5G의 Service-Based Architecture와 쿠버네티스의 도입

5G Core와 Service-Based Architecture

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5G Core의 가장 핵심적인 변화 중 하나는 Service-Based Architecture(SBA)의 도입이다.
이는 단순히 네트워크 구성 방식의 변화가 아니라, 통신 코어가 설계 철학부터 완전히 달라졌다는 것을 의미한다.

 

5G Core가 SBA 아키텍처를 선택한 이유는 아래와 같다.

기존 4G(EPC)까지의 코어 네트워크는 모놀리식(monolithic) 구조에 가까웠다.
4G는 각 네트워크 기능(NF)은 비교적 큰 단위의 블록으로 구성되어 있었고, 기능 간 연동도 정해진 인터페이스를 통해 강하게 결합되어 있었다.

 

하지만 5G에서는 다음과 같은 요구사항이 폭발적으로 증가했다.

 

• 초저지연(URLLC)
• 대규모 단말 연결(mMTC)
• 서비스별 맞춤형 네트워크 슬라이싱
• 트래픽 변동에 따른 유연한 확장

이 요구사항을 만족시키기 위해, 3GPP는 5G Core의 기본 구조로 Service-Based Architecture를 채택한다.

 

 

4G와 5G의 주요 차이점 (Network Function의 모듈화와 Network Slicing)

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기존 4G 코어 네트워크는 단순화된 아키텍처와 패킷 최적화 네트워크를 기반으로 구성되었다.

MME, S-GW, P-GW와 같은 기능들이 비교적 고정된 형태로 존재하며, 각 요소는 명확한 역할을 수행했다.

이러한 구조는 안정적이지만, 서비스 다양성과 급격한 트래픽 변화에 유연하게 대응하는 데에는 한계가 있었다.

 

반면 5G 코어는 제어면과 사용자면을 명확히 분리하는 구조를 채택했다.
AMF, SMF, UPF, PCF와 같은 네트워크 기능들이 모듈화되어 있고, 각 기능은 필요에 따라 독립적으로 확장되거나 배치될 수 있다. 이로 인해 네트워크는 훨씬 유연해졌고, 서비스 요구에 맞춰 구조를 조정하는 것이 가능해졌다.

 

서비스 제공 방식에서도 큰 차이가 있다.
4G에서는 전용 코어망 방식으로 서비스별 네트워크를 분리해 운영했다.

이는 특정 서비스에 최적화된 네트워크를 구성할 수 있다는 장점이 있지만,
물리적 자원 낭비와 운영 복잡도가 높아지는 문제가 있었다.

 

5G에서는 네트워크 슬라이싱 개념이 도입되었다.
하나의 물리 네트워크 위에서 여러 개의 가상 슬라이스를 생성하고, 각 슬라이스에 서로 다른 성능 요구사항과 정책을 적용한다.

이를 통해 초저지연 서비스, 대역폭 중심 서비스, 대규모 단말 연결 서비스 등을 하나의 인프라에서 동시에 제공할 수 있다.

결과적으로 5G는 아키텍처 유연성, 서비스 맞춤화, 확장성 측면에서 4G보다 크게 향상된 구조이다.

 

Service-Based Architecture의 의미

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5G Core의 또 다른 중 하나는 Service-based architecture를 기반으로 설계되었다는 점이다.
이는 기존 통신 코어가 가지던 고정적이고 경직된 구조에서 벗어나, 보다 유연한 Software 중심 아키텍처로 전환되었음을 의미한다.

Service-based architecture에서는 모든 네트워크 기능(Network Function, NF)이 서비스 단위로 모듈화된다.
각 NF는 필요한 기능만 선택적으로 호출할 수 있도록 설계되어 있으며, 특정 기능이 항상 함께 동작해야 할 필요가 없다.

이로 인해 네트워크 구성은 훨씬 유연해지고, 서비스 요구에 따라 조합을 바꾸는 것이 가능해진다.

 

각 NF는 표준화된 API를 통해 상호작용한다.
이 방식은 신규 기능을 추가하거나 기존 기능을 업데이트할 때, 전체 시스템에 미치는 영향을 최소화한다.

특정 NF의 내부 구현이 변경되더라도, 외부 인터페이스가 유지되는 한 다른 기능들은 영향을 받지 않는다.

이는 통신 Core를 지속적으로 Evaluation시키는 데 매우 중요한 특성이다.

 

5G Core에서는 제어면(Control Plane)과 사용자면(User Plane)이 명확히 분리된다.
제어 트래픽과 사용자 데이터 트래픽이 서로 다른 경로와 기능을 통해 처리되기 때문에, 트래픽 증가 상황에서도 각각을 독립적으로 확장할 수 있다. 예를 들어, 단말 수가 급증해 제어 신호가 늘어나면 CP 중심으로 확장하고, 대용량 데이터 트래픽이 증가하면 UP 중심으로 확장하는 방식이 가능하다.

 

 

 

5G Core의 운영 방식인 Kubernetes

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이처럼 5G는 SBA 아키텍처를 도입하면서 Network function들은 하나의 덩어리(monolithic)가 아닌,

여러 개의 microservice로 나뉘어, 필요에 따라 독립적으로 배포되고 실행될 수 있게 되었다.

하지만 여기서 중요한 질문이 하나 생긴다.

이렇게 쪼개진 수십~수백 개의 마이크로서비스를 실제 상용망에서 어떻게 안정적으로 운영할 것인가?

 

이러한 SBA 기반 5G Core를 실제로 운영하기 위해, Kubernetes는 사실상 표준적인 선택지(De facto Standard)가 된다.

쿠버네티스는 다음과 같은 역할을 수행할 수 있다.

• 컨테이너 기반 배포 → 각 NF 혹은 마이크로서비스를 컨테이너로 패키징
• 자동 확장(Auto Scaling) → 트래픽 증가 시 Pod 자동 증가
• 장애 복구(Self-Healing) → 컨테이너 실패 시 자동 재시작
• 서비스 디스커버리 & 로드밸런싱 → SBA의 서비스 호출 구조와 자연스럽게 결합

결과적으로 Kubernetes는 5G Core의 SBA 설계를 현실 세계에서 가능하게 만드는 실행 플랫폼이 된다.

다음 포스트에서는 Kubernetes의 역사와 발전 방향에 다루도록 하겠다.