KR100226430B1 - 다중 포트 이더넷-비동기 전송모드 라우터의 동적 버퍼 할당및 관리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다수의 10Mbps 이더넷 포트와 하나의 ATM 포트로 구성되는 다중 포트 LAN-ATM 라우터에서 LAN 트래픽을 ATM 망을 경유하여 효과적으로 전달하기 위한 패킷 버퍼들의 관리방법에 관한 것으로서, 유연하고 지속적인 통신 서비스 제공을 위해, 시스템 전체의 가용 대역폭을 소수의 포트가 모두 차지함으로써 다른 포트의 서비스에 지장을 초래하는 단순 버퍼 할당 문제를 해결하고, 라우터 또는 브리지에서 많은 비용을 소모하는 메모리를 효과적으로 사용하고자 적은 버퍼 용량을 동적으로 할당, 관리하여 실시간 인터넷 서비스를 제공할 수 있는 버퍼 구조를 제공함으로써, ATM과 같은 고속의 프로토콜에서도 적용될 수 있는 동적 버퍼 관리방법을 제공하고, 아울러 한정된 패킷 버퍼의 용량을 가지고 동적으로 변하는 LAN 트래픽을 효율적으로 할당하여 네트워크 과부하시에 발생할 수 있는 패킷 손실을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

Description

다중 포트 이더넷-비동기 전송모드 라우터의 동적 버퍼 할당 및 관리방법{Dynamic Buffer Manager in Multi-port Ethernet-ATM Router}

본 발명은 다중 포트 LAN-ATM 라우터에서의 동적 할당 및 관리방법에 관한 것이다.

종래 ATM 망에서 LAN 서비스를 제공하기 위해 다양한 방법이 제시되고 있으나, 종래 ATM 망에서 LAN 서비스를 제공하기 위한 기술들은 대부분 스위치를 이용한 기술들로 구성되어 있기 때문에 10Mbps의 비교적 낮은 이더넷 트래픽을 처리하기 위해 라우터나 단말에 스위치를 도입하는 방법은 많은 비용을 소요하게 되고, 스위치를 이용하지 않는 라우터에서는 시스템 전체의 가용 대역폭을 소수의 포트가 모두 차지함으로 인해 다른 포트의 서비스에 지장을 초래하는 단순 버퍼 할당 문제점을 야기시켰다.

상기 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 유연하고 지속적인 통신 서비스 제공을 위해 시스템 전체의 가용 대역폭을 소수의 포트가 차지함으로써 다른 포트의 서비스에 지장을 초래하는 단순 버퍼 할당 문제를 해결하고, 또한 라우터 또는 브리지에서 많은 비용을 소모하는 메모리를 효과적으로 사용하고자 적은 버퍼의 용량을 동적으로 할당, 관리하여 실시간 인터넷 서비스를 제공할 수 있는 버퍼 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명의 단순 버퍼 할당 구성도,

도 2는 본 발명의 이중 버퍼 할당 구성도,

도 3은 본 발명에 따른 완충 버퍼를 포함한 버퍼 할당 구성도,

도 4는 본 발명이 적용되는 다중 포트 버퍼 할당 구성도.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 공통 버퍼 20 : 완충 버퍼

30 : 수신 버퍼-1 40 : 송신 버퍼-1

50 : ARP 버퍼-1 60 : 수신 버퍼-2

70 : 송신 버퍼-2 80 : ARP 버퍼-2

90 : ATM ARP 버퍼 100 : ATM 수신 버퍼

110 : ATM 송신 버퍼 120 : 버퍼 풀

130 : 버퍼 제어 모듈 200 : LAN 포트

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 수신된 패킷이 다른 LAN으로 전달되어야 할 패킷일 경우 수신 버퍼-1은 해당 버퍼를 다른 LAN의 송신 버퍼로 전달하고, 상기 버퍼 풀로 버퍼 요구를 송신하고, 버퍼 풀로부터 할당된 버퍼는 다음 패킷 수신을 위해 수신 버퍼-1의 이중 연결 리스트의 마지막으로 연결하며, 상기 수신 버퍼-1로부터 패킷을 전달받은 다른 LAN 송신 버퍼는 패킷을 메모리 복사없이 직접 LAN을 통해 전송한 후 버퍼 풀로 해당 패킷 버퍼를 리턴하고, 수신 버퍼-1로 수신된 패킷이 ATM 망으로 전달될 패킷일 경우, 수신 버퍼-1은 해당 패킷을 ATM 송신 버퍼로 전달하며, 전달 후 버퍼 풀로부터 하나의 패킷을 할당받아 다음 패킷 수신을 위해 수신 버퍼-1의 이중 연결 리스트의 마지막으로 연결하고, 수신 버퍼-1로 수신된 패킷이 다른 포트로 전송할 수 없는 패킷이거나, 에러가 발생한 경우 수신 버퍼-1은 해당 패킷을 자신의 이중 연결 리스트의 마지막으로 리턴하여 다음 패킷을 수신할 준비를 하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

통신 서비스의 연결 설정 단계에서 미리 사용할 대역폭을 결정하고 그 범위 내에서만 연결 서비스를 제공하는 ATM 망에 비해 하나의 매체를 사용자간에 공유하는 LAN 트래픽은 그 특성상 굉장히 유동적이다.

즉, 이는 한 순간에 트래픽이 집중될 수 있다는 것을 의미하고, 원활한 서비스를 위해 시스템은 항상 충분한 버퍼를 가지고 있어야 한다.

그러나 한정된 메모리의 제약으로 인해 모든 포트에 항상 충분한 버퍼를 할당하는 것은 비용면에서나 기술면에서나 효과적이지 못하다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 단순 버퍼 할당 구성도로서, 패킷 버퍼를 할당하는 여러 가지 방법들 중 포트 마다 독립된 버퍼를 할당하여 서비스를 제공하는 단순 버퍼 할당 방법을 도시하고 있다.

상기 도 1에 나타낸 바와 같이 단순 버퍼 할당 방법은, 각각의 포트 마다 일정한 양의 버퍼를 할당해서 패킷 송수신 서비스를 제공하는 방법이다.

아울러 어느 포트가 고속 포트로 동작하는 경우, 예를 들어 ATM 포트인 경우, 다른 포트의 버퍼 수에 비해 상대적으로 많은 버퍼를 해당 포트에 할당해서 버퍼 오버플로우를 방지하는 방법을 사용하기도 한다.

그러나 단순 버퍼 할당 방법은 도 1의 포트 3에서와 같이 고속 포트나 저속 포트의 트래픽 폭주로 인해 버퍼 오버플로우 현상이 발생할 수 있다.

이 경우 시스템 전체로 보면 도 1의 포트 1, 2, 4, ...... 등과 같은 다른 포트 버퍼들을 사용할 수 있음에도 불구하고 포트 3을 사용하는 모든 데이터 서비스는 중단된다.

도 2는 본 발명의 이중 버퍼 할당 구성도로서, 단순 버퍼 할당 방법에서 나타난 단점을 개선하기 위해 공통 버퍼(10) 그룹을 사용하는 이중 버퍼 할당 방법을 도시하고 있다.

도 2에서 도시한 바와 같이 이중 버퍼 할당 방법은 단순 버퍼 할당 방법과 같이 일정한 양의 버퍼를 각각의 포트에 할당, 송수신을 수행하는 패킷 버퍼로 사용함과 동시에 아울러 전체 포트가 공동으로 사용할 수 있는 공통 버퍼(10)를 따로 두는 구조를 가지고 있다.

이중 버퍼 할당 방법에서는 특정 포트에 트래픽이 집중되어 해당 포트에 할당된 버퍼를 모두 사용한 경우 해당 포트는 공통 버퍼(10)로부터 필요한 양의 버퍼를 할당받아 사용할 수 있다.

이중 버퍼 할당 방법의 경우, 시스템 전체적인 차원에서 가용한 버퍼를 할용함으로써 단일 버퍼 할당 방법에서 발생할 수 있는 버퍼 부족 현상을 어느 정도 해결할 수 있는 좀 더 유연한 방법을 제공하지만, 이 경우에는 특정 또는 소수의 포트가 가용공유버퍼의 대부분을 차지함으로써 다른 포트가 공유 버퍼를 사용할 수 없게 되는 현상이 발생할 수 있다.

즉, 트래픽이 폭주하는 소수의 포트로 인해 전체 시스템이 서비스를 할 수 없는 상황이 유발될 수 있는 단점이 있다.

도 3은 본 발명에 따른 완충 버퍼(20)를 포함한 버퍼 할당 구성도로서, 단순 버퍼 할당 방법과 이중 버퍼 할당 방법의 단점을 최소화하며 트래픽의 폭주로 인한 서비스 중단을 최소화하기 위하여 또 다른 버퍼 그룹인 완충 버퍼(20) 개념을 도입한 완충 버퍼 할당 방법을 도시하고 있다.

완충 버퍼(20) 할당 방법에서는 이중 버퍼 할당 방법에서와 같이 공통 버퍼(10)를 두어 전체 포트간에 해당 버퍼들을 공유하는 방법을 사용한다.

아울러 공통 버퍼(10)가 포트에 의해 모두 사용되고 있는 경우 완충 버퍼(20)로부터 필요한 양의 버퍼를 할당받아 패킷 송수신을 위해 사용할 수 있다는 점이 이중 버퍼 할당 방법과 다르다.

예를 들어 도 3의 포트 3이 자신에게 할당된 모든 버퍼를 사용하고 있는 상태에서 더 이상의 버퍼를 공통 버퍼(10)로부터 할당 받을 수 없는 경우, 포트 3은 완충 버퍼로부터 일정 양의 패킷 버퍼를 할당 받아 사용할 수 있는 권한을 갖는다.

그러나 패킷 버퍼 요구에 대해 가능한 모든 패킷 버퍼를 할당해주는 이중 버퍼 할당 방법과는 달리 완충 버퍼 할당 방법에서는, 모든 버퍼의 사용량을 감시하고 있다가 특정 포트로부터 버퍼 요구가 들어오면 다른 포트와의 형평성을 고려하여 패킷 버퍼를 할당해 준다.

예를 들어 다음 도 4에서와 같이 포트 3에 트래픽이 폭주하여 포트 3에 할당된 버퍼를 다 사용하고 이중 버퍼까지 모두 사용되고 있는 경우, 포트 3은 완충 버퍼(20)로 패킷 버퍼 할당 요구를 보낸다.

완충 버퍼(20)에서는 시스템 차원에서 전체 버퍼의 사용량을 감안하여 만일 특정 포트가 이중 버퍼의 임계 값(Threshold) 이상의 양을 사용하고 있는 상태에서 해당 포트로부터 패킷 요구가 있었다면, 완충 버퍼는 다른 포트를 위한 최대한의 버퍼를 남겨 두고 여분의 버퍼를 포트 3에 할당해준다.

만일 여분이 없는 경우 포트 3으로부터의 패킷 버퍼 요구는 거절된다.

또한, 만일 이중 버퍼를 임계치 이하로 사용하고 있는 포트로부터 패킷 요구가 있을 경우, 완충 버퍼(20)는 해당 포트가 사용할 수 있는 최대한의 범위에서 패킷을 할당해 주고 다른 포트에 트래픽이 폭주하지 않는 한 완충 버퍼(20)에서 할당해 줄 수 있는 최대한의 버퍼를 해당 포트에 할당해 주게 된다.

완충 버퍼(20) 할당 방법은 시스템 차원에서 버퍼 할당 및 사용을 감시하고 있어야 하기 때문에 이중 버퍼 할당 방법에 비해 상대적으로 비용이 많이 든다는 단점이 있지만, 트래픽 폭주의 범위를 해당 포트 내로만 제한하여 나머지 시스템이 영향을 받지 않고 지속적인 서비스를 제공할 수 있는 장점을 제공한다.

도 4는 본 발명이 적용되는 다중 포트 버퍼 할당 구성도로서, 완충 버퍼 할당 방법을 포함한 다중 포트 LAN-ATM 라우터 버퍼 할당을 도시하고 있다.

상기 도 4에서와 같이 LAN 패킷을 송수신하기 위한 포트들은 수신 버퍼(30, 60), 송신 버퍼(40, 70), 어드레스 해결 프로토콜(Address Resolution Protocol, 이하 ARP라 칭함) 버퍼(50, 80)의 3개의 버퍼로 구성된다.

또한 ATM 망으로 데이터를 송수신하기 위한 포트는 ATM 송신 버퍼(110), ATM 수신 버퍼(100), ATM ARP 버퍼(90)로 구성된다.

상기 ARP 버퍼와 ATM ARP 버퍼(90)는 모두 송신 패킷을 저장하는데에만 사용되며, ARP 패킷의 수신은 일반 수신 버퍼를 사용한다.

이외의 인터넷 프로토콜을 수행하기 위한 모든 패킷들은 일반 송/수신 버퍼를 사용한다.

본 발명의 가장 큰 특징 중의 하나는 각각의 포트간에 패킷을 전달할 때 패킷을 복사하지 않고 직접 전달함으로써, 패킷을 복사하는데 소요되는 시간을 최소화하여 최대한 실시간 전송을 보장하고, 메모리 사용 효율을 극대화 할 수 있다는 장점이 있다.

초기화 시에 송신 버퍼를 제외한 모든 수신 버퍼들은 완충 버퍼 할당 알고리즘을 사용하는 버퍼 풀(120)로부터 원하는 양의 버퍼를 할당받아 초기화를 수행한 다음 결과를 버퍼 풀(120)로 알려준다.

만일 각 포트의 초기화를 수행한 결과, 초기화가 제대로 수행되지 않았다면, 해당 포트에 할당된 모든 패킷 버퍼들은 다시 버퍼풀(120)로 할당된다.

수신 포트는 유동적인 LAN 트래픽의 원활한 수신을 위해 항상 일정 개수 이상의 가용 버퍼들을 이중 연결 리스트 구조(Double Linked List)를 이용하여 관리하게 된다.

상기 도 4의 (200)에서와 같이 LAN 포트 1의 수신 버퍼-1(30)로 LAN 패킷이 수신되었다면 다음과 같이 몇가지 동작이 수행될 수 있다.

우선 첫 번째로 수신된 패킷이 다른 LAN 포트로 전달되어야 할 패킷이라면 수신 버퍼-1(30)은 해당 버퍼를 다른 LAN의 송신 버퍼(40)로 전달하고, 버퍼 풀(120)로 버퍼 요구를 보낸다.

버퍼 풀(120)로부터 할당된 버퍼는 다음 패킷 수신을 위해 수신 버퍼-1(30)의 이중 연결 리스트의 마지막으로 연결된다.

수신 버퍼-1(30)로부터 패킷을 전달받은 다른 LAN 송신 버퍼(70)는 상기한 바와 같이 패킷을 메모리 복사없이 직접적으로 LAN을 통해 전송하고, 전송이 완료된 후에는 버퍼 풀(120)로 해당 패킷 버퍼를 리턴한다.

만일 수신 버퍼-1(30)로 수신된 패킷이 ATM 망으로 전달되어야 할 패킷이라면 상기 설명한 바와 같이 수신 버퍼-1(30)은 해당 패킷을 ATM 송신 버퍼(110)로 전달하고, 버퍼 풀(120)로부터 하나의 패킷을 할당받아 다음 패킷 수신을 위해 수신 버퍼-1(30)의 이중 연결 리스트의 마지막으로 연결한다.

만일 수신 버퍼-1(30)로 수신된 패킷이 다른 포트로 전송할 수 없는 패킷인 경우나 에러가 발생한 패킷인 경우, 수신 버퍼-1(30)은 해당 패킷을 자신의 이중 연결 리스트의 마지막으로 리턴하여 다음 패킷을 수신할 준비를 한다.

아울러 버퍼 풀(120)로의 패킷 버퍼 요구도 발생시키지 않는다.

LAN 포트와 ATM 포트에 할당된 ARP 버퍼(50, 80, 90)는 패킷을 전송하기에 앞서 주소 해결을 위한 패킷을 송신하기 위해 사용되는 버퍼이다.

예를 들어 도 4의 (1)에서와 같이 수신 버퍼-1(30)로 수신된 패킷이 다른 LAN 포트나 ATM 포트로 전송되어야 할 패킷이라면 해당 패킷을 수신 버퍼-1(30)로부터 전달받은 송신 포트는 해당 패킷을 ATM이나 LAN으로 전송하기에 앞서 해당 패킷이 전송되어야 할 주소를 알아내는 방법을 제공해야 하는데, 이를 위해 사용되는 버퍼가 ARP 버퍼이다.

즉, 수신 버퍼로부터 수신된 패킷을 송신 버퍼에 저장한 상태에서 송신 포트는 새로운 버퍼를 버퍼 풀로부터 할당받아 필요한 내용을 채운 후에 ARP 버퍼(80, 90)로 전달한다.

ARP 버퍼(80, 90) 내에 있는 패킷들은 그 특성상 일반 패킷 버퍼보다 빠른 시간 내에 수행되어야 하기 때문에 일반 버퍼보다 패킷 송수신에 있어서 높은 우선 순위를 갖고 전송이 된다.

아울러 ARP 버퍼(80, 90)를 통해 주소가 해결되지 않는 패킷의 버퍼는 ARP 버퍼에서 지워진 후 버퍼 풀(120)로 리턴된다고 리턴된다.

상기 설명한 바와 같이 송수신을 위한 버퍼 풀은 완충 버퍼 할당 알고리즘을 사용하고 이와 같은 완충 버퍼 할당 방법은, 버퍼 제어 모듈에 의해 구현된다.

버퍼 제어 모듈은 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현될 수 있으나, 본 발명에서는 소프트웨어로 구현되었다.

상술한 바와 같이 본 발명은, 단순한 패킷 버퍼 관리방법에서 고속으로 동작하는 프로토콜에서도 적용될 수 있는 동적 버퍼 관리방법을 제공하고, 아울러 한정된 패킷 버퍼의 용량을 가지고 동적으로 변하는 LAN 트래픽을 효율적으로 할당하여 네트워크 과부하시에 발생할 수 있는 패킷 손실을 최소화할 수 있는 방법을 제공하는 효과가 있다.

Claims (1)

1. LAN을 송수신하기 위한 수신 버퍼, 송신 버퍼, 어드레스 해결 프로토콜(ARP) 버퍼와, ATM 망으로 데이터를 송수신하기 위한 ATM 송신 버퍼, ATM 수신 버퍼, ATM ARP 버퍼와, 완충 버퍼 할당 알고리즘을 사용하는 버퍼 풀과, 유동적인 LAN 트래픽의 수신을 위해 일정 개수 이상의 가용 버퍼들을 이중 연결 리스트 구조를 이용하여 관리하는 수신 포트로 이루어진 LAN-ATM 라우터에서 버퍼를 동적으로 할당 및 관리하는 방법에 있어서,

   수신된 패킷이 다른 LAN으로 전달되어야 할 패킷일 경우 수신 버퍼는 해당 버퍼를 다른 LAN의 송신 버퍼로 전달하고, 상기 버퍼 풀로 버퍼 요구를 송신하는 단계와;

   버퍼 풀로부터 할당된 버퍼는 다음 패킷 수신을 위해 수신 버퍼의 이중 연결 리스트의 마지막으로 연결하는 단계와;

   상기 수신 버퍼로부터 패킷을 전달받은 다른 LAN 송신 버퍼는 패킷을 메모리 복사없이 직접 LAN을 통해 전송한 후 버퍼 풀로 해당 패킷 버퍼를 리턴하는 단계와;

   수신 버퍼로 수신된 패킷이 ATM 망으로 전달될 패킷일 경우, 수신 버퍼는 해당 패킷을 ATM 송신 버퍼로 전달하는 단계와;

   전달 후 버퍼 풀로부터 하나의 패킷을 할당받아 다음 패킷 수신을 위해 수신 버퍼의 이중 연결 리스트의 마지막으로 연결하는 단계와;

   수신 버퍼로 수신된 패킷이 다른 포트로 전송할 수 없는 패킷이거나, 에러가 발생한 경우 수신 버퍼는 해당 패킷을 자신의 이중 연결 리스트의 마지막으로 리턴하여 다음 패킷을 수신할 준비를 하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 다중 포트 이더넷-ATM 라우터의 동적 버퍼 할당 및 관리방법.

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