5G 시대에는 클라우드 네이티브 애플리케이션 아키텍처가 필수입니다

서비스 제공업체 | 5G 애플리케이션

요약

클라우드 네이티브 아키텍처로 전환하면 서비스 제공업체는 많은 이점을 얻는 동시에 여러 과제에 직면하게 됩니다. F5의 클라우드 네이티브 솔루션은 5G 도입을 가속화하는 데 도움이 됩니다.

가입자에게 더 가까운 곳에서 애플리케이션 및 서비스 제공

5G의 도입은 수백만 개의 새로운 애플리케이션 개발을 가속하는 촉매제 역할을 합니다. 방대한 데이터를 처리하고 지연 시간에 민감한 애플리케이션이 대거 개발되면서 가입자의 컴퓨팅 환경이 다중 액세스 엣지 컴퓨팅(MEC)으로 이동하고 있습니다. MEC는 컴퓨팅, 스토리지, 네트워킹 및 서비스를 애플리케이션, 디바이스, 사용자와 더욱 가까운 곳에 배치합니다. 또한 지연 시간을 단축하고 보안을 강화하여 정부, 의료, 제조 등 다양한 산업의 혁신을 위한 기반을 마련합니다.

애플리케이션 중심의 세상에서는 클라우드 네이티브 아키텍처가 필수입니다

서비스 제공업체는 네트워크 코어부터 에지까지 마이크로서비스 기반의 클라우드 네이티브 인프라를 구축하며 5G 여정을 이어가고 있습니다. 이 클라우드 네이티브 솔루션은 가상화 네트워크가 한 단계 발전한 형태입니다. 네트워크 내에서 워크로드를 동적으로 프로비저닝하면 운영 자동화, 유연성 및 적응성을 새로운 수준으로 끌어올릴 수 있습니다.

클라우드 네이티브 아키텍처로 전환하면 다음과 같은 다양한 이점이 있습니다:

시장 출시 기간 단축: 클라우드 네이티브 접근 방식은 지속적 통합 및 지속적 제공(CI/CD), 운영 및 지원 프로세스 자동화, 애자일 DevOps 개발 프로세스를 통해 새로운 사용 사례의 배포 속도를 높입니다.
효율성 향상: 클라우드 네이티브 애플리케이션은 가상 머신 기반 소프트웨어보다 리소스를 최대 40% 적게 사용합니다.
확장성: 클라우드 네이티브 아키텍처를 사용하면 서비스 제공업체는 수십만 개의 노드까지 확장할 수 있습니다.
운영 비용 절감: 멀티 클라우드 환경 전반에서 자동화되고 프로그래밍 가능한 운영을 통해 비용을 절감할 수 있습니다.
리소스 활용도 향상: 하드웨어와 소프트웨어를 분리하면 서비스 제공업체는 더 이상 필요하지 않은 리소스를 재사용할 수 있습니다.
개발 시간 단축: 클라우드 네이티브 접근 방식은 개발 및 운영 과정의 프로세스 자동화를 가속하고 애자일 DevOps 개발 프로세스를 지원합니다.

클라우드 네이티브 애플리케이션은 가상 머신 기반 소프트웨어보다 리소스를 최대 40% 적게 사용합니다.

서비스 기반 아키텍처를 통한 네트워크 분리로의 전환

서비스 제공업체는 코어부터 최원단 에지까지 전체 네트워크에 걸쳐 클라우드 네이티브 인프라를 정의하고 구축하고 있습니다. 3GPP(3rd Generation Partnership Project)의 정의에 따르면, 서비스 기반 아키텍처(SBA)는 5G 네트워크의 제어 평면 기능과 공통 데이터 저장소를 제공하는 상호 연결된 네트워크 기능(NF)의 집합입니다. 클라우드 네이티브 SBA를 지원하려면 네트워크 전반에 분산된 비통합형 네트워크 기능을 제어, 조정 및 오케스트레이션하기 위한 새로운 요건이 필요합니다. 네트워크 기능은 5G 코어, 가상화 무선 액세스 네트워크(vRAN), N6-LAN 네트워크 기능을 지원할 수 있는 컨테이너화된 마이크로서비스입니다.

그림 1: 코어 데이터 센터부터 최외곽 엣지까지 아우르는 5G 엔드투엔드 클라우드 네이티브 아키텍처

5G 네트워크 분리

클라우드 네이티브 서비스 기반 아키텍처는 서비스 제공업체가 수직형 스택 구현에서 수평형 스택 구현으로 전환할 수 있도록 하는 패러다임의 변화를 가져옵니다. 수직형 스택 방식은 특정 공급업체에 대한 종속성을 심화시키고 각 공급업체가 자체 인프라를 구축하도록 요구하므로 복잡성이 증가합니다.

수평형 스택 접근 방식은 이러한 공급업체 관련 복잡성과 제약을 해소하는 동시에 서비스 제공업체가 네트워크에 대한 제어권과 가시성을 유지할 수 있도록 합니다. 수평형 스택을 도입하면 서비스 제공업체는 코어, 엣지 및 파 엣지 사이트 전반에 일관된 클라우드 네이티브 인프라(통신사 클라우드)를 구축하여 vRAN, 단독 모드(SA) 5G 코어, 내부 애플리케이션, 기업 및 소비자용 애플리케이션을 지원할 수 있습니다. 5G를 통해 서비스 제공업체는 수평형 스택 접근 방식으로 전환하고 가입자 수요에 따라 엣지 사이트를 확장할 수 있습니다.

“클라우드 네이티브 서비스 기반 아키텍처는 서비스 제공업체가 수직형 스택 구현에서 수평형 스택 구현으로 전환할 수 있도록 하는 패러다임의 변화를 가져왔습니다.”

왼쪽 그림: 수직 스택 방식 | 오른쪽 그림: 수평 스택 방식

표 1은 5G 분리를 촉진하는 주요 요인을 보여줍니다. 이를 통해 서비스 제공업체는 클라우드 네이티브 인프라의 이점을 온전히 누릴 수 있습니다.¹

디스어그리게이션의 주요 동인

표 1: 5G 네트워크의 분리화를 촉진하는 요인1

클라우드 네이티브의 과제

Kubernetes는 클라우드 네이티브 아키텍처의 컨테이너 관리 및 오케스트레이션을 위한 표준으로 자리 잡았습니다. 그러나 Kubernetes는 통신 네트워크 기능(NF)과 5G HTTP/2-REST, Diameter, SIP, GTP, SCTP 같은 통신사 전용 프로토콜을 호스팅하도록 설계되지 않았습니다.

서비스 제공업체가 Kubernetes를 사용할 때 직면하는 과제는 다음과 같습니다:

여러 트래픽 유형에 정책 제어를 적용하고 4G(SIP, Diameter, SCTP 등)에서 5G 프로토콜로의 전환을 지원하기 어렵습니다.
네트워크의 여러 지점과 여러 계층에 걸쳐 적절한 보안을 적용할 수 없음.
인프라로 유입되거나 인프라 내부에서 이동하는 트래픽 흐름에 대한 가시성 부족.
향후 몇 년간 서비스 제공업체가 4G와 5G를 모두 계속 운영함에 따라 수익 관리가 미흡해질 수 있습니다. SA 5G 코어가 구축되면 많은 서비스 제공업체가 기존 4G 빌링 및 과금 시스템을 활용하여 5G 서비스 출시를 앞당기고 투자 수익을 더 빠르게 실현할 것입니다.

F5 5G 솔루션

F5는 이러한 클라우드 네이티브 인프라 과제를 해결하고 vRAN, 5G 코어 및 엔터프라이즈 애플리케이션의 네트워킹과 보안 요구 사항을 지원하는 솔루션을 제공합니다. F5 솔루션은 다음과 같습니다:

Kubernetes용 F5 BIG-IP Next Service Proxy
F5 통신사업자급 Aspen Mesh
F5 N6-LAN 서비스
F5 보안 솔루션

그림 3: 분산형 5G 네트워크 전반에 적용되는 F5 솔루션

Kubernetes용 F5 BIG-IP Next Service Proxy

F5 BIG-IP Next Service Proxy for Kubernetes(SPK)는 Kubernetes를 위한 네트워킹 및 보안의 단일 지점을 제공하도록 특별히 설계되었으며, 서비스 제공업체 네트워크에 특화된 아키텍처를 갖춘 고유한 솔루션입니다. BIG-IP Next SPK는 클러스터의 네트워킹(인그레스 및 이그레스)을 단일 지점에서 제공하고, 공격 표면을 줄여 보안을 강화하며, 4G 및 5G 시그널링 프로토콜을 지원합니다. BIG-IP Next SPK는 구성 및 오케스트레이션을 위한 Kubernetes 설계 패턴을 따릅니다. BIG-IP SPK가 제공하는 기능은 다음과 같습니다.

인그레스/이그레스 제어

L4 부하 분산: TCP, UDP 및 SCTP
L7 부하 분산: Diameter, SIP, HTTP/2
GTPcV2 부하 분산
라우팅
요청 속도 제한

보안

시그널링 방화벽, DDoS, WAF
암호화/복호화
토폴로지 은닉

가시성

수익 보장
통계 및 분석

F5 캐리어급 Aspen Mesh

F5 캐리어급 Aspen Mesh는 서비스 제공업체가 애플리케이션 트래픽 가시성, 보안 및 정책 관리를 개선할 수 있도록 지원합니다. 이 서비스 메시는 서비스 제공업체의 클라우드 네이티브 인프라를 위해 특별히 설계되었으며, 오픈 소스 플랫폼 Istio를 기반으로 서비스 제공업체 네트워크에 필수적인 기능을 추가하여 구축되었습니다. F5 캐리어급 Aspen Mesh가 제공하는 기능은 다음과 같습니다.

각 5G 코어 Kubernetes 클러스터 내의 트래픽을 확인하여 모든 계층에서 트래픽 가시성을 확보할 수 있습니다. 이를 통해 기존 과금 시스템을 사용하여 5G를 수익화하는 데 필요한 데이터에 대한 가시성을 확보하고 수익을 보장할 수 있습니다.
멀티벤더 및 멀티사이트 네트워크 기능 간의 모든 트래픽을 일관된 방식으로 암호화하고 인증하여 고급 보안을 제공합니다. F5 Carrier-Grade Aspen Mesh는 통신사업자급 및 3GPP 호환 인증 기관을 기반으로 하는 기술을 사용하여 구축되었습니다.
서비스 제공업체가 서비스 통신을 효율적으로 라우팅하고 서비스 메시 및 네트워크 트래픽에 대한 비즈니스 및 규정 준수 정책을 적용할 수 있도록 지원하는 트래픽 제어 및 정책 관리.

이러한 기능 외에도 F5 Carrier-Grade Aspen Mesh는 표준 Kubernetes에서는 제공하지 않는 패킷 캡처 기능을 제공합니다. 패킷 캡처는 클러스터 내 CNF 간 통신 문제를 해결하고 합법적 감청과 같은 정부 요구 사항을 지원하는 데 중요합니다.

5G SA 코어 예시

BIG-IP Next SPK와 통신사업자급 Aspen Mesh는 5G 클라우드 네이티브 인프라에서 Kubernetes를 사용할 때 발생하는 서로 다른 과제를 해결합니다. BIG-IP Next SPK는 다중 프로토콜 시그널링 지원, 보안, Kubernetes 클러스터로 유입되고 클러스터에서 유출되는 트래픽에 대한 가시성 요구를 충족하며, 통신사업자급 Aspen Mesh는 CNF 간 통신을 지원합니다. 두 솔루션 모두 5G 클라우드 네이티브 인프라 구축에 필수적입니다.

그림 4: BIG-IP Next SPK 및 Carrier-Grade Aspen Mesh를 활용하는 SA 5G 코어 클라우드 네이티브 네트워킹 아키텍처

F5 N6 LAN 서비스

5G 네트워크는 코어 데이터 센터, 엣지 및 파 엣지에 배포할 수 있는 동적 애플리케이션을 제공합니다. 4G에서 S/Gi-LAN에 위치했던 네트워크 기능은 이제 애플리케이션이 있는 위치로 이동할 수 있는 서비스 기반 CNF로 전환되었습니다.

새로운 네트워크 기능은 자체 완결적이고 독립적이며 재사용할 수 있습니다. 각 네트워크 기능 서비스는 HTTP/2를 사용하는 명확하게 정의된 REST 인터페이스를 채택한 서비스 기반 인터페이스(SBI)를 통해 해당 기능을 제공합니다. N6 LAN이라고 하는 이 기능은 패킷 게이트웨이와 데이터 네트워크 사이의 N6 인터페이스에 위치합니다.

F5 N6 LAN 네트워크 기능에는 트래픽 관리, 네트워크 보안, DNS 서비스, 정책 적용, 통신사업자급 네트워크 주소 변환(NAT)이 포함됩니다. 최근까지 이러한 서비스의 대부분은 전용 하드웨어 장치에 구현되었지만, 가상화 인프라가 부상하면서 이제 이러한 네트워크 기능은 가상 네트워크 기능(VNF)으로 배포되고 있으며, 최근에는 클라우드 네이티브 네트워크 기능(CNF)으로도 배포되고 있습니다.

서비스 제공업체의 요구 사항을 충족하기 위해 F5는 통합 및 가상화 솔루션을 통해 업계에서 가장 포괄적인 N6 서비스 세트를 제공합니다. N6 서비스를 통합하고 가상화하면 성능을 향상하고 지연 시간을 단축하는 동시에 자본 및 운영 비용을 최대 60%까지 절감할 수 있습니다.2

F5 N6 서비스 솔루션은 보안부터 비디오 최적화에 이르는 광범위한 서비스를 단일 플랫폼에 통합합니다. 서비스 확장이 간소화되며, 통합 프레임워크는 서비스 제공업체가 네트워크를 최적화하고 5G로 전환하는 데 도움이 되는 공통 기술을 제공합니다.

F5의 N6 LAN 네트워크 기능은 하드웨어 어플라이언스, VNF 또는 CNF 형태로 사용할 수 있으므로 서비스 제공업체는 사용 사례에 가장 적합한 배포 솔루션을 선택할 수 있습니다.

그림 5a: 제공되는 Gi-LAN/N6 서비스

그림 5b: 핵심 N6 서비스의 설계, 배포 및 운영 간소화

F5 N6 솔루션 및 서비스를 통해 서비스 제공업체는 다음을 수행할 수 있습니다:

맞춤형 가입자 및 네트워크 인식 트래픽 스티어링 솔루션을 위한 지능형 트래픽 관리 및 로컬 DNS 서비스를 제공합니다.
통신사업자급 NAT(CGNAT) 서비스를 제공하고 네트워크를 IPv4에서 IPv6로 마이그레이션합니다.
ISCA 인증 보안 솔루션으로 대규모 트래픽 공격으로부터 네트워크를 보호합니다.
가입자 인식 기반 정책 적용, 트래픽 분류, TCP 최적화 및 URL 분류 기능을 제공합니다.
DNS 기반 자녀 보호 기능과 IoT 기기를 특별히 보호하도록 설계된 가입자 인식형 IoT 방화벽을 포함한 새로운 가입자 보안 서비스를 구축하고 배포합니다.
머신 러닝 기반의 시그니처 탐지 및 세분화된 정책 제어를 통해 비디오 최적화를 강화합니다.

F5 보안 솔루션

5G는 더 많은 연결 지점과 더 높은 처리량, 새로운 프로토콜을 제공하여 보안 공격 표면을 확대합니다. 코어, 엣지, 파 엣지를 비롯한 네트워크 전반에 걸쳐 포괄적인 보안이 필요합니다. F5 보안 도구는 다음과 같습니다:

F5 DDoS 방어: 분산 서비스 거부(DDoS) 공격의 유형에 관계없이 신속하게 대응할 수 있도록 원활하고 유연하며 배포하기 쉬운 솔루션을 제공합니다. DDoS 방어 제품에는 F5 DDoS Hybrid Defender와 F5 Silverline DDoS Protection이 포함됩니다.

F5 AFM: 네트워크와 프로토콜을 포괄적으로 보호하여 가입자 경험을 보장하고, 이탈률을 낮추며 수익을 증대합니다. 실행 가능한 가시성을 통해 공격을 신속하게 완화할 수 있습니다.

F5 Advanced Web Application Firewall(WAF): 행동 분석, 선제적 봇 방어, 애플리케이션 계층의 민감한 데이터 암호화를 통해 앱을 보호합니다. 앱 자체를 업데이트하지 않고도 앱을 대상으로 하는 가장 일반적인 공격을 방어합니다.

F5 Distributed Cloud Bot Defense: 인공 지능과 머신 러닝을 활용하여 공격자를 차단하고 사기를 방지합니다. 웹 및 모바일 애플리케이션과 API 엔드포인트를 정교한 자동화 공격으로부터 보호하여 대규모 사기로 이어지는 것을 방지합니다.

F5의 서비스 제공업체용 5G 솔루션을 사용해야 하는 이유

5G로 원활하게 전환
F5가 제공하는 다음과 같은 지원을 통해 4G 인프라를 유지하고 Kubernetes 및 5G 코어와의 상호 운용성을 강화하세요:

새롭고 매력적이며 차별화된 5G 서비스의 출시 기간 단축.
F5의 고유한 N6 LAN 솔루션으로 코어 네트워크 아키텍처와 운영을 간소화하고 비용을 절감합니다.
5G 서비스에 대한 과금 지원.

클라우드 네이티브 성능 및 보안 구현
Kubernetes와 고급 보안을 활용하여 클라우드 네이티브 컨테이너 기반 아키텍처를 구축할 수 있습니다. F5를 통해 서비스 제공업체는 다음을 수행할 수 있습니다:

코어, 엣지 및 파 엣지까지 확장 가능한 컨테이너 기반 아키텍처를 구축합니다.
수평적 확장성과 유연성을 향상할 수 있도록 동적 네트워크 확장성을 확보합니다.
코어, 엣지 및 파 엣지 전반에 보안을 구현하세요.
Aspen Mesh 암호화를 활용하세요.

트래픽 가시성과 제어 극대화
Kubernetes 컨테이너를 통해 5G로 전환하는 데 필수적인 제어 및 가시성을 확보할 수 있도록 통신 서비스 제공업체 관련 기능을 활용하세요. F5는 다음을 제공합니다:

청구를 위한 향상된 가시성과 추적성.
4G 프로토콜을 위한 라우팅, 부하 분산, 속도 제한 등 트래픽 관리 기능이 개선되었습니다.
부하 분산 자동 구성을 위한 Kubernetes 자동 검색.
문제 해결 및 합법적 감청을 위한 패킷 캡처.
분석 및 정책 관리를 위한 Aspen Mesh.
멀티테넌트 환경에서 원활하게 운영됩니다.

결론

5G의 도입은 수백만 개의 새로운 애플리케이션 개발을 가속하는 촉매제 역할을 합니다. 방대한 데이터를 처리하고 지연 시간에 민감한 애플리케이션이 대거 개발되면서 가입자 컴퓨팅이 다중 액세스 엣지 컴퓨팅(MEC)으로 이동하고 있습니다. MEC는 컴퓨팅, 스토리지, 네트워킹 및 서비스를 애플리케이션, 디바이스, 사용자와 더 가까운 곳에 배치합니다. 또한 지연 시간을 단축하고 보안을 강화하여 정부, 의료, 제조 등 다양한 산업의 혁신을 위한 기반을 마련합니다.

_각주

_{¹ ABI Research, “5G 시대를 위한 클라우드 네이티브 네트워킹”
² F5 솔루션 개요, “Gi LAN 간소화}”