCP가 제어 트래픽용 운송수단이 되며, 데이터 트래픽용으로는 UDP가 사용된다. TCP와 달리 UDP는 아웃 오브 시퀀스(out-of-sequence) 패킷 재정렬(reordering)과 유실된 패킷 재전송용으로 패킷 버퍼링을 사용하지 않기 때문에 지연이 줄어든다. 실시간 애플리케이션은 대기시간을 피하기 위해 유실된 패킷의 버퍼링을 선호하고 있다. 네트워크 스택의 위쪽으로 가보면, 시스코 스트리밍 미디어 기능에 사용되는 가장 인기 있는 애플리케이션 레이어 프로토콜로 스트리밍 오디오 및 비주얼 데이터용의 UDP 기반 애플리케이션 레이어 프로토콜인 RTP(Real-time Transport Protocol); 재생, 일시중단, 빨리감기, 뒤로감기 등과 같은 스트리밍 흐름 제어를 제공하기 위한 TCP 기반 애플리케이션 레이어 프로토콜인 RTSP(Real Time Streaming Protcol); 그리고 윈도 스트리밍 미디어 컨텐츠용 제어 및 스트리밍 애플리케이션 레이어인 MMS(Microsoft Media Services) 등이 있다.

시스코 스트리밍 미디어 디바이스가 지원할 수 있는 스트리밍 포맷으로는 애플 퀵타임, MPEG4, 리얼 네트웍스 미디어, 그리고 윈도 미디어가 있다. 이제 시스코 스트리밍 미디어 컨텐츠 네트워킹 아키텍처의 구성요소들이 함께 모여 어떻게 작동하는지 알아보자. 먼저 소스 미디어가 시스코의 IPTV 브로드캐스트 서버나 써드파티 스트리밍 데이터 컨버터(converter)를 이용해 전자적으로 입력 및 인코딩된다. 써드파티 스트리밍 데이터 컨버터로는 애플 퀵타임 브로드캐스터(Apple QuickTime Boradcaster), 리얼네트웍스 리얼프로듀서(RealProducer), 그리고 마이크로소프트 WME(Windows Media Encoder) 등이 포함된다. 그런 다음 패킷 스트림은 주문형/라이브 발원 서버(on-demand/live origin server)로 피딩돼 여기서 요청하는 클라이언트로 라이브 중계되거나, 혹은 스트리밍 컨테이너 파일로 인코딩돼 향후 리브로드캐스트(rebroadcast)와 주문형 요청용으로 저장된다. 발원 서버로는 애플 퀵타임 스트리밍 서버(Streaming Server), 리얼 네트웍스 헬릭스 유니버설 서버(Helix Universal Server) 그리고 마이크로스프트 윈도 미디어 서버 등이 포함될 수 있다.

<그림 1>에서 시스코 IPTV 브로드캐스트 서버는 주문형/라이브 발원 서버와 스트리밍 데이터 컨버터 두 가지 모두로서 작동하기 때문에, 라이브와 리브로드캐스트 이벤트 스케줄링을 위한 IPTV 프로그램 매니저(Program Manager)가 필요하다. 이와 대조적으로 앞서 언급한 써드파티 주문형/라이브 서버는 직접적으로 스케줄링 기능을 수행한다. CDM(Content Distribution Manager)이 있는 시스코 IPTV를 사용하고 있다면, IPTV 프로그램 매니저가 라이브 및 리브로드캐스트 스트림 스케줄링을 위해 CDM과 상호작동한다.


시스코 컨텐츠 네트워킹 아키텍처
시스코 WAE(Wide-Area Application Engine) 하드웨어 플랫폼 : 가속화 및 방향조정 서비스를 돌리기 위한 것으로 예전에는 시스코 CE(Content Engine)로 불렸음

로컬 캐시로의 컨텐츠 배포를 위한 시스코 ACNS(Application and Content Networking Software). ACNS는 WAE에서 돌아가며, 표준과 써드파티 스트리밍 미디어 소프트웨어를 지원

라이브 및 리브로드캐스트 이벤트 스케줄링을 위한 시스코 IPTV 프로그램 매니저

발원 서버로의 컨텐츠 배포를 위한 시스코의 IPTV 브로드캐스트 서버(혹은 써드파티 스트리밍 데이터 컨버터)로 컨텐츠를 저장하고 서비스 요청 수행

최적의 WAE로 클라이언트 요청을 라우팅하기 위한 시스코 컨텐트 라우터(Content Routers) 옵션

라이브 컨텐츠 배포조직화(orchestrating) 및 주문형 스트리밍 컨텐츠 사전배치(prepositioning)와 같은 집중식 네트워크 와이드 관리 작업을 위한 시스코 CDM(Content Distribution Manager) 옵션


주문형 스트리밍 비디오
주문형 비디오 즉, VoD(video on demand)는 사용자가 편의에 따라 요청하고 볼 수 있는 멀티미디어 프리젠테이션을 말한다. VoD 파일은 표준 MPEG4 포맷이나 공급업체 소프트웨어의 특정 스트리밍 컨테이너 파일에 캡슐화(encapsulation) 된다. 스트리밍 파일 포맷은 IP 네트워크에서 파일을 스트리밍하는 방식에 대한 정보가 포함돼 있다는 점에서 논스트리밍 포맷과 차이가 난다. 예를 들어 리얼 네트웍스와 마이크로소프트 윈도 스트리밍 미디어 파일에는 패킷화된 데이터가 포함된다. 이것은 오디오와 비디오 트랙을 함께 인터리빙(interleaving)함으로써 클라이언트가 패킷 스트림을 다운로드할 때 동기화가 되도록 해준다. 대신 MPEG4와 애플 퀵타임 파일에는 실시간 전달을 하는 동안 데이터를 동기적으로 패킷화하는 방식을 서버에게 알려주는 별도의 힌트 트랙(hint track)이 포함돼 있다. 시스코 WAE(Wide-Area Application Engine)는 VoD 스트리밍을 개별적으로, 혹은 CDM으로 관리하는 ACNS 솔루션의 일부로서 지원한다.


그림 1. ACN에 있는 시스코 스트리밍 미디어 가속화 기능은 시스코 IPTV와 써드파티 스트리밍 미디어의 성능을 둘 다 향상시킬 수 있게 해준다.




그림 2. 라이브 분할은 네트워크에서 중복 스트림의 수를 줄임으로써 대역폭과 네트워크 자원을 보존해 준다.


클라이언트 요청 라우팅
전통적인 캐싱 방식으로 개별적인 WAE를 구성함으로써 요청 클라이언트에게 윈도와 리얼 미디어 파일을 로컬로 전달할 수 있으며, WAE는 내부 서버나 인터넷에 있는 익명의 서버로부터 이 컨텐츠를 캐싱할 수 있다. 하나의 완전한 ACNS 솔루션으로서, 시스코 CDM을 이용해 네트워크 전체의 WAE에 리얼 네트웍스, 마이크로소프트 윈도, MEPG4 및 애플 퀵타임 파일을 미리 배치할 수 있다(preposition). 이런 사전 배치에는 배포 트리(distribution tree)를 이용해 클라이언트 요청에 앞서 네트워크 전체의 WAE로 VoD를 배포하는 작업도 포함이 된다. 트리는 CDM과 ACNS를 이용해 만들어지며, ACNS 소프트웨어는 유니캐스트와 멀티캐스트 VoD 파일 배포를 모두 지원한다. 사전 배치는 몇 시간이 지난 후, 지사 대역폭 이용량이 가장 적을 때 회사의 스트리밍 미디어 컨텐츠를 배포할 수 있다는 이점이 있다.

클라이언트가 적절한 로컬 시스코 WAE 어플라이언스로 자동 방향조정이 되는(redirected) 방식에는 세 가지가 있다. 각각 로컬 라우터에서 돌아가는 WCCP(Web Cache Communication Protocol), 클라이언트 디바이스에서 돌아가는 프록시, 혹은 본사에서 '컨텐츠 라우터(content router)' 모드로 돌아가며 방향조정용 서브도메인을 지원하는 시스코 WAE를 이용하는 방식이다. WCCP의 경우 클라이언트 요청을 적합한 WAE로 투명하게 방향조정함으로써 클라이언트와 WAE간의 컨텐츠 전달을 최적화한다. WCCP는 방향조정용으로 트래픽을 분류하기 위해 URL이나 HTTP 요청을 점검하지 않는다. 대신 WCCP 지원 라우터는 들어오고 나가는 인터페이스에서 패킷을 점검하고, 이들을 WCCP 점검용으로 구성해 둔 서비스 그룹과 대조해 본다. WCCP는 포트 넘버에 따라 서비스 그룹을 정한다.

WCCP 버전 2는 스트리밍 미디어 요청 방향조정에 필요하다. 예를 들어 WCCPv2는 현재 표준 RTSP, MMS 오버 UDP(MMS-over-UDP), MMS 오버 TCP 및 마이크로소프트의 RTSP 오버 UDP 이행의 방향조정을 지원하고 있다. 이것은 또한 다중 중복 라우터, 보안 개선, 레이어 2 방향조정, 그리고 HTTP 오버 TCP 포트 80이외 애플리케이션의 방향조정도 지원한다. WCCP에 대한 하나의 대안으로, WAE로 클라이언트 요청을 방향조정하도록 시스코 컨텐츠 스위치를 구성하는 방법도 있다. 컨텐츠 스위치 방향조정의 이점은 URL, 파일 이름 및 확장자 등과 같은 범주에 따라 트래픽을 구분하도록 스위치를 구성할 수 있다는 점이다.

또 한 가지, 특정 클라이언트에 가장 근접한 WAE(예를 들어 클라이언트와 같은 지사에 있는 것)로 포인팅을 하도록 네트워크에 있는 각 워크스테이션의 인터넷 접속 설정을 수동으로 구성하는 방법이 있다. CDM 관리를 사용하고 있다면, 이러한 수동 방안의 복잡성은 역동적 PAC(Proxy Auto-Configuration)를 이용해 덜 수 있다. 역동적 PAC는 커버리지 존(coverage zone)을 이용해 클라이언트 요청용으로 가장 적합한 WAE를 결정하고, WAE URL이나 IP 어드레스로 클라이언트의 프록시 설정을 역동적으로 조정한다. 커버리지 존은 정적 경로(static route)와 유사한 것으로, 이 안에는 클라이언트 서브넷과 그 서브넷을 지원하는 WAE의 IP 어드레스간 연관성이 포함돼 있다. 따라서 스트리밍 컨텐츠를 사용하는 네트워크에 있는 모든 서브넷용으로 커버리지 존을 만들어야 한다. 또 한 가지 CDM으로 관리되는 환경에서 사용될 수 있는 것으로 간편 혼성 라우팅(simplified hybrid routing)이 있다. 이 옵션에서도 커버리지 존을 허용하지만, 클라이언트는 CDM이나 컨텐츠 라우터로 직접 요청을 보낸다. 그러면 CDM이나 컨텐츠 라우터는 커버리지 존을 기반으로 HTTP 방향조정을 이용해 가장 적합한 WAE로 클라이언트 요청의 방향을 조정한다.




라이브 · 리브로드캐스트 스트림 분할
WAE는 또한 라이브 스트림과 스케줄드 리브로드캐스트(scheduled rebroadcast) 스트림을 요청하는 클라이언트에 스트림 분할(stream-splitting) 서비스를 제공한다. 스트림 분할이 되면 WAE는 들어오는 스트림을 받아서 이것을 요청 클라이언트에 뿌린다. WAE는 스트리밍 서버에서 스케줄링한 리브로드캐스트 스트림을 라이브 스트림과 전혀 차별성을 두지 않는다. 라이브 분할에서는 라이브 스트림이 언제나 WAE의 도입 인터페이스로 가는 하나의 단일 스트림으로서 발원 서버로부터 시작된다. 프론트 엔드 및 백 엔드 스트림은 모두 멀티캐스트나 유니캐스트 될 수 있다.

유니캐스트 대 유니캐스트 전달에서는 WAE가 라이브, 혹은 리브로드캐스트 스트림을 유니캐스트로 받아서, 이것을 개별적인 유니캐스트 스트림으로 클라이언트로 분할한다. 각각의 클라이언트는 클라이언트 위치에 따라 네트워크에서 중복될 가능성을 야기하는 별개의 스트림을 받는다. 예를 들어 두 개의 요청 클라이언트가 같은 서브넷에 있을 경우 두 개의 중복 스트림이 네트워크를 통해 그 서브넷으로 흘러가게 된다. 대신 유니캐스트 대 멀티캐스트 구성에서는 WAE가 유니캐스트 입력물로부터 멀티캐스트 스트림을 만들어서, 이것을 WAE에서 구성할 수 있는 멀티캐스트 그룹으로 보낸다. 다운스트림 네트워크에서 멀티캐스트를 지원한다는 가정 하에, 라우터는 중복 없이 그 구성원들에게 멀티캐스트 그룹 트래픽을 전달할 것이다. 이러한 전달 메커니즘을 풀 분할(pull-splitting)이라고 부른다. 그 이유는 클라이언트 요청이 WAE를 트리거링하여 발원 서버로부터 유니캐스트 스트림을 사전에 '풀링(pulling)'하기 때문이다.

또한 멀티캐스트 대 멀티캐스트 분할도 구성할 수 있다. 이것은 컨텐츠 인증, URL 필터링 및 인터넷 컨텐츠 어댑테이션 프로토콜(Internet Content Adaptation Protocol : 서버 오프로드) 서비스 등과 같은 서비스들을 WAE에서 주관할 수 있기 때문에 유익하다. 마지막으로 멀티캐스트 대 유니캐스트 분할은 네트워크가 멀티캐스트를 지원하지 않는 지역에서 클라이언트로 스트림을 배포할 수 있게 해준다. 이들 가운데 마지막 두 가지는 푸시 분할(push-splitting)이라고 불린다. 그 이유는 발원 서버가 멀티캐스트 그룹에 합류함으로써 WAE가 받도록 스트림을 네트워크로 맹목적으로 '푸싱(pushing)'하기 때문이다.

스트리밍 미디어를 배치할 때는 성능 가속화 툴 슈트를 이용하면 오디오-비디오 브로드캐스트 품질의 일관성과 신뢰성을 유지하는 데 도움이 된다. 시스코 ANS 아키텍처에는 시스코 ACNS 소프트웨어가 포함된다. 이것은 컨텐츠가 로컬로 캐싱되고 클라이언트 요청이 지원되는 다중 사이트에 있는 WAE로의 컨텐츠 복제를 자동화해 준다. 나아가 대역폭을 보존해 주는 라이브 스트림 분할은 발원 서버가 각각의 수신 클라이언트용으로 스트림을 복제할 필요를 없애 준다.


SILVANO DA ROS
필자 실바노 다 로스(SILVANO DA ROS)는 네트워크 컨설턴트이자 시스코 프레스 소속 작가다. 시스코 시스템즈에서 시스템 엔지니어로 근무한 바 있으며, 현재 기업들과 새로운 네트워크 솔루션을 작업 중이다.


추가자료


■ 시스코 애플리케이션 네트워킹 서비스/ 애플리케이션 가속화
    cisco.com/packet/182_5a1
■ '컨텐츠 네트워킹의 기초' 실바노 다 로스(시스코 프레스, ISBN: 1587052407)
    cisco.com/packet/182_5a2



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