요약

  • On Distributed Communications에서 생존성이란 물리적 파괴를 피했으면서도 생존한 가장 큰 그룹에 전기적으로 연결된 상태를 유지한 국소(스테이션)의 비율을 뜻했다. 네트워크가 손상 없이 버텼다는 의미가 아니었다.
  • 이 결과는 격자형 토폴로지, 가정한 공격 분포, 이중화(레던던시), 유연한 스위칭, 트래픽 수용, 적응형 라우팅에 의존했다. "완전한 스위칭(perfect switching)"은 상한선이었지, 모든 실제 네트워크에 대한 묘사가 아니었다.
  • 배런의 메시지 블록과 핫포테이토 교리는 이후 패킷 네트워킹에 영향을 주었지만, 현대의 BGP 핫포테이토 라우팅은 아니었고 그 자체로 ARPANET도 아니었다. Donald Davies, Leonard Kleinrock, Larry Roberts, RAND 동료들, BBN, 더 넓은 ARPA 커뮤니티의 고유한 공로는 그대로 유지된다.

분모에서 시작하라

중앙집중형·분산형·탈중앙형 네트워크를 그린 유명한 다이어그램은 시각적 결론을 부른다. 별 모양의 중심을 파괴하면 가장자리가 침묵하고, 망(mesh)을 손상시키면 트래픽이 우회한다. 이 다이어그램이 기억에 남는 이유는 회복력을 형태의 속성처럼 보이게 만들기 때문이다.

배런의 실제 검증은 더 엄격했다. 1964년 첫 번째 각서에서 그는 두 조건을 동시에 충족한 국소의 비율을 판정 기준으로 삼았다. 즉, 공격에서 물리적으로 생존했고, 생존한 국소들 가운데 가장 큰 단일 그룹에 전기적으로 연결된 상태를 유지한 경우였다. 국소가 온전하더라도 검증에 실패할 수 있었다. 작은 섬이 내부적으로 통신하더라도 가장 큰 그룹 밖에 있으면 무효로 계산되었다.

이 분모가 주장의 성격을 바꾼다. 곡선은 원래의 모든 국소가 계속 이용 가능한지 묻지 않았다. 생존한 모든 쌍이 트래픽을 주고받을 수 있는지 묻지도 않았다. 링크를 넘나드는 명령의 정확성을 채점하지도 않았다. 측정한 것은 지정된 제거 과정 이후 원래 인구의 얼마나 생존하고 하나의 지배적 연결 요소에 붙어 남았는가였다.

이 구분은 배런의 "최선(best possible)" 곡선에서 다시 나타난다. 모든 노드가 0.5의 파괴 확률을 가진다면, 통신이 완벽하더라도 약 절반의 노드만 남을 것으로 기대할 수 있다. 이 물리적 생존 곡선이 상한선이다. 엔지니어링 문제는 그 아래의 추가 손실, 즉 통신 체계가 분열되어 무용해진 생존자들이었다.

탈중앙화된 설계는 손상을 상쇄하지 않았다. 손상이 증폭되는 것을 막으려 한 것이다.

공격은 모델의 일부였다

주요 노드 파괴 곡선은 18×18 배열, 즉 324개의 모델 국소, 다양한 파괴 확률, 다양한 이중화 수준에서 나왔다. 배런은 먼저 고도로 병렬적인 네트워크를 이등분하려는 시도를 검토했고, 그런 급습은 링크·무기 가용성·효과에 관한 비정상적으로 완전한 지식에 의존한다고 논증했다. 이후 분석에서는 균일한 공격을 알려진 최악의 상황으로 사용했다.

그 문장에도 조건이 붙는다. 1,000개 국소에 2,000발을 사용하는 별도 예시에서는, 한 발이 두 국소를 파괴하기 어려울 만큼 국소들이 충분히 떨어져 있다고 가정했다. 첫 일제 사격은 두 번째 사격이 이용할 수 있는 유효 표적을 바꾸었다. 그 결과 나온 확률 모델은 모든 위험에 통용되는 법칙이 아니었다. 정의된 기하 구조, 간격, 공격 배분에 대한 하나의 답이었다.

그 모델 안에서 중간 수준의 이중화를 갖춘 망 구조는 놀랍도록 좋은 성과를 냈다. 이상화된 배열에서 최소 신장 네트워크 링크 수의 약 세 배에 해당하는 이중화 수준 3 정도는, 심각한 손상 하에서도 통신으로 인한 손실을 작게 유지할 수 있었다. 그러나 곡선에는 변곡점이 있었다. 네트워크는 임계점까지 버티다가 급격히 열화했다. 어느 지점을 넘어 링크를 더 늘려도 이득은 작았고, 임계점 아래에서는 작은 추가 손실이 분열을 일으킬 수 있었다.

따라서 "탈중앙화 네트워크는 생존한다"는 불완전한 문장이다. 유용한 형태는 더 길다. 이 탈중앙화 토폴로지가, 이 이중화와 스위칭 능력을 갖춘 채, 이 제거 패턴 하에서 물리적으로 생존한 국소의 이 비율을 가장 큰 연결 그룹 안에 유지한다는 것이다.

망을 그린 그림이 스위칭을 하지는 않았다

배런은 유연한 탈중앙화 스위칭을 "배정의 다양성(diversity of assignment)", 즉 통신하는 쌍마다 몇 개의 독립 경로를 미리 선택해 두는 방식과 비교했다. 차이는 중요하다. 정적 그림은 수많은 이론적 경로를 담을 수 있으면서도, 운영 체계는 그중 몇 개만 시도하는 방법을 알고 있을 수 있다.

이상화된 "완전한 스위칭" 사례에서는 손상이 확인된 이후 살아남은 어떤 경로든 사용할 수 있었다. 이 사후적 선택이 격자형 네트워크가 도달할 수 있는 상한선이었다. 사전 배정된 경로는 하한선이며 더 빨리 열화했는데, 선택된 경로 중 하나의 모든 구성 요소가 함께 생존해야 했기 때문이다. 실제 시스템은 그 사이 어딘가에 위치한다.

그 유명한 회복력은 따라서 토폴로지 하나만의 것이 아니었다. 물리적 다양성과 변하는 도달 가능성을 발견할 수 있는 제어 메커니즘이 결합된 결과였다. 후자가 없으면 이중화된 링크는 좌초된 용량으로 남을 수 있다. 지도에는 있지만 메시지에는 사용할 수 없는.

여기서 자주 뒤섞이는 네 단어를 분리해야 한다.연결성(connectivity)은 경로가 존재한다는 뜻이다.생존성(survivability)은 지정된 교란 이후 선택된 기능이나 인구가 지속된다는 뜻이다.가용성(availability)은 서비스가 지금, 명시된 사용자와 명시된 작업 부하 하에서 사용 가능하다는 뜻이다.신뢰성(reliability)은 장애 모델 하에서 시간이 지나도 올바르게 작동하는 것을 다룬다. 네트워크는 연결되면서도 혼잡할 수 있고, 생존 가능하면서도 느릴 수 있으며, 한 지역에는 가용하고 다른 지역에는 가용하지 않을 수 있고, 평상시 장애에서는 신뢰할 수 있으면서도 의도적 공격 모델에서는 실패할 수 있다.

메시지 블록은 자신만의 작은 영수증을 실었다

배런은 처음에는 이후 보편화된 "패킷"이라는 용어를 사용하지 않았다. 그가 제안한 단위는 약 1,024비트의 표준 메시지 블록이었다. 대부분은 데이터를 실었고, 나머지는 주소 지정, 오류 검출, 라우팅 정보를 실었다. 발신원은 트래픽이 블록을 채울 만큼 모이면 표제를 붙여 저장·전달(store-and-forward) 네트워크로 보냈다.

블록은 핸드오버 번호도 실었다. 이 번호는 0에서 시작해 릴레이마다 증가했다. 노드는 최근 도착한 블록을 관찰하고, 낮은 핸드오버 수를 출발지 쪽의 짧은 경로와 연관시켜 나가는 링크의 우선순위를 매겼다. 선호 링크가 사용 중이거나 파괴되었으면, 노드는 무한정 기다리는 대신 블록을 다음 빈 대안 링크로 보냈다. "핫 포테이토"는 노드가 다음으로 넘기려 시도한 블록이었다.

라우팅 표는 전역적이고 시간을 초월한 지도를 갖고 있지 않았다. 트래픽에서 학습했다. 그리고 잊어야 했다. 링크가 고장나거나 복구되면, 규칙이 최근 측정치를 오래된 값보다 더 크게 가중해 한때 좋았던 경로가 영원히 권위를 유지하지 않도록 했다. 각 노드는 국소적 증거에 따라 행동했고, 네트워크 전체는 중앙 제어기 없이 적응했다.

폴 배런과 Sharla P. Boehm이 두 번째 각서에서 시뮬레이션 작업을 보고했고, J. W. Smith가 세 번째에서 경로 길이 연구를 집필했다. 이 이름들이 중요한 이유는 RAND 시리즈 내부에서조차 라우팅 결과가 단독적 번뜩임이 아니라 연구 프로그램이었기 때문이다.

시뮬레이션이 약속한 것과 하지 않은 것

소개 각서는 표가 비어 있는 상태에서 시작한 7×7 국소 시뮬레이션을 묘사한다. 모의 시간에서 네트워크는 연결된 국소의 위치를 빠르게 학습했고, 예비 결과는 링크 용량의 절반 가량의 트래픽이 평균 경로 길이의 과도한 상승 없이 투입될 수 있음을 시사했다.

다음 단락은 요약본들이 흔히 삭제하는 단서를 제공한다. 특정 국지 지역이 혼잡해지면, 혼잡이 해소되는 동안 그 위치의 신규 입력을 제한할 수 있었다. 배런은 가벼운 부하에서는 약 1.5 Mbit/s를 수용할 수 있는 선이 네트워크 전체가 혼잡할 때는 약 0.5 Mbit/s밖에 허용하지 않을 수 있음을 예시로 들었다. 보장되는 최소 입력은 국소가 어디에 놓였는지, 이중화 수준, 트래픽의 평균 경로 길이에 달려 있었다.

네트워크의 신속 전달 보증은 자신이수용한트래픽에 대한 것이었다. 제공된 부하와 수용된 부하는 같은 양이 아니었다. 대체 경로가 옛 지연 시간을 보장하지도 않았다. 우회는 홉을 추가할 수 있고, 손상은 연결 요소를 온전히 남긴 채 용량을 좁힐 수 있다.

이것이 한 줄로 요약되는 운영 경계다. 경로의 존재는 서비스의 동등성이 아니다.

두 종류의 핫 포테이토

이 표현은 살아남았지만, 그 기술적 대상은 바뀌었다. 배런의 핫포테이토 교리는 제안된 적응형 네트워크 안에서 메시지 블록마다 작동하는 저장·전달(store-and-forward) 행동이었다. 국소적으로 학습한 경로 증거를 사용하고, 선호 링크를 사용할 수 없으면 블록을 다른 링크로 넘긴다.

현대의 BGP 핫포테이토 라우팅은 다른 결정을 다룬다. 자율 시스템(AS)은 더 높은 우선순위의 정책이 다른 경로를 이미 선택하지 않았을 때, 목적지에 대해 통상적으로 가까운 출구를 선호한다. IETF RFC 9107은 이를 가장 가까운 AS 출구점으로 트래픽을 보내는 것으로 서술하며, BGP 다음 홉까지의 내부 비용이 적격 출구를 고르는 데 도움을 준다고 한다.

하나는 적응형 망을 통해 블록을 홉마다 이동시킨다. 다른 하나는 도메인 간 정책과 내부 토폴로지 하에서 출구를 선택한다. 둘은 "필요 이상으로 멀리 실어 나르는 대신 트래픽을 떨쳐 낸다"는 직관을 공유하지만, 알고리즘·제어 평면·보증 모델은 공유하지 않는다. 이 표현을 하나의 연속된 구현 역사로 취급하면 둘 다 가려진다.

영향은 동일성이 아니다

배런의 작업은 군사 지휘 통신 문제를 다루면서 패킷 네트워킹의 지적 토대에 깊은 기여를 했다. 그렇다고 이후의 ARPANET이 RAND 설계의 사본이거나, 인터넷이 하나의 끊기지 않는 핵생존 계획에 따라 만들어진 기계가 되는 것은 아니다.

컴퓨터 역사 박물관 구술사에서 배런은 Larry Roberts, Elmer Shapiro, Leonard Kleinrock, Keith Uncapher가 관여한 토론, 그리고 Bolt Beranek and Newman이 인터페이스 메시지 프로세서(IMP) 프로그래밍 계약을 따낸 실험 프로그램을 회상했다. 그는 Roberts가 대학들이 비싼 컴퓨팅 자원을 공유하도록 하는 데 관심을 가졌던 것도 회상했다. 컴퓨터 역사 박물관의 연표는 별개의 흐름들을 제시한다. 배런, Donald Davies, Kleinrock 등이 병행해서 작업했고, Davies는 영국 국립물리연구소(NPL)에서 독자적으로 패킷 스위칭을 개발하며 "패킷"이라는 단어를 제공했으며, Roberts와 ARPA 팀이 아이디어와 계약자를 하나의 실제 네트워크로 결합했다.

이 집단적 서술은 배런을 축소하지도 않고 각주로 만들지도 않는다. 그의 기여를 가장 강한 위치에 놓는다. 그는 생존성을 측정 가능한 시스템 속성으로 정식화했다. 물리적 손실과 통신으로 인한 손실을 분리했다. 적당한 이중화와 적응형 국소 라우팅이 큰 연결 요소를 지킬 수 있는 이유를 보였다. 그리고 결정적으로, 그의 논문은 가정들을 이후의 독자들이 도전할 수 있을 만큼 충분히 드러나게 남겼다.

출처