네트워크 시뮬레이션 공방

GRP에서 backtrack 기능("GRP Backtrack" 참조)이 어떻게 동작하는지 예제를 통해 살펴보도록 하자. 다음은 backtrack 동작을 살펴보기 위한 예제망 구조이다. 쿼드런트("GRP 쿼드런트" 참조) 크기는 2Km로 설정하였으며, 트래픽은 STA_1 노드에서 STA_16 노드로 향하도록 하였다.

시뮬레이션을 수행한 후 데이터 패킷이 전달된 경로를 확인("GRP 라우팅 경로 확인하기" 참조)해보면 다음 그림과 같이 STA_1 -> STA_2 -> STA_5 -> STA_7 -> STA_13 -> STA_16 경로가 사용되었다.

그런데, ODB를 사용하여 데이터 패킷이 각 노드를 거쳐 전달되는 과정을 자세하게 추적해보면, 실제로는 다음 그림과 같이 STA_1 -> STA_4 -> STA_1 -> STA_2 -> STA_4 -> STA_2 -> STA_5 -> STA_7 -> STA_13 -> STA_16 경로를 거쳤음을 보여준다.

여기에서 STA_4 노드에서 STA_1 노드로, STA_4 노드에서 STA_2 노드로 되돌려진 과정이 바로 backtrack이다. 그러면, 왜 이렇게 backtrack이 발생한 것일까? 그 이유는 목적지 쿼드런트와의 거리계산 방식("GRP 쿼드런트와의 거리 계산" 참조)때문이다. 다음 그림은 이를 확인하기 위하여 STA_1 노드에 구성된 목적지 테이블을 분석한 결과를 토폴로지상에 표시한 것이다.

이제 이 쿼드런트 정보를 사용하여 각 단계별로 다음 홉이 선정된 이유를 살펴기로 하자.

(1) STA_1 -> STA_4 : 목적지 노드인 STA_16은 쿼드런트 B에 속해있으며, STA_1 노드의 이웃 노드인 STA_2, STA_3, STA_4 노드중 쿼드런트 B와의 거리가 가장 가까운 노드는 STA_4 노드이므로("GRP 쿼드런트와의 거리
계산" 참조), 데이터 패킷은 STA_4 노드로 전달된다.

(2) STA_4 -> STA_1 : STA_4 노드에서는 자신보다 쿼드런트 B에 더 가까운 이웃 노드를 찾을 수 없으므로, 이전 노드인 STA_1 노드로 패킷을 되돌림(backtrack)한다("GRP Backtrack" 참조).

(3) STA_1 -> STA_2 : STA_1 노드에서는 backtrack된 경로를 제외하고 쿼드런트 B에 가장 가까운 노드인 STA_2 노드로 데이터 패킷을 전달한다.

(4) STA_2 -> STA_4 : STA_2 노드의 이웃 노드인 STA_1, STA_4, STA_5 노드중 쿼드런트 B와의 거리가 가장 가까운 노드는 STA_4 노드이므로, 데이터 패킷을 STA_4 노드로 전달한다.

(5) STA_4 -> STA_2 : STA_4 노드에서는 자신보다 쿼드런트 B에 더 가까운 이웃 노드를 찾을 수 없으므로, 이전 노드인 STA_2 노드로 패킷을 되돌림(backtrack)한다.

(6) STA_2 -> STA_5 : STA_2 노드의 이웃 노드인 STA_1, STA_4, STA_5 노드중 쿼드런트 B와의 거리가 자신보다 가까운 STA_5 노드로 데이터 패킷을 전달한다.

(7) STA_5 -> STA_7 : STA_5 노드의 이웃 노드인 STA_2, STA_6, STA_7, STA_8 노드중 쿼드런트 B와의 거리가 가장 가까운 노드인 STA_7 노드로 데이터 패킷을 전달한다.

(8) STA_7 -> STA_13 : STA_7 노드의 이웃 노드인 STA_5, STA_8, STA_13 노드중 STA_13 노드가 목적지 쿼드런트에 위치하므로, STA_13 노드로 데이터 패킷을 전송한다.

(9) STA_13 -> STA 16 : STA_13 노드의 이웃 노드중에 목적지 노드인 STA_16 노드가 있으므로, STA_16 노드로 데이터 패킷을 전송한다.

GRP는 목적지 노드까지 전달 가능한 것으로 확인된 경로를 사용하여 다음 홉을 결정하는 것이 아니라, 쿼드런트("GRP 쿼드런트" 및 "GRP 쿼드런트 레벨" 참조) 개념을 기반으로 가장 거리가 짧을 것으로 예상되는 경로상에 위치한 노드를 다음 홉으로 사용한다. 따라서, 데이터 패킷을 전달받은 중간 노드에서 실제로는 목적지 노드로 전달할 경로가 존재하지 않거나, 적절한 경로를 찾을 수 없는 경우도 발생한다. 이런 경우에 데이터 패킷을 폐기하지 않고 다른 경로를 찾도록 하는 기능이 Backtrack이다.
GRP의 Backtrack 기능은 노드 속성편집창에서 활성화/비활성화 여부를 설정할 수 있다.

쿼드런트의 계층개념은 "GRP 쿼드런트 레벨"에서 살펴보았다. 여기에서는 예제를 통해 이를 확인해보기로 하자. 예제를 위한 시험망은 "GRP 쿼드런트 예제"의 예제망을 확장하여 사용하였다.

"GRP 쿼드런트 예제"에서 언급하였듯이, 쿼드런트는 좌표계를 기준으로 결정되므로, 시나리오상의 노드 배치를 보고 쿼드런트의 경계를 직접 파악하기는 매우 어렵다. STA_1, STA_8, STA_12, STA_16 노드에 구성된 목적지 테이블 정보로부터 각 노드에서 사용한 쿼드런트를 파악해보면 다음 그림과 같다.

쿼드런트가 "GRP 쿼드런트 레벨"에서 설명한 것처럼 계층적으로 적용되고 있음을 확인할 수 있다. 즉, 대상 노드들의 위치에 따라 하위 레벨 쿼드런트와 상위 레벨 쿼드런트가 사용되고 있으며, 상위 레벨 쿼드런트는 하위 레벨 쿼드런트 4개에 해당하는 면적을 가지고 있다.

GRP에서 사용되는 쿼드런트의 기본 개념에 대해서는 "GRP 쿼드런트"에서 살펴본 바 있다. 이 쿼드런트는 또한 계층개념을 가지는데, 상위 계층 쿼드런트는 하위 계층 쿼드런트 4개로 구성된다. 따라서, 상위 계층 쿼드런트 한 변의 길이는 하위 계층 쿼드런트의 2배이다. 다음 그림은 이러한 쿼드런트의 계층 관계를 나타낸 것이다.

소스 노드(S)는 1번 노드의 위치를 Aa2 쿼드런트로 간주한다. 2번 노드의 위치는 한단계 상위인 Ab 쿼드런트로 간주하며, 3번 노드의 위치는 두단계 상위인 B 쿼드런트로 간주한다. 동일한 원리로 4번 노드의 위치는 D 쿼트런트로, 5번 노드와 6번 노드의 위치는 C 쿼드런트로 간주한다. 즉, 소스 노드에서 멀리 떨어진 노드일수록 더 상위 계층의 쿼드런트를 적용하며, 이 과정은 대상 노드의 쿼드런트가 결정될때까지 반복된다.
쿼드런트는 좌표계를 기준으로 결정되므로 시나리오상의 노드 배치를 보고 어느 노드가 어느 쿼드런트에 속할 것인지를 직관적으로 파악하기는 쉽지 않다("GRP 쿼드런트 예제" 참조). 더구나, 소스 노드에서 멀어질수록 더 큰 크기의 상위 계층 쿼드런트가 적용되므로, 어떤 노드들이 같은 쿼드런트에 속할 것인지를 직관적으로 파악하기는 더 어려워진다. 그 예로, 위 그림에서 4번 노드와 5번 노드는 서로 다른 쿼드런트로 간주되는 반면, 상대적으로 더 큰 거리를 가지는 5번 노드와 6번 노드는 같은 쿼드런트로 간주된다.

"GRP 쿼드런트 예제"에서 사용한 예제망에서 데이터 패킷이 전달되는 과정을 통해 GRP의 동작 결과를 좀 더 확인해보기로 하자. 시뮬레이션을 수행한 후, STA_1 노드에서 STA_8 노드로의 패킷 전달 경로를 살펴보면 다음 그림과 같다.

데이터 패킷은 STA_1 -> STA_2 -> STA_5 -> STA_8 경로로 전달되었음을 보여주고 있다. 이 경로가 사용된 이유를 좀더 세부적으로 살펴보면 다음과 같다.

- STA_1 -> STA_2 : STA_1 노드의 이웃 노드인 STA_2, STA_3, STA_4 노드중 (STA_8 노드가 속한) Ab3 쿼드런트와 가장 인접한 노드가 STA_2 노드이므로, STA_2 노드가 다음 홉으로 사용되었다("GRP 다음 홉 선정" 및 "GRP 쿼드런트와의 거리 계산" 참조).
- STA_2 -> STA_5 : STA_2 노드의 이웃 노드인 STA_1, STA_4, STA_5 노드중 (STA_8 노드가 속한) Ab3 쿼드런트에 속한 노드가 STA_5 노드이므로, STA_5 노드가 다음 홉으로 사용되었다("GRP 다음 홉 선정" 참조).
- STA_5 -> STA_8 : STA_5 노드의 이웃 노드인 STA_2, STA_6, STA_7, STA_8 노드중 STA_8 노드가 동일한 Ab3 쿼드런트에 속해있으며 목적지이므로, STA_8 노드가 다음 홉으로 사용되었다.

Riverbed(OPNET) Modeler에서 IP 패킷이 전달되는 경로를 확인하는 방법은 "라우팅 경로 확인하기"에서 살펴보았다. 그런데, 라우팅 프로토콜로 GRP가 사용된 경우에는 "라우팅 경로 확인하기"에서 사용한 방법으로 IP 패킷 전달 경로가 확인되지 않으며, 다른 방법을 사용해야만 한다.
GRP가 사용된 경우에 IP 패킷 전달 경로는 다음의 방법들로 확인할 수 있다.

1) 패킷별 경로 테이블 확인
2) 패킷별 경로 그래프 표시

패킷별 경로 테이블 확인은 시뮬레이션 수행 후, 각 패킷이 소스 노드에서 목적지 노드까지 어떤 노드를 거쳐갔는지를 표로 확인하는 방법이다. 패킷을 기준으로 그 패킷이 거쳐간 경로를 테이블로 기록한 결과라는 점에서 라우터의 라우팅 테이블 확인("라우팅 경로 확인하기" 및 "라우팅 테이블과 포워딩 테이블" 참조)과는 다르다.

패킷별 경로 그래프 표시는 시뮬레이션 수행 후, 패킷별로 사용한 경로를 네트워크 토폴로지 상에 표시해주는 방법이다. Demand Traffic Flow에 대한 라우팅 경로 표시("라우팅 경로 확인하기" 참조)와 유사하며, 다음 그림처럼 GRP에서의 라우팅 경로가 네트워크 토폴로지 상에 표시된다.

"GRP 다음 홉 선정"에서 살펴본 것처럼, 목적지 노드 위치 정보가 쿼드런트 좌표이고 현재 노드의 이웃 노드들중 목적지 노드와 같은 쿼드런트에 속한 노드가 없는 경우에는 목적지 쿼드런트와 이웃 노드들의 거리를 비교하여 목적지 쿼드런트에 가장 가까운 이웃 노드를 다음 홉으로 사용하게 된다.
이 때, 노드와 쿼드런트와의 거리는 다음 그림과 같이 8가지 경우로 나누어져 계산된다.

GRP 사용시 목적지 노드로의 패킷 전달을 위한 다음 홉(Next Hop) 선정은 목적지 노드 위치 정보가 직접 좌표인지 쿼드런트("GRP 쿼드런트" 참조) 좌표인지에 따라 구분되어 이루어진다.

1) 목적지 노드 위치 정보가 직접 좌표인 경우: 현재 노드의 이웃 노드들중 목적지 노드와 가장 가까운 거리에 위치한 이웃 노드를 다음 홉으로 선정.
2) 목적지 노드 위치 정보가 쿼드런트 좌표인 경우
  2-1) 현재 노드의 이웃 노드들중 목적지 노드와 같은 쿼드런트에 속한 노드가 있는 경우: 이웃 노드들중 목적지 노드와 같은 쿼드런트에 속한 (임의의) 노드를 다음 홉으로 선정.
  2-2) 현재 노드의 이웃 노드들중 목적지 노드와 같은 쿼드런트에 속한 노드가 없는 경우: 이웃 노드들중 목적지 노드가 속한 쿼드런트와 가장 가까운 거리에 위치한 노드를 다음 홉으로 선정.

이 과정은 패킷이 목적지 노드에 도착할 때까지 반복된다.

GRP에서의 쿼드런트 개념은 "GRP 쿼드런트"에서 살펴보았다. 여기에서는 예제를 통해 이를 확인해보기로 하자. 다음은 쿼드런트 개념을 살펴보기 위한 시험망의 구조를 보인 것이다. 라우팅 프로토콜로 GRP를 적용하였고, 쿼드런트 크기는 2Km로 설정하였다.

쿼드런트는 좌표계를 기준으로 결정되므로, 시나리오상의 노드 배치를 보고 쿼드런트의 경계를 직접 파악하기는 매우 어렵다. 각 노드에 구성된 목적지 테이블 정보로부터 이 예제망에서 사용된 쿼드런트를 파악해보면 다음 그림과 같다. STA_1, STA_2, STA_3, STA_4 노드가 한 쿼드런트에 속하고, 이웃한 쿼드런트에는 STA_5, STA_6, STA_7, STA_8 노드가 속한다.

STA_1 노드에 구성된 목적지 테이블을 살펴보면 다음과 같다. 동일한 쿼드런트에 속한 STA_2, STA_3, STA_4 노드에 대해서는 대상 노드의 좌표값을 사용하므로 각각 다른 값이 저장되어 있다. 반면, 동일한 쿼드런트에 속하지 않은 STA_5, STA_6, STA_7, STA_8 노드에 대해서는 대상 노드가 속한 쿼드런트의 좌표값을 사용하므로, 4개 노드 모두 동일한 값이 저장되어 있다.

반대로 SATA_1 노드와 다른 쿼드런트에 속한 STA_8 노드에 구성된 목적지 테이블을 살펴보면 다음과 같다. 동일한 쿼드런트에 속한 STA_5, STA_6, STA_7 노드에 대해서는 각각 다른 값이 저장되어 있으며, 동일한 쿼드런트에 속하지 않은 STA_1, STA_2, STA_3, STA_4 노드에 대해서는 모두 동일한 값이 저장되어 있음을 확인할 수 있다.

쿼드런트(Quadrant)는 GRP("GRP 개요" 참조)에서 가장 핵심적인 개념이며, 대상 노드의 위치 정보에 대한 측정 단위라고 볼 수 있다. 즉, 같은 쿼드런트에 속한 노드인지의 여부에 따라 저장하는 위치 정보의 의미가 달라진다.

1) 동일한 쿼드런트에 속한 노드 : 대상 노드의 좌표값을 위치 정보로 사용
2) 동일한 쿼드런트에 속하지 않은 노드 : 대상 노드가 속한 쿼드런트의 좌표값을 위치 정보로 사용

다음 그림은 이러한 개념을 그림으로 표현한 것이다. 1번 노드를 기준으로 살펴보았을 때, 2번 노드는 1번 노드와 동일한 쿼드런트 A에 속한 노드이므로 2번 노드의 직접 좌표값이 저장된다. 3번 노드와 4번 노드는 1번 노드와 달리 쿼드런트 B에 속한 노드이므로 3번 노드와 4번 노드의 직접 좌표값 대신 쿼드런트 B의 좌표값이 저장된다.

다만, 실제로는 쿼드런트가 계층적으로 존재하므로 좀 더 복잡한 양상을 보이게 된다. 쿼드런트의 계층적 개념에 대해서는 별도의 글에서 다시 살펴보도록 하겠다.