[Daily morning study] SDN (Software Defined Networking)과 OpenFlow 개념

21 Oct 2026 in Daily morning study / Network

#daily morning study

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전통적인 네트워크의 한계

기존 네트워크 장비(라우터, 스위치)는 제어 로직과 패킷 전달 기능이 하나의 장비에 통합되어 있다. 각 장비가 독자적으로 경로를 계산하고, 장비마다 따로 CLI로 접근해서 설정해야 한다. 대규모 데이터센터 환경에서는 이런 방식에 몇 가지 문제가 생긴다.

• 네트워크 정책 변경 시 수백 대의 장비를 일일이 설정해야 함
• 벤더(Cisco, Juniper 등)에 종속된 독점 소프트웨어와 하드웨어
• 트래픽 패턴 변화에 유연하게 대응하기 어려움
• 자동화와 프로그래밍이 제한적

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SDN이란?

SDN(Software Defined Networking)은 네트워크의 제어 평면(Control Plane)과 데이터 평면(Data Plane)을 분리해서, 중앙 집중형 소프트웨어 컨트롤러로 네트워크 전체를 프로그래밍 방식으로 관리하는 아키텍처다.

핵심 아이디어는 간단하다. 라우팅 결정은 중앙 컨트롤러가 하고, 스위치/라우터는 그 결정에 따라 패킷을 전달하는 단순한 장비로 만드는 것이다.

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SDN 3계층 아키텍처

SDN은 세 개의 계층으로 구성된다.

계층	역할	예시
Application Layer	네트워크 정책 정의, 비즈니스 로직	로드밸런서, 방화벽, 트래픽 엔지니어링 앱
Control Layer	중앙 집중식 제어, 글로벌 네트워크 뷰	SDN 컨트롤러 (ONOS, OpenDaylight)
Infrastructure Layer	실제 패킷 전달, 포워딩	OpenFlow 지원 스위치, 라우터

Application Layer ↔ Control Layer 사이의 인터페이스를 Northbound API(주로 REST)라고 하고,
Control Layer ↔ Infrastructure Layer 사이를 Southbound API(주로 OpenFlow)라고 한다.

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Control Plane과 Data Plane 분리

Control Plane(제어 평면)은 어떤 경로로 패킷을 보낼지 결정하는 두뇌 역할이다. 라우팅 프로토콜(OSPF, BGP 등)이 여기에 속한다.

Data Plane(데이터 평면)은 결정된 경로에 따라 실제로 패킷을 포워딩하는 역할이다. FIB(Forwarding Information Base)를 참조해서 패킷을 보낸다.

전통 네트워크에서는 두 기능이 같은 장비에 있다. SDN은 Control Plane을 뽑아내서 중앙 컨트롤러로 옮긴다.

[전통 네트워크]
 라우터 A: Control Plane + Data Plane
 라우터 B: Control Plane + Data Plane
 라우터 C: Control Plane + Data Plane
 → 각자 독립적으로 경로 계산

[SDN]
 SDN 컨트롤러: Control Plane (전체 토폴로지 파악)
      ↕ OpenFlow
 스위치 A: Data Plane만
 스위치 B: Data Plane만
 스위치 C: Data Plane만
 → 컨트롤러 지시에 따라 패킷 전달

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OpenFlow 프로토콜

OpenFlow는 SDN 컨트롤러와 네트워크 스위치 사이의 표준 통신 프로토콜이다. ONF(Open Networking Foundation)에서 관리한다.

컨트롤러는 OpenFlow를 통해 스위치의 플로우 테이블(Flow Table)을 직접 읽고 쓴다.

플로우 테이블 구조

플로우 테이블의 각 항목(Flow Entry)은 세 부분으로 구성된다.

구성 요소	설명
Match Fields	패킷과 매칭할 조건 (IP 주소, 포트, MAC 주소, VLAN ID 등)
Priority	여러 룰이 매칭될 때 우선순위
Actions	매칭된 패킷에 수행할 동작
Counters	매칭 횟수, 바이트 수 통계

Actions 종류

• OUTPUT: 지정한 포트로 패킷 전송
• DROP: 패킷 버림
• FLOOD: 모든 포트로 브로드캐스트
• CONTROLLER: 컨트롤러로 패킷 전달 (처음 보는 패킷 처리)
• MODIFY_FIELD: 헤더 필드 수정 (NAT, QoS 등)

패킷 처리 흐름

패킷 수신
    ↓
Flow Table 조회 (Match)
    ↓
  매칭됨? ──YES──→ Action 실행 (전달, 드롭 등)
    │
   NO
    ↓
Packet-In 메시지로 컨트롤러에 전달
    ↓
컨트롤러가 경로 계산 후 Flow Rule 설치
    ↓
스위치가 Flow Entry에 따라 패킷 전달

처음 보는 플로우의 첫 번째 패킷은 컨트롤러로 올라가서 처리된다. 컨트롤러가 Flow Entry를 설치하면 이후 같은 플로우의 패킷은 스위치가 직접 처리한다.

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주요 SDN 컨트롤러

ONOS (Open Network Operating System)

AT&T, 구글 등 통신사 중심으로 개발된 오픈소스 컨트롤러. 고가용성과 분산 구조를 지원한다. 대규모 WAN 환경에 강하다.

OpenDaylight (ODL)

리눅스 재단 산하의 오픈소스 프로젝트. Java 기반이며 다양한 남향 프로토콜(OpenFlow, NETCONF, OVSDB 등)을 지원한다.

Ryu

Python으로 작성된 경량 SDN 컨트롤러. 학습과 프로토타이핑에 적합하다.

# Ryu 컨트롤러 예시 - Packet-In 핸들러
from ryu.base import app_manager
from ryu.controller import ofp_event
from ryu.controller.handler import MAIN_DISPATCHER, set_ev_cls
from ryu.ofproto import ofproto_v1_3

class SimpleSwitch(app_manager.RyuApp):
    OFP_VERSIONS = [ofproto_v1_3.OFP_VERSION]

    @set_ev_cls(ofp_event.EventOFPPacketIn, MAIN_DISPATCHER)
    def packet_in_handler(self, ev):
        msg = ev.msg
        datapath = msg.datapath  # 스위치
        ofproto = datapath.ofproto
        parser = datapath.ofproto_parser

        # 모든 포트로 패킷 플러드
        actions = [parser.OFPActionOutput(ofproto.OFPP_FLOOD)]
        out = parser.OFPPacketOut(
            datapath=datapath,
            buffer_id=msg.buffer_id,
            in_port=msg.match['in_port'],
            actions=actions
        )
        datapath.send_msg(out)

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SDN의 장점

중앙 집중식 관리: 전체 네트워크를 한 곳에서 볼 수 있어서 정책 적용이 쉽고 일관성이 높다.

프로그래밍 가능성: API로 네트워크를 코드로 제어할 수 있어서 자동화와 CI/CD 파이프라인 통합이 가능하다.

하드웨어 독립성: 화이트박스 스위치(범용 하드웨어)에 OpenFlow를 올려서 비용을 줄일 수 있다.

세밀한 트래픽 제어: 플로우 단위로 경로와 정책을 설정할 수 있어서 트래픽 엔지니어링이 유연하다.

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SDN의 단점

컨트롤러 단일 장애점: 컨트롤러가 죽으면 전체 네트워크가 마비될 수 있다. 컨트롤러 이중화 필수.

지연: 새로운 플로우마다 컨트롤러 통신이 필요해서 첫 번째 패킷 처리에 지연이 생긴다.

확장성: 대규모 네트워크에서 컨트롤러가 처리해야 하는 플로우 설정 요청이 병목이 될 수 있다.

레거시 호환성: 기존 네트워크 장비와의 혼용이 복잡하다.

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실제 활용 사례

구글 B4: 구글 데이터센터 간 WAN(Wide Area Network)에 SDN을 적용해서 링크 활용률을 95% 이상으로 끌어올린 사례다. 기존 IP 라우팅으로는 40~60%가 한계였다.

데이터센터 가상화: VMware NSX, Open vSwitch(OVS) 기반 오버레이 네트워크. 가상 머신 간 트래픽을 SDN으로 제어한다.

5G 코어 네트워크: 3GPP 표준에서 5G 코어는 SDN/NFV 기반의 분리된 제어/데이터 평면 구조를 채택했다.

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NFV와의 관계

SDN과 자주 묶이는 개념으로 NFV(Network Functions Virtualization)가 있다.

	SDN	NFV
목적	네트워크 제어 소프트웨어화	네트워크 기능 소프트웨어화
대상	스위치/라우터의 Control Plane	방화벽, IDS, 로드밸런서 등
결과	프로그래머블 네트워크	가상 네트워크 어플라이언스

SDN과 NFV는 상호 보완적이다. SDN은 트래픽 경로를 결정하고, NFV는 그 경로 위의 가상 네트워크 기능을 제공한다.