콜백 지옥으로부터의 탈출! 네트워크 시뮬레이션을 위한 새로운 프로그래밍 패러다임

네트워크 시뮬레이션(Network simulation)은 네트워크 연구와 산업계 모두에서 중요한 역할을 합니다. 기존에 흔히 사용되는 이산 사건 시뮬레이션(Discrete Event Simulations, DES)은 이산 사건(Discrete Event, DE)을 처리하기 위해 콜백(callback) 메커니즘을 기반으로 합니다. 그러나 콜백은 네트워크 이벤트를 자연스럽게 시뮬레이션할 수 없기 때문에, 네트워크 시뮬레이션 프로그램은 순차적인 워크플로(sequential workflow)로 작성될 수 없습니다. 이는 본질적인 복잡성과 낮은 유지보수성으로 이어지며, 스택 리핑(stack ripping)과 콜백 지옥(callback hell)을 초래합니다. 이러한 문제들은 시뮬레이션 개발 작업량을 크게 증가시키고, 프로그래밍 및 디버깅과 관련된 상당한 인지 부하(cognitive loads)를 유발합니다. 네트워크 시뮬레이션의 더 효율적인 개발을 가능하게 하고 네트워크 기능의 신속한 평가와 진화를 촉진하기 위해, 우리는 코루틴(coroutine) 기반의 DES라는 의미인 ``CoDES"(\textbf{Co}routine-based \textbf{DES})라는 새로운 네트워크 시뮬레이션 개발 패러다임을 제안합니다. 우리가 알고 있는 바로는, 우리는 코루틴 메커니즘을 기반으로 성능보다는 네트워크 시뮬레이션 개발 프로세스를 최적화하는 데 집중한 최초의 연구입니다. 우리는 네트워크 이벤트를 자연스럽게 시뮬레이션할 수 있고 정확성, 기능성, 호환성 및 오버헤드(overhead)와 관련된 주요 시스템 과제를 효과적으로 해결할 수 있는 CoDES 기반의 새로운 네트워크 시뮬레이션 프레임워크를 구현합니다. 이를 통해 개발자는 네트워크 프로그램을 위한 순차적 워크플로를 생성할 수 있고 코드 구조를 단순화할 수 있으며, 결과적으로 코드 가독성과 유지보수성을 향상시키는 동시에 개발 작업량을 줄일 수 있습니다. 우리는 이 패러다임을 흔히 사용되는 네트워크 시뮬레이터인 NS-3에 적용하여 메시지 전달 인터페이스(Message Passing Interface, MPI), 고정밀 혼잡 제어(High Precision Congestion Control, HPCC), 그리고 라우팅 정보 프로토콜(Routing Information Protocol, RIP)을 구현하였습니다. 그 결과, 시뮬레이션의 정확도를 희생하거나 실행 시간을 연장 또는 런타임 메모리(runtime memory)를 증가시키지 않으면서도 코드 양과 구조적 복잡도를 각각 최대 62.3% 및 82.6%까지 감소시키는 성과를 거두었습니다.