지난 시간에 이어 오늘은 LTE over MPLS L3VPN 네트워크 구성을 위한 IP/MPLS 프로토콜에 대해 설명드리도록 하겠습니다. 장비 설정(CLI) 레벨의 설명 보다는 프로토콜의 사용 목적에 대해 개념 위주로 살펴 보도록 하겠습니다.

MPLS L3VPN을 위한 IP/MPLS 프로토콜

■ E2E 망 구성

복습 차원에서 지난 시간에 설명드린 망 구성을 간단히 살펴 보면 아래 그림과 같습니다.

• eNB들은 AS로 aggregation되고, AS들은 다시 AR로 aggregation됩니다.
• eNB는 Management(예. EMS와 통신), Control(예. MME와 통신), Internet(예. GTP 터널링된 사용자 데이터) 트래픽 별로 서로 다른 VLAN이 할당(정의)되고, 그 VLAN은 AS를 거쳐 AR로 연결됩니다.
• AR은 MPLS PE 역할을 하며, VLAN 값에 따라 서로 다른 VRF(Virtual Routing & Forwarding)에 매핑을 합니다. 아래 예와 같이요...
  • Management traffic: VLAN 10 (ge1/1.10) -> vrf Mgmt에 매핑
  • Control traffic: VLAN 20 (ge1/1.20) -> vrf Control에 매핑
  • Internet traffic: VLAN 30 (ge1/1.30) -> vrf Internet에 매핑
• 그리고 여러 AR들은 ER로 aggregation되며, EPC 노드(MME, S-GW, P-GW)가 ER에 연결됩니다. ER(PE)도 AR과 같이 3개의 VRF를 가집니다.
• eNB와 같이 EPC 노드들도 Management/Control/Internet 트래픽에 따라 서로 다른 VLAN 혹은 physical port로 ER에 연결 되며, ER은 VLAN 혹은 physical port를 식별자(구분자)로 서로 다른 VRF에 매핑합니다.
• 도시간 연결을 위해 CR이 존재 하고, 이 CR에는 VRF가 생성되지 않습니다. 즉, P 라우터 역할을 합니다.
• 데이터센터에 위치한 DCR(PE)에는 HSS, PCRF 등의 많은 서버들이 연결되며, 이 DCR로는 Internet 트래픽이 올 이유가 없으므로 Management와 Control용 VRF만 생성됩니다.
• 마지막으로 PR(PE)은 인터넷으로 나가는 패스에 있는 라우터로 Internet VRF만 존재합니다. 

■ 프로토콜 구성

이제 프로토콜 구조를 살펴 보도록 하겠습니다. 아래 그림은 MPLS L3VPN 망을 구성하기 위한 전형적인 프로토콜 구성입니다.

MPLS L3VPN 망은 LTE 노드간에 패킷을 전달해 주는것이 목적이고, 아울러 그 패킷을 Management, Control, Internet으로 분류하여 각 트래픽이 서로 섞이지 않도록, 논리적으로 서로 독립적인 라우팅망(VPN)을 만들어 줍니다.

그림의 아래부터 위 방향으로 설명을 드리겠습니다.

• 모든 IP 라우터(AR, ER, CR, DCR, PR, ASBR)는 OSPF나 IS-IS와 같은 IGP 프로토콜이 돌아서 IP 망 토폴로지 정보를 서로간에 주고 받고, shortest path tree 토폴로지를 구성합니다.
• MPLS 라우터(AR, ER, CR, DCR, PR)간에 LDP 프로토콜이 돌아서 MPLS 라우터간에 IP Prefix(앞서 IGP로 배워온 라우팅 정보)와 MPLS Label을 주고 받게 됩니다.
• PE 라우터(AR, ER, DCR, PR)간에 MP-iBGP 프로토콜이 돌아서 각 VRF 별로 IP Prefix(LTE 노드들의 IP 주소 정보)와 MPLS VPN Label을 주고 받게 됩니다.
• 그리고 마지막으로 MP-iBGP 망에 연결된 CE 라우터(여기서는 모든 LTE 노드들)와 PE 라우터간에 Connected/Static/OSPF/IS-IS/BGP 프로토콜을 통해 CE 라우터의 라우팅 정보를 PE 라우터로 전달해 주고, 반대로 PE 라우터의 라우팅 정보를 CE 라우터로 전달해 주게 됩니다. 

1. OSPF for advertisement of router link & loopback address among the IP router

OSPF 프로토콜을 통해 나와 바로 연결되어 있는 IP 라우터(OSPF neighbor)와 라우팅 정보를 주고 받습니다(예. AR은 ER과 주고받고, ER은 AR및 CR과 주고 받고...)

OSPF를 통해 neighbor와 주고 받는 라우팅 정보는 아래와 같습니다. 즉, LTE 노드들의 IP 주소는 OSPF로 실어 나르지 않습니다.

• 각 라우터의 링크 IP 주소
• 각 라우터의 Loopback 주소

LDP 프로토콜 역시 나와 바로 연결되어 있는 MPLS 라우터(LDP neighbor)와 라우팅 정보 및 MPLS Label 정보를 주고 받습니다. (참고: LDP 대신 RSVP를 이용하면 Traffic Engineering 지원이 가능함) 

LDP는 OSPF나 IS-IS와 같은 IGP 프로토콜 위에서 동작을 합니다. 이 말은 곧 OSPF로 배운 라우팅 정보(각 라우터의 링크 IP 및 Loopback 주소)에 대해 MPLS Label을 할당하고, 그 Label을 라우터간에 주고 받게 되는 것입니다.

역시 LTE 노드에 할당된 IP 주소는 OSPF로 주고 받지 않았으므로 LDP로 주고 받는 정보에도 LTE 노드들의 주소는 없습니다.

3. MP-iBGP for MPLS VPN label distribution among the PE router

동일 VRF를 가진 PE 라우터간에 full mesh로 VRF에 들어있는 라우팅 정보(이제 여기에 LTE 노드의 IP 주소가 포함됨) 및 MPLS VPN Label 정보를 주고 받습니다.

Full mesh라 함은, AR은 ER, DCR, PR과 MP-iBGP 프로토콜로 연동이 되고(BGP neighbor가 되고), ER은 AR, DCR, PR과, DCR은 AR, ER과, PR은 AR, ER과...

그런데 이렇게 같은 VRF를 가진 모든 PE 라우터간에 full mesh로 neighbor를 맺는게 초기 설정 및 관리상 복잡하여, BGP에서는 RR(Route Reflector)이라는 개념을 두어, 모든 RRC(RR Client)는 RR과 연결을 맺어, RR을 통해 서로간에 BGP 정보를 주고 받을 수 있습니다. 그리고 이 RR은 반드시 PE 라우터일 필요는 없습니다. 그래서 위 그림과 같이 P 라우터인 CR을 RR로 두고, 나머지 PE 라우터를 RRC로 설정하여 CR을 통해 모든 PE 라우터가 VRF 정보를 주고 받도록 할 수 있습니다.

4. PE-CE Routing between PE router and LTE node

PE-CE Routing이란 CE 라우터가 가진 라우팅 정보를 PE 라우터로 전달하고, 반대로 PE 라우터가 가진 라우팅 정보를 CE 라우터로 전달해 주는 것입니다. 그 방법은 OSPF, IS-IS, BGP와 같은 라우팅 프로토콜을 통하거나 아니면 PE 라우터에 CE가 직결된 경우 connected interface를 통해, 혹은 직결되지 않은 경우 static route 설정을 통해서 가능합니다. 위 그림에서는 AR과 DCR의 경우 connected interface로, ER은 OSPF로 예를 들었습니다. (참고: 통상적으로 eNB나 데이터센터에 위치한 서버들에는 라우팅 프로토콜을 돌리지 않음)

위의 3번(MP-iBGP)과 4번(PE-CE Routing)을 중심으로 라우팅 정보 교환을 살펴 보면 아래와 같습니다.

PE-CE Routing을 통해 PE 라우터가 배우는 라우팅 정보

• AR (via connected or static route): eNB의 IP 주소를 배움(설정함)
• ER (via OSPF): MME, S-GW, P-GW의 IP 주소 및 P-GW가 가진 UE IP Pool 주소를 배움
• DCR (via connected or static route): HSS, PCRF, SPR, OFCS, OCS, EMS, NMS의 IP 주소를 배움(설정함)

PE-CE Routing을 통해 CE 라우터(LTE 노드)가 배우는 라우팅 정보

• eNB (via default route configuration): default route(0.0.0.0/0)로 next hop을 AR로 설정
• MME, S-GW, P-GW (via OSPF):  ER을 통해 다음과 같은 라우팅 정보를 배움
  • LTE 노드들(eNB, HSS, PCRF, OFCS, OCS) IP 주소
  • EMS/NMS의 IP 주소
  • P-GW가 GTP 터널 헤더 제거 후 UE의 패킷을 인터넷으로 보내기 위한 default route (next hop은 PR임)
• HSS, PCRF, SPR, OFCS, OCS, EMS, NMS (via default route configuration): default route로 next hop을 DCR로 설정