지난 시간에 이어 오늘은 LTE over MPLS L3VPN 망 상에서 LTE 노드간 트래픽을 그 타입(data, control, management)별로 separation하기 위한 MPLS L3VPN 설계 개념에 대해서 설명드리도록 하겠습니다.

LTE 네트워크를 위한 MPLS L3VPN 망 설계

아래 그림은 일반적인(특정 사업자망이 아닌) 통신망 구조입니다. 

• Cell site에 위치한 eNB(eNodeB)들은 L2 스위치인 AS(Access Switch, 예: Cisco ME3400)로 aggregation 되고, 여러 AS들은 다시 CO에 위치한 AR(Aggregation Router)로 연결됩니다.
• POP에는 ER(Edge Router)이 위치하며, 이 라우터에 MME, S-GW, P-GW가 연결됩니다. CO(AR)와 POP(ER) 사이를 보통 Mobile Backhaul이라 부릅니다. (eNB와 S/P-GW 사이의 Network = Mobile Backhaul Network)
• LTE 사업자는 전국망 커버리지 서비스를 제공할 것이므로, 도시마다 하나 이상의 POP이 있을 것이고, 각 도시를 연결하기 위한 CR(Core Router)이 존재합니다.
• 그리고 Data Center 내에 위치한 DCR(Data Center Router)을 통해 HSS, PCRF, SPR, OFCS, OCS등이 연결되며
• Internet으로 나가기 위한 라우터로 PR(Peering Router)과 ASBR(AS Border Router)이 있습니다. ASBR은 타통신망과 EBGP로 연동이 되겠지요.

■ LTE 네트워크의 이해

일단 여기까지는 MPLS L3VPN 개념 없는 순수 Physical Network Topology에 대한 설명이었습니다. 

이제 이 망에 MPLS L3VPN 즉, VPN 개념을 입혀 보도록 하겠습니다. 이를 위해서는 먼저 LTE 장비들 간 통신에 대한 이해가 반드시 선행 되어야 하는데요. 따라서 MPLS L3VPN 망 디자인 즉, LTE 망을 위해 어떤 정책으로 VPN을 나눌 것이냐는 설계(High Level Design)는 MPLS 전문가와 LTE 전문가가 협업을 통해 진행해야 할 것입니다.

아래는 2011년 12월 2일 Netmanias Blog "LTE 네트워크 구조"의 그림을 약간 수정한 것인데요.

LTE 망의 트래픽 종류는 아래와 같이 3가지 타입으로 분류할 수 있습니다.

• UE Bearer (Data) Traffic: 사용자 데이터는 eNB, S-GW, P-GW를 거쳐 Internet(PDN)과 연결됩니다. (보라색 선)
• Signaling/Control/Charging Traffic: 사용자 인증, 이동성 관리, Policy 부여, Charging등을 위해 LTE 노드(eNB, MME, HSS, S-GW, P-GW, PCRF, SPR, OFCS, OCS)간에 통신이 이루어 집니다. (붉은색 선)
• Management Traffic: 모든 LTE 노드는 EMS/NMS에 의해 관리되어야 하므로 EMS/NMS와 모두 연결이 있어야 합니다. (파란색 선)

■ LTE 네트워크를 위한 VRF 정의

앞서 3가지 트래픽 타입(Management, Signaling/Control/Charging, User Data)을 기반으로 MPLS L3VPN 망을 구성합니다. 아래 그림과 같이요.

• Management VPN: Management traffic이 흐르는 VPN으로 이를 위해 각 PE router(AR, ER, DCR)에는 "Mgmt"라는 이름의 VRF를 생성함 (Management traffic은 인터넷으로 나갈 필요가 없으므로 PR에는 Mgmt VRF가 없음)
• Control VPN: Signaling/Control/Charging등의 traffic이 흐르는 VPN으로 이를 위해 각 PE router(AR, ER, DCR)에는 "Control"이라는 이름의 VRF를 생성함 (위와 동일 이유로 PR에는 Mgmt VRF가 없음)
• Internet VPN: 사용자 데이터 traffic이 흐르는 VPN으로 이를 위해 각 PE router(AR, ER, PR)에는 "Internet"이라는 이름의 VRF를 생성함 (사용자 데이터가 DCR로 들어올 일이 없으므로(아니 들어오면 안되므로) DCR에는 Internet VRF가 없음)

MPLS L3VPN 모델에 따른다면 LTE 노드들이 CE device가 되고("가입자 가장자리 장비"라는 개념으로 보지 마시고, PE router와 연결되는 device라는 관점에서 CE로 보시면 됩니다), 각 LTE 노드와 연결되는 라우터가 PE router가 됩니다. 즉, 그림에서 AR, ER, DCR이 이에 해당이 되고, Internet으로 나가기 위한 PR도 PE router가 됩니다. 아래 그림에 표시는 되어 있지 않지만 CR은 LTE 노드들이 연결되는 router가 아닌 MPLS core에 있는 장비이므로 P router입니다.

앞서 설명 드린 바와 같이 각 LTE 노드들은 PE router에 연결이 됩니다. 여기서 중요한 포인트는 PE router는 CE device(LTE 노드)와 연결되는 Interface(이게 Physical Port이든 아니면 802.1Q VLAN을 통한 Logical Interface이든)에 따라 어떤 VRF에 매핑될 것인지 결정이 됩니다(그렇게 configuration을 합니다). 예를 들어, MME의 1번 포트(ge1/1)는 vrf Mgmt에 매핑, 2번 포트(ge1/2)는 vrf Control에 매핑... 혹은 MME의 1번 포트의 VLAN 10은 vrf Mgmt에, 1번 포트의 VLAN 20은 vrf Control에 매핑...이런 식이지요. 따라서 아래 그림과 같이 3개의 VPN으로 망을 나누기 위해서는 각 LTE 노드들이 Management, Control, Internet용의 별도의 Interface(Port 혹은 VLAN)를 제공해야 합니다.

Management VPN

• 모든 LTE 장비의 Management Interface가 PE router와 연결되고, 이  Interface는 각 PE router의 "vrf Mgmt"에 속하게 됩니다. 그래서 데이터 센터에 있는 EMS/NMS는 이 VPN을 통해 모든 LTE 장비를 관리하게 됩니다.
• 통신 사업자 내부에서만 트래픽이 교환되고 즉, 인터넷으로 Management 트래픽이 나갈 필요가 없기 때문에 Management VPN에 속하는 LTE 장비의 Interface에는 Private IP 주소를 할당하는게 일반적이고, 따라서 vrf Mgmt에는 Private IP 주소로 구성된 라우팅 엔트리만 존재합니다.

• 모든 LTE 장비의 Signaling/Control/Charging 트래픽을 위한 Interface가 PE router에 연결되고, 이 Interface는 각 PE router의 "vrf Control"에 속하게 됩니다. 그래서 이 VPN을 통해 LTE 장비간 통신을 합니다.
• Management VPN과 동일한 이유로 Control VPN에 속하는 LTE 장비의 Interface에는 Private IP 주소를 할당하는게 일반적이고, 따라서 vrf Control에는 Private IP 주소로 구성된 라우팅 엔트리만 존재합니다.

그럼 왜 이와 같이 3개의 논리적인 망을 만들어 트래픽을 분리(separation)해야 할까요? 

가장 중요한 이유는 바로 "보안(Security)"입니다. 즉, 사용자 유저 데이터를 Internet VPN으로 나누어 버림으로 인하여, 사용자(UE)는 LTE 노드로의 접근이 불가능합니다(LTE 노드로의 접근은 Management/Control VPN만 가능). 다시 말해 vrf Internet에는 데이터센터내 위치한 장비(HSS, PCRF, 등등)에 대한 라우팅 엔트리(해당 장비로 라우팅될 수 있는 경로)가 없으니 접근할 방법이 없는 것입니다. ACL이나 Firewall 설정 보다 간단하면서 효과적입니다.

그리고 또 한가지의 장점은 통신 사업자의 정책에 맞게 망을 논리적으로 분리함으로 인해서 망 운용상에 이점을 가질 수 있습니다. 

다음 시간에는 위 그림과 같이 MPLS L3VPN 망을 구성하기 위한 Control Plane(IGP, LDP, MP-iBGP, PE-CE communication)과 Data Plane(MPLS L3VPN Packet)에 대해서 알아 보도록 하겠습니다.