브래드포드 대학 클라우드 실험실 구축

초록

본 보고서는 버추얼박스 위에 OpenStack을 설치하여 브래드포드 대학 네트워킹 실험실을 클라우드 테스트베드로 전환하는 과정을 상세히 기술한다. 사용 가능한 하드웨어 자원을 가상화하고, 네트워크 토폴로지를 설계하며, 서비스 배포와 성능 검증을 통해 클라우드 마이그레이션의 실현 가능성을 입증한다.

상세 분석

이 논문은 대학 교육 및 연구 환경에서 클라우드 인프라를 저비용으로 구현하기 위한 실용적 로드맵을 제공한다. 첫 번째로, 기존 네트워킹 실험실에 존재하는 물리 서버(CPU × 4, RAM 16 GB, 저장소 1 TB)를 VirtualBox 가상 머신으로 전환하고, 각 VM에 OpenStack 컴포넌트(Controller, Compute, Network, Block Storage)를 배치한다. OpenStack의 핵심 서비스인 Nova, Neutron, Keystone, Glance, Cinder를 각각 독립적인 가상 노드에 할당함으로써 물리적 격리를 유지하면서도 리소스 활용률을 극대화한다.

네트워크 설계에서는 VLAN 기반 가상 스위치를 활용해 트래픽 격리를 구현하고, VXLAN 터널을 통해 가상 네트워크 간의 오버레이를 구성한다. 이는 물리적 스위치와 라우터의 재구성을 최소화하면서도 다중 테넌트 환경을 시뮬레이션할 수 있게 한다. 또한, DHCP와 DNS 서비스를 OpenStack 내부에 통합함으로써 자동 IP 할당 및 이름 해석을 지원한다.

가상화 계층에서는 KVM을 하이퍼바이저로 선택하고, libvirt와 QEMU를 연동해 VM 생성 및 스냅샷 관리가 가능하도록 설계하였다. 스토리지 측면에서는 Ceph를 도입해 블록 스토리지와 객체 스토리지를 통합 관리하고, 복제와 자동 복구 기능을 시험하였다. 이는 교육용 실험실에서 흔히 발생하는 디스크 장애 상황을 가상 환경에서 재현하고 복구 프로세스를 학습할 수 있게 한다.

성능 검증 단계에서는 Rally와 Tempest를 이용해 OpenStack 서비스의 부하 테스트와 기능 검증을 수행하였다. 결과는 평균 인스턴스 부팅 시간 45 초, 네트워크 지연 2 ms, 스토리지 IOPS 3,200 정도로, 기존 물리 서버 기반 실험실 대비 20 % 이상의 성능 향상을 보였다. 또한, 비용 분석에서는 기존 물리 서버 5대 운영 대비 가상화된 3대 VM 운영으로 전력 소모와 유지보수 비용이 각각 30 %와 25 % 절감됨을 확인하였다.

교육적 관점에서 이 구축은 학생들에게 클라우드 아키텍처, 자동화 스크립트, DevOps 파이프라인 등을 실습할 수 있는 플랫폼을 제공한다. 특히, Heat 템플릿을 활용한 인프라스트럭처 코드(IaC) 실습과 Ansible을 이용한 구성 관리 자동화는 현업에서 요구되는 기술 역량을 효과적으로 함양한다.

마이그레이션 가능성 검토에서는 기존 학과별 서버를 OpenStack 이미지로 변환하고, 서비스 디스커버리와 인증 연동을 위해 LDAP와 연동한 Keystone 설정을 제시한다. 보안 측면에서는 보안 그룹과 네트워크 정책을 세분화하고, TLS 기반 API 통신을 적용해 데이터 무결성과 기밀성을 확보한다.

전반적으로 이 논문은 제한된 물리 인프라를 가상화하여 클라우드 실험실을 구현하는 구체적 절차와 발생 가능한 문제점(네트워크 병목, 스토리지 동기화 지연, 가상화 오버헤드)을 상세히 다루며, 해결 방안과 최적화 팁을 제공한다. 이는 다른 대학이나 연구기관이 자체 클라우드 환경을 구축하고 교육·연구에 활용하는 데 실질적인 청사진이 된다.