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LTE QoS (3편: 실전편) - LTE QoS를 이용한 P2P 트래픽 제어 방안
LTE QoS (Part 3) - P2P Traffic Bandwidth Control using the LTE QoS
January 11, 2012 | By 유창모 (cmyoo@netmanias.com)
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Netmanias Blog  9일 10일자에서 LTE QoS에 대해서 소개드린 적이 있습니다.

오늘은 LTE QoS 실전 편으로 LTE망에서 LTE QoS를 이용하여 P2P 트래픽을 제어하는 예를 보여 드리도록 하겟습니다.

 

가상의 통신사업자 "NMC Telecom"이 있다 하구요, 이 통신사업자는 LTE 가입자에게 다음과 같은 상품(Service Plan)을 제공하고 있습니다.

  • 인터넷 사용에 대해서는 대역폭 제어를 하지 않습니다.
  • 다만 BitTorrent와 같은 P2P 트래픽에 대해서는 하향(Download) 512Kbps, 상향(Upload) 128Kbps로 속도 제어를 합니다.
 

이를 위한  LTE QoS 구조가 아래와 같습니다. UE(단말)와 eNB(무선 기지국)가 있구요, SAE-GW는 S-GW와 P-GW 기능을 하나로 합친 일체형 장비입니다.

 

 

 

 

설명을 시작하기에 앞서

 

일단 LTE 장비(SAE-GW)에서 P2P 트래픽을 검출하기 위해서는 DPI(Deep Packet Inspection) 기능이 포함되어 있어야 합니다. 이 DPI 기능은 Packet의 payload까지(L7 까지) 들여다 볼 수 있어 이를 통해 SAE-GW를 지나다니는 패킷이 Web인지, Voice인지, Video인지, P2P인지등의 트래픽의 응용을 모두 구분 할 수 있습니다. 참고로 이 DPI 기능만을 제공하는 독립형 장비(Cisco SCE, Sandvine PTS)도 시장에 나와 있습니다.

 

 

하향 트래픽 (DL)

 

  1. 트래픽이 인터넷(PDN)에서 SAE-GW로 유입이 되면, 일단 SAE-GW 내의 DPI 기능에 의해서 P2P 트래픽인지 아닌지를 구분합니다.
  2. P2P 트래픽에 대해서는 SDF(Service Data Flow)=1, EPS Bearer ID=5로 매핑이 됩니다. (SAE-GW는 P2P 트래픽을 어떤 SDF와 어떤 EPS Bearer ID로 매핑할지에 대한 정보를, 가입자가 LTE 망에 접속할때 PCRF로 부터 받습니다.)
  3. SDF=1에 대해서는 MBR(Maximum Bit Rate)=512Kbps로 정의되어 있어, P2P 트래픽들은 512Kbps로 Rate Policing이 됩니다. (512Kbps 이상 P2P 트래픽이 유입되면 discard)
  4. 한편 DPI 기능에 의해서 P2P가 아닌것으로 판명된 트래픽은 SDF Filter(5-tuple based Packet Classifier)에 의해서 분류 작업을 하는데, 여기서는 그 Filter가 (Source IP, Destination IP, Protocol ID, Source Port, Destination Port) = (*, UE IP, *, *, *)로 되어 있습니다. 여기서 '*'는 any, 즉 wildcard(무슨 값이든 상관없음)의 의미입니다. 따라서 해당 UE의 IP 주소를 목적지로 하는 모든 트래픽은 본 Rule에 match가 되고, 따라서 P2P가 아닌 나머지 인터넷 트래픽은 SDF=2, EPS Bearer ID=5로 매핑이 되어 집니다. (SAE-GW는 본 SDF Filter 정보 역시 가입자가 LTE 망에 접속할때, PCRF로 부터 받습니다.)
  5. SDF=2에 대해서는 MBR(Maximum Bit Rate)=Unlimited로 정의되어 있어, P2P가 아닌 나머지 인터넷 트래픽은 대역폭 제어(제한)를 받지 않습니다.
  6. SDF=1과 SDF=2는 모두 APN-AMBR(Non-GBR형 EPS Bearer들에 대해, 동일 APN(여기서는 Internet)으로 부터 수신된 트래픽의 대역폭을 제어하는 QoS 파라미터)=Unlimited에 의해서 대역폭 제어를 받지 않으며, 이 SDF들은 EPS Bearer ID=5에 매핑이 되어 GTP tunnel을 통해 eNB로 전달됩니다. 결과적으로 1~6의 과정을 통해 P2P는 512Kbps로 대역폭을 제어받고, 나머지 인터넷 트래픽은 대역폭 제어를 받지 않고 eNB로 전달이 됩니다.
  7. EPS Bearer ID=5를 통해 eNB로 전달된 트래픽은 eNB의 UE-AMBR(Non-GBR형 EPS Bearer들에 대해, UE로 향하는 모든 트래픽에 대한 대역폭 제어)=Unlimited에 의해서 대역폭 제어를 받지 않고 무선 구간의 리소스가 되는 선에서 eNB는 최선을 다해 트래픽을 UE로 전달합니다.

 

 

상향 트래픽 (UL)

 

  1. UE 내의 Application에서 트래픽이 발생하면, UE의 TFT Filter(UE는 SDF를 구분하지 못하고, 어떤 응용을 어떤 EPS Bearer에 실어야 할지만 압니다. SDF 구분은 SAE-GW(P-GW)에서만 !)에 의해서 EPS Bearer ID=5로 매핑이 되어 집니다.(UE는 본 TFT Filter 정보를, 가입자가 LTE 망에 접속할때 LTE 망으로 부터 받습니다.)
  2. Internet이란 APN으로 나가는 모든 Non-GBR형 EPS Bearer들(여기서는 Default EPS Bearer 하나이고, 이 Bearer는 Non-GBR 타입)의 트래픽은 모두 UE의 APN-AMBR에 의해서 대역폭을 제어 받는데, 여기서는 Unlimited이므로 UE는 P2P든 아니든 송신 가능한 최대 대역폭으로 보냅니다.
  3. 본 UE 트래픽은 eNB로 전달이 되고, eNB는 UE-AMBR에 의해서 해당 UE가 보낸 모든 Non-GBR형 EPS Bearer들의 트래픽에 대한 상향 대역폭 제어를 합니다. 사실 UE에서 최대 대역폭으로 보내고 eNB는 UE-AMBR로 제어한다는 말은 틀린 표현이구요. eNB에서 UE-AMBR 값에 의거하여 해당 UE에게 송신 가능한 기회(무선구간 time slot)를 주기 때문에 정확한 표현은 "eNB의 UE-AMBR 값에 의해서 UE는 무선 구간으로 트래픽을 전송할 대역폭을 제어 받는다"가 맞습니다. 여기서는 UE-AMBR=Unlimited이므로 대역폭 제한 없이 무선구간 상황에 맞게 최선을 다해 UE가 eNB로 트래픽을 보낼 것입니다.
  4. eNB로 부터 EPS Bearer ID=5를 통해 트래픽을 수신한 SAE-GW는 동일 APN(여기서는 Internet)으로 나가는 Non-GBR형 EPS Bearer들의 트래픽을 모두 모아 APN-AMBR로 대역폭을 제어합니다. 여기서도 역시 Unlimited로 대역폭 제어를 하지 않습니다.
  5. 이제 SAE-GW의 DPI가 P2P 트래픽과 아닌 트래픽을 분리시킵니다. (결국 상하향 모두 P2P를 검출하는건 SAE-GW이죠)
  6. P2P 트래픽은 SDF=1로 정의되어 SDF=1용 MBR=128Kbps에 의해서 대역폭이 128Kbps로 제한이 됩니다.
  7. 그리고 나머지 Internet 트래픽들은 SDF=2로 정의되어, SDF=2용 MBR=Unlimited에 의해서 대역폭 제어를 받지 않고 인터넷으로 나가게 됩니다.

 

이와 같은 방법을 통해 하나의 EPS Bearer ID를 통해 지나다니는 트래픽을 P2P와 나머지 Internet으로 구분하고, 이 중에 P2P만 상/하향 대역폭을 제어할 수 있습니다.

 

Netmanias.2012.01.11-Practical_LTE_QoS(large).gif

 

박용석 2012-08-31 15:06:01
덕분에 잘 공부하고 있습니다. p2p upload 경우 Air 자원 제어는 안 되는 거네요?
넷매니아즈 2012-08-31 15:17:33
네, 맞습니다.

왜냐면 UE와 eNB에서는 SDF(IP flow) 별로 대역폭 제어를 할 수 없거든요. (3GPP 표준에 따르면)
심정훈 2012-08-31 15:37:05
안녕하세요..질문이 있습니다.
하향 트랙픽에서 DPI에서 P2P 트래픽으로 검출된 경우는 Packet Filter없이 바로 SDF1으로 mapping이 되는데요.
Pakcet Filter에 의해 Destination IP가 UE IP를 check해야 하는건 아닌지요?
감사합니다.
넷매니아즈 2012-08-31 20:41:55
좋으신 질문이네요.

제가 External DPI 장비를 접해본 경험으로, DPI 룰(L7 classifier)에 UE IP도 포함 되어 있을 것이라 생각을 했습니다.

말씀하신 내용은 장비 구현 이슈라서 정답은 없을 것 같은데요.
제 통찰력(사실은 겐또~ ^^)으로는 심정훈님 말씀처럼 Packet Filter로 가입자(UE)를 구별하고 이후 DPI를 통할 것 같네요.
유동호 2014-06-26 14:44:10

안녕하세요.

 

먼저 좋은자료 감사드립니다.

 

혹시 이 내용에 대한 레퍼런스 좀 알수 있을까요?

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