NVGRE (Network Virtualization using Generic Routing Encapsulation)

agnusdei·2025년 4월 13일
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NVGRE (Network Virtualization using Generic Routing Encapsulation)에 대해 기술사 형식으로 상세하게 정리해 드리겠습니다.

문제:

“NVGRE(Network Virtualization using Generic Routing Encapsulation)“란 무엇이며, 어떤 목적으로 사용되는가?

답:

  1. 개념 & 핵심

NVGRE란
Generic Routing Encapsulation(GRE)이라는 터널링 프로토콜을 기반으로
가상 네트워크(Virtual Network)를 오버레이 방식으로 구성하는 네트워크 가상화 기술입니다.
• 풀네임: Network Virtualization using Generic Routing Encapsulation
• 주로 데이터센터의 가상 머신(VM) 간 통신을 논리적으로 분리하고 확장성을 확보하기 위해 사용됩니다.

핵심 키워드:
• 오버레이 네트워크 (Overlay Network)
• GRE 기반 터널링
• 네트워크 가상화
• 테넌트 분리 (Tenant Isolation)

  1. 등장배경 & 목적

기존 VLAN의 한계:

문제 설명
VLAN ID 제한 IEEE 802.1Q의 VLAN ID는 최대 4096개로 대규모 클라우드 환경에 부족
브로드캐스트 도메인 확장 문제 L2 기반 구조로 인해 스케일아웃 어려움
멀티테넌시(다중 사용자 환경) 구현의 복잡성 보안 격리 및 정책 적용의 어려움

등장 목적:
• 대규모 가상화 환경에서 수천~수만 개의 네트워크 세그먼트를 논리적으로 구성하고자 함
• 물리적 네트워크에 의존하지 않고 가상 네트워크를 논리적으로 분리 및 확장 가능
• 클라우드 환경의 멀티테넌시, 자동화, 유연성 확보

  1. 역할

NVGRE는 주로 다음과 같은 역할을 수행합니다:
• 가상 머신 간 통신을 가상 네트워크 상에서 구성
• 테넌트별 네트워크를 논리적으로 격리
• L2 오버레이 네트워크를 L3 물리 네트워크 위에 구성
• 네트워크의 확장성과 유연성을 제공하여 클라우드 인프라 최적화

  1. 활용 계층 또는 범위
    • 주로 OSI 2~3 계층에서 동작
    • 물리 네트워크와는 독립적인 논리 계층(Overlay Layer) 형성
    가상화 기반 인프라(IaaS, Data Center Network)에서 사용
    • Microsoft Hyper-V, Windows Server 기반 SDN에 활용됨

  1. 구성요소

구성요소 설명
GRE(Generic Routing Encapsulation) IP 패킷을 다른 IP 패킷 안에 캡슐화하는 터널링 프로토콜
Provider Address (PA) 물리 네트워크에서 사용되는 주소
Customer Address (CA) 가상 네트워크 내 주소, 테넌트 논리 주소
VSID (Virtual Subnet Identifier) 각 가상 네트워크를 식별하는 ID (24bit, 최대 16M개 세그먼트)
NVGRE Endpoint (e.g. Hyper-V) 터널의 시작/끝점, 캡슐화/디캡슐화 수행

  1. 시간순 작동 순서 (패킷 흐름 예시)
    1. VM A가 같은 테넌트의 VM B로 패킷 전송
    2. NVGRE Endpoint가 패킷을 캡슐화
      • CA → GRE 헤더 추가 → PA 주소 붙임
    3. 물리 네트워크(L3)를 통해 GRE 터널 전송
    4. NVGRE Endpoint B가 도착 패킷을 디캡슐화
    5. 원래 CA 주소로 복원하여 VM B에 전달

  1. 종류 (유사 기술과의 비교 포함)

기술 설명 특징
NVGRE GRE 기반, Microsoft 중심 L3 오버레이, Windows Server/Hyper-V에 최적
VXLAN (Virtual Extensible LAN) UDP 기반, IETF 표준 가장 널리 사용됨, VMware/리눅스 등 호환성 높음
STT (Stateless Transport Tunneling) TCP 기반, Nicira/VMware 제안 고속 전송에 유리, 드물게 사용

  1. 장단점

장점:
• 기존 GRE 프로토콜 활용 → 적은 표준 변경으로 구현 가능
• VLAN보다 훨씬 많은 세그먼트(약 1600만 개) 지원
• L3 인프라 위에서 L2 네트워크 구성 가능
• Microsoft 기반 데이터센터 환경에 최적화

단점:
• GRE 기반으로 멀티캐스트 지원 부족
• 하드웨어 스위치 호환성 제한
• VXLAN보다 산업 표준 채택이 낮음
• 성능 튜닝 및 디버깅 어려움

  1. 전망 & 개선점

전망:
• 현재는 VXLAN이 더 널리 채택되었으나,
Microsoft Azure, Hyper-V 기반의 SDN에서 NVGRE는 여전히 사용 중
• 데이터센터 간 하이브리드 클라우드 통신에서 유용함

개선점:
• GRE 기반의 멀티캐스트 지원 한계를 개선할 확장 프로토콜 필요
• VXLAN 대비 표준화, 호환성, 하드웨어 지원 확대 필요
• SDN 컨트롤러와의 연동 기능 강화 필요

  1. 어린이 버전 요약

“NVGRE”는
컴퓨터끼리 비밀 터널을 만들어서 서로만 이야기하게 해주는 기술이야.

학교 친구들이 모여서 팀끼리만 이야기하고 싶을 때
특별한 통로를 만들어서 다른 친구들은 못 듣게 하는 것과 비슷해.

이 기술을 쓰면
수많은 컴퓨터들이 서로 부딪히지 않고 안전하게 통신할 수 있어

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