KR100369934B1

KR100369934B1 - Ｍｐｏａ 기반의 3계층 가상랜 시스템 및 제공방법

Info

Publication number: KR100369934B1
Application number: KR10-2000-0083263A
Authority: KR
Inventors: 최길영; 이규호; 이형호; 채기준
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2000-12-27
Filing date: 2000-12-27
Publication date: 2003-01-29
Also published as: KR20020054230A

Abstract

본 발명은 MPOA 기반의 3계층 가상랜 제공방법 및 시스템에 관한 것으로, 복수개의 ELAN 으로 구성된 ATM 네트워크상에서의 MPOA 기반 3계층 가상랜 지원이 가능한 시스템 구조에 있어서, 상기 각각의 ELAN 은: 가상랜 정보 관리 및 유지 및 가상랜 구성을 위한 제어 메시지를 처리하는 가상랜 서버를 포함하는 MPOA 서버; 및 자신과 접속되어 있는 호스트 및 각 호스트가 가입한 가상랜의 구성 테이블을 유지 및 관리하고, 상기 호스트와 상기 가상랜 서버간에 상기 구성 테이블에 기초한 가상랜 정보를 전달해 주는 엣지 디바이스를 포함하고, 상기 각각의 ELAN 은 상기 가상랜 서버간의 서로 다른 가상 연결을 통해 가상랜 구성 정보 및 제어 정보를 교환하는 것을 특징으로 하여, MPOA 망에서 서버간에 가상랜 테이블을 유지하지위한 약간의 메시지만 추가하여 구현할 수 있으므로, 기존 프로토콜의 큰 변경없이 기능확장이 용이하다는 효과가 있다.

Description

ＭＰＯＡ 기반의 3계층 가상랜 시스템 및 제공방법{A Method Of Support Virtual LAN Based On MPOA}

본 발명은 MPOA(Multiprotocol over ATM) 기반의 3계층 가상랜 제공 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 ATM 스위치 망에서 3계층 주소 해석을 지원하도록 하는 MPOA 기반의 3계층 가상랜 제공 방법 및 그 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 가상랜(VLAN : Virtual LAN)은 물리적인 위치에 구애받지 않고 마치 하나의 랜에 연결되어 있는 것처럼 통신할 수 있는 구조로서, 기존 랜의 브로드캐스트와 멀티캐스트 트래픽이 전달되는 영역을 제한시켜 대역폭 낭비를 감소시키고 전체 네트워크의 효율을 증가시키는 장점을 갖는다.

또한 가상랜은 가상 경계를 만들어 원하는 그룹에만 데이터를 전송하게 하여 네트워크 보안을 강화시킨다.

특히, 랜 스위치로부터 시작된 가상랜의 개념을 ATM 망 또는 ATM 망에 연결된 디바이스가 존재하는 환경에 확장하여 적용한다면, 가상랜의 장점은 그대로 수용하면서 멀티미디어 데이터 전송이나 실시간 어플리케이션 지원과 같은 기존 랜이 제공하지 못하는 요구사항을 만족시킬 수 있다.

이에 따라, 현재 ATM 라우터에서는 LANE(LAN Emulation) 기반의 2계층 가상랜을 제공하고 있으며, 기존 이더넷 기반의 라우터는 포트 기반의 가상랜을 선택적으로 제공하고 있는 실정이다.

그러나, ATM 망에서 LANE을 기반으로 하는 2계층 가상랜은 한 ELAN(Emulated LAN)의 범위를 벗어나는 호스트들 간에는 가상랜 멤버가 될 수 없다는 단점을 가지고 있다.

따라서, 물리적인 위치에 관계없이 서로 다른 ELAN에 있는 호스트들이 같은 가상랜 멤버가 되어 별도의 라우팅 없이 스위칭 만으로도 효율적이고 적응성 있게 멤버간의 통신이 가능하기 위해서는, 3계층 가상랜을 구현할 필요가 있다.

또한, 서로 다른 ELAN에 있는 가상랜 멤버간 통신을 위해서는 ATM 라우터에서 3계층 주소 해석을 지원해야 할 필요가 있다.

가상랜은 기존 LAN을 구성하고 있는 케이블.장비등을 물리적으로 재구성하지 않고도 구축할 수 있는 논리적인 LAN 형태로, 예를들면 회사나 학교에서 구축된 LAN을 업무별 또는 부서별로 관련 있는 맴버들로 구성되도록 LAN으로 재구성할 수 있게 하는 경우이다.

서로 다른 가상랜들 사이에 데이터를 교환하기 위해서는 이론상 라우터가 필요하다. 그러나, MPOA 라우터에 3계층 가상랜 기능을 탑재할 경우 이 스위치 라우터는 내부(internal) 라우터로 작동, 외부의 라우터 없이 가상랜간 데이터를 원활하게 전송할 수 있게 된다.

본 발명은 상기와 같은 필요성을 충족시키기 위해 안출된 것으로, 3계층에서의 유니캐스트 전송 뿐 아니라 가상랜 멤버들에 대한 효율적인 브로드캐스트 전송을 지원하기 위해, MPOA 서버와 함께 가상랜 관리 서버를 둠으로써 MPOA 기반에서 3계층 가상랜을 제공하도록 하는 MPOA 기반의 3계층 가상랜 제공 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명이 적용되는 MPOA 기반의 3계층 가상랜을 도시한 구성도,

도 2a는 본 발명이 적용되는 MPOA/가상랜 서버의 테이블 구조도,

도 2b는 본 발명이 적용되는 엣지 디바이스의 테이블 구조도,

도 3는 본 발명에 따른 호스트가 가상랜에 등록하는 절차도,

도 4은 본 발명에 따른 3계층 가상랜에서의 브로드캐스트 전송 흐름도,

도 5은 본 발명에 따른 3계층 가상랜에서의 유니드캐스트 전송 흐름도이고,

도 6a 내지 도 6c는 본 발명에 따른 프로토콜 스택 및 데이터 프레임 구조로서, 도 6a는 VLAN_JOIN_Request 프레임 포멧, 도 6b는 NHRP_Update_Request 프레임 포멧, 그리고 도 6c는 NHRP_Update_Reply 프레임 포멧이다.

본 발명의 제1 측면에 따르면, 복수개의 ELAN 으로 구성된 ATM 네트워크상에서의 MPOA 기반 3계층 가상랜 지원이 가능한 시스템 구조에 있어서, 상기 각각의 ELAN 은: 가상랜 정보 관리 및 유지 및 가상랜 구성을 위한 제어 메시지를 처리하는 가상랜 서버를 포함하는 MPOA 서버; 및 자신과 접속되어 있는 호스트 및 각 호스트가 가입한 가상랜의 구성 테이블을 유지 및 관리하고, 상기 호스트와 상기 가상랜 서버간에 상기 구성 테이블에 기초한 가상랜 정보를 전달해 주는 엣지 디바이스를 포함하고, 상기 각각의 ELAN 은 상기 가상랜 서버간의 서로 다른 가상 연결을 통해 가상랜 구성 정보 및 제어 정보를 교환하는 것을 특징으로 하는 시스템 구조가 제공된다.

또한, 본 발명의 제2 측면에 따르면, MPOA 서버에 구축되어 스위치 망에서 3계층 주소 해석을 지원하고 가상랜 구성 테이블을 관리 및 제어하는 가상랜 서버를 서로 다른 가상 연결로 연결하여, 상기 가상랜 서버간의 인터페이스를 통해 상기 가상랜 서버간, 상기 가상랜 서버에 접속된 호스트간, 또는 서로 다른 서버에 접속된 호스트간의 데이터 전달 절차가 수행되는 것을 특징으로 하는 MPOA 기반에서의 3계층 가상랜 제공 방법이 제공된다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서는 ATM 스위치 망에서 3계층 가상랜을 설정할 수 있는 방안으로서 ATM 포럼에서 제안한 MPOA 서버를 확장하여 이용하는 방법을 사용 한다. 서로 다른 ELAN이나 IP(Internet Protocol) 서브 네트워크간의 3 계층 주소 해석을 위해 NHRP(Next Hop Resolution Protocol)를 사용하는 현재의 MPOA 서버는 3계층 주소 해석을 통한 유니캐스트 전송만이 가능하기 때문에 멤버들간의 효율적인 브로드캐스트 전송을 필요로 하는 가상랜의 특징을 충족시키지 못한다.

따라서, 본 발명의 발명자는 3계층에서의 유니캐스트 전송 뿐 아니라 가상랜 멤버들에 대한 효율적인 브로드캐스트 전송을 지원하기 위해 MPOA 서버와 함께 가상랜 관리 서버를 둠으로써 가상랜을 구성하는 방안을 제시하고자 한다.

3계층 가상랜을 제공하기위해 가상랜 서버는 기존 MPOA 프로토콜 수행에 영향없이 약간의 제어 기능을 추가 하는 것과 가상랜 제어 및 관리를 위해 MPOA 서버와 엣지 디바이스에서 가상랜 구성 및 멤버에 관한 정보 테이블 유지 및 관리해야 한다.

도 1은 본 발명이 적용되는 MPOA 기반의 3계층 가상랜을 도시한 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 MPOA 기반의 3계층 가상랜은, LIS(Logical IP Subnetwork)에 해당하는 ELAN(101,102,103) 들이 존재하는 망 구성에서 가상랜을 관리하는 가상랜 서버(104) ; 엣지 디바이스(105) ; 호스트(106)들로 구성된다. 서로 다른 3개의 LIS에 분산되어 있는 가상랜은 가상랜A(멤버: A.1, A.2, A.3), 가상랜 B(멤버: B1, B2), 가상랜 C(멤버: C.1, C.2)가 구성되어 있다.

MPOA/가상랜 서버는 기존의 MPOA의 MPOA서버(MPS)역할을 하면서 가상랜 서버의 역할을 담당하며, 가상랜 정보를 유지하고 가상랜 구성을 위한 제어 메시지를 처리한다(104). 제어 메시지는 기존의 MPOA 제어 메시지를 약간 변형하여 사용한다.

MPOA를 이용한 3계층 가상랜이 서버를 이용한 3계층 가상랜과 다른 점은, 업데이트 정보를 종합하고 제어하는 중앙 서버를 두지 않고 각각의 서버가 서로 가상연결(VC)로 연결되어 업데이트된 정보를 교환하는 것이다.

도 2a는 본 발명이 적용되는 MPOA/가상랜 서버의 테이블 구조도이고, 도 2b는 본 발명이 적용되는 엣지 디바이스의 테이블 구조도이다.

도 2a에 도시된 바와 같이 MPOA/가상랜 서버의 테이블은, 각 가상랜(201)이 관리하는 서버(202)들과 각 가상랜(201)에 관련된 엣지 디바이스(203)들 및 멤버(204)들에 관한 정보를 유지한다.

서버는 자신이 관리하는 LIS에 존재하는 모든 가상랜 정보를 유지하면서 호스트의 가상랜 가입과 데이터 전송을 위한 주소 해석을 한다. 또한, 서버는 가상랜 멤버 유지를 위해 다른 LIS의 서버들과 서로 테이블 정보를 교환하며, 엣지 디바이스(203)와는 가상랜 가입과 데이터 전송을 위해 정보를 교환한다.

서버 테이블은 도 1에 도시되어 있는 MPOA/가상랜 서버 1(104)의 MPOA/가상랜 서버 테이블이다.

가상랜 1이 관리하는 ELAN 1에 가상랜 A, B, C가 존재하므로 서버 1 테이블에 가상랜 A, B, C 주소와 가상랜을 담당하는 서버들의 주소를 유지한다. 그리고 각 서버에 해당 가상랜 멤버를 담당하는 엣지 디바이스와 해당 멤버의 주소를 유지한다.

도 2b에 도시된 바와 같이 엣지 디바이스는, 자신이 접속되어 있는 랜에 존재하는 모든 가상랜(205)에 대해 각 가상랜의 멤버(206) 리스트를 유지한다. 엣지 디바이스는 호스트의 가상랜 가입을 위한 제어 메시지와 호스트가 데이터를 전송하려는 목적지 주소를 해석하는 메시지를 만들어 서버에게 전송한다. 또한 목적지까지의 데이터 전송을 담당한다. 엣지 디바이스가 유지하는 테이블에서는 엣지 디바이스에 연결된 호스트들이 가입한 각 가상랜 A, B, C의 주소와 그에 해당하는 호스트들의 주소를 유지한다.

도 3은 호스트가 가상랜에 등록하는 절차를 도시한 도면으로서, 도 3에 도시된 바와 같이 호스트(301)는 가상랜에 등록하기 위해 802.1q 프레임에 가상랜 ID(구분자)를 실어 보낸다(306).

상기 802.1q는 가상 브릿지 랜(virtual bridged LAN)에서 가상랜 기능 제공을 위한 프레임 포멧에 관한 표준을 제공한다.

엣지 디바이스(302)는 해당 가상랜이 자신의 테이블에 존재하지만 등록이 안된 호스트이거나 해당 가상랜을 현재 알지 못하는 경우, 호스트의 IP주소, 가상랜 ID, 엣지 디바이스의 ATM 주소를 Vlan_Join 메시지에 실어 서버에게 전송한다(307). 서버는 자신의 테이블에 해당 가상랜이 존재할 경우에는 호스트 정보를 등록한다(303). 해당 가상랜이 존재하지 않을 경우에는, 서버 테이블에 호스트가 요청한 새로운 가상랜 ID와 자신의 서버 ID, 엣지 디바이스 정보, 호스트 정보를 추가한다(303).

서버는 해당 가상랜을 담당하는 다른 서버들에게 NHRP_Update_Request 메시지에 가상랜 ID, 서버 ID, 호스트 정보를 실어 전송한다(308). 이 메시지를 받은 서버들은 자신의 테이블에 새로 등록된 호스트 정보를 추가한다. 만일, 새로 등록된 가상랜이 처음으로 등록되는 가상랜일 경우, 서버는 해당 가상랜을 담당하는 다른 LIS의 서버를 모르므로, 모든 서버에게 NHRP_Update_Request 메시지를 전송한다. 이 메시지를 받은 서버는, 자신의 테이블에 해당 가상랜과 관련된 엔트리가 있으면 새로 가입한 호스트에 대한 정보를 삽입하고, NHRP_Update_ Request를 보낸 서버에게 자신이 관리하고 있는 LIS에서의 해당 가상랜에 가입된 엣지 디바이스와 호스트 ID를 NHRP_Update_Reply에 실어 보낸다(309).

도 4은 본 발명에 따른 3계층 가상랜에서의 브로드캐스트 전송 흐름을 보여주고 있다.

호스트(401)는 802.1q 프레임에 데이터를 전송하고자 하는 가상랜 ID를 실어 엣지 디바이스(403)에게 보낸다(402). 그러면, 엣지 디바이스는 이를 가상랜 서버(405)에게 그대로 보낸다(404). 다음으로, 서버는 자신이 관리하는 멤버들(409)에게 브로드캐스트하고(406,407), 다른 지역의 가상랜을 관리하는 이웃 서버(412,418)에게 브로드캐스트 트래픽을 보낸다(408,410). 각 서버(412,418)는 자기가 담당하고 있는 엣지 디바이스(413,414,420)를 통해보내고(411,417,419), 엣지 디바이스는 가상랜 멤버에게 브로드캐스트 전송한다(415,416, 421).

도 5은 본 발명에 따른 3계층 가상랜에서의 유니드캐스트 전송 흐름을 보여주고 있다.

호스트(501)는 802.1q 프레임에 유니캐스트 주소를 실어 엣지 디바이스(503)에게 보낸다(502). 엣지 디바이스(503)는 Vlan_Request 메시지를 통해 가상랜 주소, 3계층 목적지 주소, 엣지 디바이스의 ATM 주소를 서버(505)에게 보낸다(504). 서버는 목적지 호스트가 연결된 엣지 디바이스의 ATM 주소를 Vlan_Reply 메시지에 실어 보낸다(506). 주소를 요청했던 엣지 디바이스는 목적지 엣지 디바이스(508)와 ATM 연결을 맺어 목적지 호스트(510)로 유니캐스트 전송을 한다(507,509).

도 6는 본 발명에 따른 프로토콜 스택 및 데이터 프레임 구조을 보여주고 있다.

MPOA의 MPS(MPOA Server)를 확장하여 가상랜을 지원하기 위해 기존의 MPOA와 NHRP 제어 프레임을 변형시켜 사용한다. Vlan_Join_Request 메시지(601)는 MPOA_Resolution_Request 포맷을 변형시켜 사용한다. Source NBMA Address에 근원지의 ATM 주소를, Source Protocol Address에 근원지의 IP 주소를, Destination Protocol Address에 참여하고 싶은 가상랜 주소를 각각 표시한다. Vlan_Join_Request임을 표시하는 작동 코드 타입(ar$op.type = 0x88)을 새로 만들어 fixed 헤더 필드 중 작동 코드 필드에 삽입한다.

고정된(fixed) 헤더는 수정하지 않고 도면에 표시된 공통(common) 헤더만 호스트 정보와 가상랜 ID 정보가 들어가기 위해 수정한다. NHRP_Update_Request 메시지(602)는 NHRP_Resolution_Request 포맷을 변형하여 사용한다. 이 메시지를 위한 작동 코드 타입은 0x89 이다. NHRP_Update_Reply메시지(603)는 NHRP_Resolution_Request 포맷을 변형하여 사용하며 작동코드 타입은 0x90이다.목적지 주소에 요청한 서버의 주소를 넣고 호스트가 가입하길 요청한 가상랜 ID는 목적지 프로토콜 주소에 넣는다. 그러면, 요청 받은 서버의 주소를 NBMA(Non-Broadcast Multi-Access) 주소에 넣는다.

상술한 바와 같이 본 발명에서는 3계층 가상랜 기능을 제공하기위해 3계층 가상랜을 구성하여 효율적으로 수행하게 함으로써, 2계층 가상랜에서의 단점들을 해결하고 망 운용측면에서 처리 능력을 개선시킬 수 있다.

또한, 스위치 망에서 3계층 주소 해석을 지원해줄 수 있는 3계층 가상랜을 설정할 수 있는 방안으로서, MPOA 서버에 가상랜 관리 서버를 두어 가상랜을 구성할 수 있도록 하여, 기존 MPOA망에서는 서버간에 가상랜 테이블을 유지하지위한 약간의 메시지만 추가하여 구현할 수 있으므로, 기존 프로토콜의 큰 변경없이 기능확장이 용이하다.

그리고, 하나의 중앙 서버를 두지 않고 분산된 MPOA서버에 가상랜 서버를 둠으로 기존 라우터와 동일 한 형태로 동작할 수 있고 MPOA 서버가 라우터 서버 기능을 수행하므로, 별도의 라우팅 기능 수행이 필요치 않다.

가상랜 멤버에게 데이터를 브로드 캐스트 측면보다는 유니캐스트 전송 측면에서는 MPOA 모델이 중앙서버 방식 보다는 효율적으로 동작한다.

지금까지 설명은 본 발명의 이해를 위해 적절한 실시예에 대한 것으로, 본 발명이 이것으로 제한되는 것은 아니며, 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 첨부한 특허청구범위의 범위 및 정신을 벗어나지 않고 다양한 수정 및 변형이가능함은 명백한 것이다.

Claims

복수개의 ELAN 으로 구성된 ATM 네트워크상에서의 MPOA 기반 3계층 가상랜 지원이 가능한 시스템 구조에 있어서,

상기 각각의 ELAN 은:

가상랜 정보 관리 및 유지 및 가상랜 구성을 위한 제어 메시지를 처리하는 가상랜 서버를 포함하는 MPOA 서버; 및

자신과 접속되어 있는 호스트 및 각 호스트가 가입한 가상랜의 구성 테이블을 유지 및 관리하고, 상기 호스트와 상기 가상랜 서버간에 상기 구성 테이블에 기초한 가상랜 정보를 전달해 주는 엣지 디바이스를 포함하고,

상기 각각의 ELAN 은 상기 가상랜 서버간의 서로 다른 가상 연결을 통해 가상랜 구성 정보 및 제어 정보를 교환하는 것을 특징으로 하는 시스템 구조.
제 1 항에 있어서,

상기 엣지 디바이스가 유지 및 관리하는 가상랜의 구성 테이블에는, 상기 호스트들이 가입한 각각의 가상랜의 주소 및 그에 해당하는 호스트들의 주소가 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 시스템 구조.
MPOA 서버에 구축되어 스위치 망에서 3계층 주소 해석을 지원하고 가상랜 구성 테이블을 관리 및 제어하는 가상랜 서버를 서로 다른 가상 연결로 연결하여, 상기 가상랜 서버간의 인터페이스를 통해 상기 가상랜 서버간, 상기 가상랜 서버에 접속된 호스트간, 또는 서로 다른 서버에 접속된 호스트간의 데이터 전달 절차가 수행되는 것을 특징으로 하는 MPOA 기반에서의 3계층 가상랜 제공 방법.
제 3 항에 있어서,

상기 데이터 전달 절차의 하나로 각 호스트로의 브로드캐스트 전송 절차가 포함되며, 상기 브로드캐스트 전송 절차는:

상기 호스트와 연결되어 가상랜 구성 테이블을 유지 및 제어하는 엣지 디바이스가 상기 호스트에서 전달받은 데이터 및 가상 ID 가 실려있는 802.1q 프레임을 자신과 연결된 가상랜 서버로 전달하고,

상기 가상랜 서버는 자신이 관리하는 호스트들 및 가상 연결된 이웃 가상랜 서버에게 이를 브로드캐스트하고,

상기 이웃한 가상랜 서버와 연결된 엣지 디바이스는 상기 가상랜으로부터 전달받은 데이터를 자신과 연결된 호스트들에게 브로드캐스트 전송하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 MPOA 기반에서의 3계층 가상랜 제공 방법.
제 3 항에 있어서,

상기 데이터 전달 절차의 하나로 각 호스트간의 유니캐스트 전송 절차가 포함되며, 상기 유니캐스트 전송 절차는:

상기 호스트가 전달받은 유니캐스트 주소가 실려있는 802.1q 프레임을 상기호스트와 연결되어 가상랜 구성 테이블을 유지 및 제어하는 엣지 디바이스로 전달하고,

상기 엣지 디바이스를 통해 Vlan_Request 메시지를 통해 가상랜주소, 3계층 목적지 주소, 엣지 디바이스의 ATM 주소를 자신과 연결된 가상랜 서버로 전달하여, 상기 가상랜 서버로부터 목적지 호스트와 연결된 엣지 디바이스의 ATM 주소를 Vlan_Reply 메시지를 전달한 후, 목적지 엣지 디바이스와 ATM 인터페이스를 형성하여 목적지의 엣지 디바이스와 연결된 목적지 호스트로 상기 유니캐스트 전송하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 MPOA 기반에서의 3계층 가상랜 제공 방법.