KR100396916B1 - 고속 라우터를 위한 입출력 포트간의 패킷 연결 방법 - Google Patents

고속 라우터를 위한 입출력 포트간의 패킷 연결 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 ATM 교환기에 사용되는 고속 라우터를 위한 입출력 포트간의 패킷 연결 방법에 관한 것이다.
본 발명에서는 입력 단에 VOQ(Virtual Output Queue : 가상출력대기행렬)를 갖는 라우터를 이용하여 패킷(packet)별 입출력 포트 할당을 위한 패킷 연결 우선 순위 결정 방안을 사용한다. 이로 인해, 각 VOQ 에서는 한 슬롯시간 내에 가능한 최대의 패킷을 연결하여 출력포트로 내보냄으로써, 단위 시간 당 연결시키는 패킷의 수를 최대화한다. 또한, 기근(servation) 방지를 위해, 기다린 시간이 가장 긴 패킷에 연결 우선권을 주어 먼저 출력포트로 내보낸다.
이로 인해, 한 슬롯 시간 내에 한 개의 패킷을 연결 설정할 수 있는 하드웨어 구현이 간단해질 뿐만 아니라, 높은 수율 달성과 함께 처리해야 될 데이터의 유형에 관계없이 빈곤(기근)을 방지한다.

Description

고속 라우터를 위한 입출력 포트간의 패킷 연결 방법 {Packet Connection Method for High speed Router of from Input port to Output port}
본 발명은 ATM 교환기에 사용되는 고속 라우터를 위한 입출력 포트간의 패킷 연결 방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게 설명하면, 한 슬롯 시간 내에 가능한 최대의 패킷을 연결할 수 있는 ATM 교환기에 사용되는 고속 라우터를 위한 입출력 포트간의 패킷 연결 방법에 관한 것이다.
이와 같은 고속 라우터를 위해서는 라우팅 정보를 정확하고 빨리 파악할 수 있는 포워딩(Forwarding) 엔진이 있어야 한다. 만약, 정확한 출력 포트의 파악이 안되는 경우에는 모든 출력 포트로 방송(Broadcasting)을 하게 되어 불필요한 부하(Load)와 입출력 포트간의 연결 지연을 유발한다. 또한, 종래 기술에 따른 라우터의 입출력 포트간의 패킷 연결 방법은, 입출력 포트간에 한 슬롯 시간에 하나의 패킷만을 주고받기 때문에, 입출력 단 충돌(Blocking) 현상이 발생하여 연결을 필요로 하는 모든 패킷에 바로 연결 설정을 못하게 된다.
이와 같은 패킷간 충돌 현상을 줄이기 위한 대기 장소로서, 입력 버퍼링(input-buffering)이 제안되었는데, 이는, 입력 단에 버퍼를 두어 패킷을 일시적으로 보관하는 것으로서, 스위칭 패브릭의 교환 속도와 버퍼 메모리의 읽기 및 쓰기 속도가 전송 링크의 속도로 동작하기 때문에 고속 스위치의 구현에 적합하지만, 한 입력 단에서 하나의 패킷만이 전송 가능하며 한 출력 단에서도 하나의 패킷만을 받아들인다. 이로 인해, 출력 단(output-buffering) 충돌, 선두(head-of-line) 차단, 입력 단(input-buffering) 충돌 등과 같은 문제점이 발생한다.
여기서의 출력 단 충돌이란, 특정한 한 출력 단으로 동시에 여러 개의 입력 단에서 패킷을 보내고자 하는 경우에 발생하는 충돌이며, 입력 단 충돌은 하나의 입력 단에서 대기중인 패킷들 중 각각의 출력포트로 연결이 가능한데도 불구하고 하나의 입력포트에서는 하나의 패킷만 처리할 수 있다는 제한 때문에 연결을 못하는 상황을 의미한다. 또한, 선두 차단이란, 각 입력 버퍼의 선두에 있는 하나의 패킷만 처리할 수 있는 제약 때문에 선두가 아닌 패킷은 해당 출력포트로 연결이 가능하더라도 연결을 해주지 못하는 상황을 말한다.
상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 입력 단에 VOQ(Virtual Output Queue)를 갖는 고속 라우터가 패킷별 입출력 포트 할당을 위해패킷 연결 우선 순위 결정 방법을 이용함으로써, 높은 수율을 달성할 수 있을 뿐만 아니라, 처리해야 할 데이터의 유형에 관계없이 빈곤(기근)을 방지할 수 있는 ATM 교환기에 사용되는 고속 라우터를 위한 입출력 포트간의 패킷 연결 방법을 제공하기 위한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 라우터의 기능별 구성도,
도 2는 도 1에 도시된 입력 기능 모듈의 구성도,
도 3은 패킷 연결 우선 순위 결정 시 이용되는 포트상태 정보의 구성도,
도 4는 패킷 연결 우선 순위 결정 시 이용되는 패킷 정보의 구성도이다.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※
110 : 입력 기능 모듈
120 : 스위칭 기능 모듈
121 : 우선 순위 결정 기능 모듈
130 : 출력 기능 모듈
210 : 포워딩 기능 블록
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 ATM 교환기에 사용되는 고속 라우터를 위한 입출력 포트간의 패킷 연결 방법에 있어서, 상기 고속 라우터가 대기 상태에 머무르면서 상기 입력포트에 도착한 정보가 새로운 패킷인지를 검색하여, 상기새로운 패킷이면 포트상태 정보 메시지와 패킷 정보 메시지를 갱신하고, 상기 도착한 정보가 패킷 연결을 위한 패킷 정보이면, 해당 패킷의 상태 정보를 갱신한 후, 최소의 도착 시간을 가지는 패킷에 대해 우선적으로 스위칭 연결을 시도하는 단계를 포함한다.
양호하게는, ATM 교환기에 사용되는 고속 라우터를 위한 입출력 포트간의 패킷 연결 방법을 수행하기 위해 컴퓨터로 실행할 수 있는 프로그램을 저장한 기록매체에 있어서, 상기 고속 라우터가 대기 상태에 머무르면서 상기 입력포트에 도착한 정보가 새로운 패킷인지를 검색하여, 상기 새로운 패킷이면 포트상태 정보 메시지와 패킷 정보 메시지를 갱신하고, 상기 도착한 정보가 패킷 연결을 위한 패킷 정보이면, 해당 패킷의 상태 정보를 갱신한 후, 최소의 도착 시간을 가지는 패킷에 대해 우선적으로 스위칭 연결을 시도하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로그램을 저장한 컴퓨터로 판독할 수 있는 기록매체가 제공된다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 라우터를 위한 입출력 포트간의 패킷 연결 방법을 보다 자세하게 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 라우터의 기능별 구성도이다. 도시된 바와 같이, 다수의 입력 기능 모듈(110)과 스위치 기능 모듈(120), 다수의 출력 기능 모듈(130)로 구성되며, 스위치 기능 모듈(120)은 다수의 우선 순위 결정 기능 모듈(121)로 구성된다.
다수의 입출력 기능 모듈(110, 130)은 물리 계층과 MAC(Media Access Cnotrol : 매체 접속 제어) 계층의 접속 기능을 수행하며, 패킷 포워딩(Forwarding)을 위한 검색(Lookup) 및 버퍼링(Buffering) 기능을 수행한다.
스위치 기능 모듈(120)은 본 발명에 따른 다수의 패킷 연결 우선 순위 결정 기능 모듈(121)을 내장하고 있어서, 출력포트와의 연결(connection)이 설정되면, 스위칭 순서를 결정하는 중계(arbitration) 기능을 수행하고, 스위칭을 위한 스위치 패브릭 연결을 각 입력포트 별로 분산 제어 관리한다. 또한, 패킷 연결 우선 결정 방안에 따라, 대기 중인 패킷 중, 하나를 선택하여 출력포트로 연결한다.
도 2는 입력 기능 모듈의 구성도로서, 도시된 바와 같이, 입력 기능 모듈(200)은 포워딩 기능 블록(210)과 다수의 대기 메모리들(220)로 구성된다. 포워딩 기능 블록(210)은 입력포트로 패킷들이 들어오면, 패킷별 출력포트들을 구별한다. 만약, 패킷별 출력포트를 구별해 내지 못하면, 방송(broadcasting) 형태로 하여 모든 출력포트로, 출력포트를 구별되지 못한 패킷을 복사하여 내보낸다. 반면, 출력포트가 i 인 것으로 확인된 패킷은 메모리 내의 VOQ(Virtual Output Queue : 가상 출력 대기 행렬, 이하 VOQ 라 함)인 대기 메모리(220) i 에서 기다리면서, 출력포트 i 로 연결될 차례를 기다린다.
여기서, 패킷 연결 우선 순위 결정 시, 사용되는 메시지에 대해 알아보면 다음과 같다. 도 3은 패킷 연결 우선 순위 결정 시 사용되는 포트상태 정보 메시지(Pinfo)의 구성도이다.
도시된 바와 같이, 포트상태 정보는 포트별 사용을 나타내는 표시 값(StatePort, 301)와, 현재 대기중인 패킷들의 수(NumPacket, 302), 현재 대기중인 패킷들의 도착 시간(ArrivalTime, 303), 도착하여 현재 대기중인 패킷들의 ID(PacketID, 304)로 구성된다.
포트별 사용 상태(301)는 1 비트(bit)로 표시되며, 0 은 포트의 미사용 상태를, 1 은 포트의 사용 상태를 나타낸다. 현재 대기중인 패킷 수(302)는 15 비트로 표시된다. 현재 대기중인 패킷 중, 가장 먼저 도착한 패킷의 도착 시간(304)은 3 바이트(byte)로 표시되며, 도착하여 현재 대기중인 패킷들의 ID(304)는 2 바이트로 표시된다.
이 때, 각각의 패킷에 부여하는 패킷들의 ID(304)는 0 번에서부터 차례로 배정하기 시작하여 최고의 2진수 값인 1111111111111111, 다음에는 다시 0000000000000000 값부터 순서적으로 부여한다.
도 4는 패킷 연결 우선 순위 결정 시 사용되는 패킷 정보 메시지(CMsg)의 구성도이다. 도시된 바와 같이, 2 바이트로 표시된 패킷별 부여한 Packet ID(PacketID, 401)와, 1 바이트로 표시된 연결요청상태(StatePacket, 402), 각각 1 바이트로 표시된 입력포트(InputPortID, 403) 및 출력포트(OutPortID, 404), 3 바이트로 표시된 도착한 패킷들의 도착시간(ArrivalTime, 405)으로 구성된다.
여기서, 연결 요청 상태(StatePacket, 402)가 0이면 연결 요청, 연결 요청 상태(402)가 1이면 연결 승인, 연결 요청 상태가 2이면 연결 거부를 의미한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 ATM 교환기에 사용되는 고속 라우터를 위한 입출력 포트간의 패킷 연결 방법을 도시한 흐름도이다.
우선, 고속 라우터는 메시지 도착 혹은 새로운 패킷의 도착을 기다리는 대기 상태에 머무르면서 새로운 패킷이 수신되는지를 확인한다(S501). 확인 결과, 새로운 패킷이 수신되었으면, 포트상태 정보 메시지(Pinfo)와 패킷 정보 메시지(CMsg)를 갱신(S502)한 후 새로운 패킷이 도착하는지를 다시 기다리는 반면, 확인 결과, 새로운 패킷의 도착이 아니라, 연결 설정을 위한 패킷 정보 메시지가 수신되었으면, 수신된 패킷 정보 메시지의 상태정보값에 따라, 각각 정해진 과정을 수행한다. 즉, 상태정보값(StatePacket)이 0 인 메시지(연결 요청)가 도착하면(S503), 이는 입력포트에서 송신한 연결 요청 정보가 출력포트에 도착한 경우이므로, 입력포트에 도착한 패킷 중 최소의 도착 시간을 가진 패킷을 찾는다(S504). 그 후, 찾은 패킷이 최소의 도착 시간을 가진 패킷인가를 검색한다(S505). 검색 결과, 최소의 도착 시간을 가진 패킷이면, 검색된 패킷의 상태정보값을 1 로 갱신한 후, 해당 입력포트로 다시 패킷정보 메시지를 전송한다(S506). 반면, 수신된 패킷 정보 메시지의 상태정보값이 연결 요청이 아니면, 상태 정보값이 1 (연결승인)인지를 다시 검색한다(S508). 검색 결과, 상태정보값이 연결승인이면, 이는 출력포트에서의 연결승인이 된 메시지를 의미하므로, 포트의 사용여부를 사용상태로 갱신한 후, 해당 패킷을 출력포트로 전송한다(S509).
한편, 수신된 패킷 정보 메시지의 상태정보값이 1 이 아니면, 상태정보값이 2 (연결거부)인지를 다시 검색한다(S510). 검색 결과, 상태정보값이 2 이면, 포트별 사용 상태를 점검한다(S511). 점검 결과, 포트가 사용되지 않고 있는 상태이면, 상태정보값을 0 으로 한 후 해당 패킷정보 메시지를 출력포트로 전송한다(S512).하지만, 상태정보값이 2 가 아니거나, 포트별 사용 상태가 사용중이면, 바로 대기상태로 돌아간다.
이와 같은 과정을 반복적으로 수행하여 연결을 시도함으로써, 한 슬롯시간 내에 가능한 최대의 연결이 이루어지도록 한다. 그러나, 포트별 사용여부 상태가 1 이라면, 이는 자신의 VOQ에서 대기중인 패킷이 출력포트로 연결 설정이 완료되었다는 것을 의미하므로 더 이상의 처리를 할 필요가 없이 대기상태에 머무르면 된다.
위에서 양호한 실시예에 근거하여 이 발명을 설명하였지만, 이러한 실시예는 이 발명을 제한하려는 것이 아니라 예시하려는 것이다. 이 발명이 속하는 분야의 숙련자에게는 이 발명의 기술사상을 벗어남이 없이 위 실시예에 대한 다양한 변화나 변경 또는 조절이 가능함이 자명할 것이다. 그러므로, 이 발명의 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 한정될 것이며, 위와 같은 변화예나 변경예 또는 조절예를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 각각의 입력포트에서 자신의 VOQ 에 대기중인 패킷의 연결 설정을 분산처리로 해결함으로써, 빠른 시간 내에 스위칭을 할 수 있을 뿐만 아니라, 한 슬롯 시간 내에 가능한 최대의 패킷 연결이 입출력 포트간에 이루어진다. 또한, 입력포트에 공평하게 서비스를 해줄 수 있어서 기근 현상을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 한번의 스위칭 시도가 실패하더라도, 이어서, 반복적으로 스위칭을 위한 연결 설정을 시도하게 되므로 높은 수율(throughput)을 얻을 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 라우터를 위한 입출력 포트간의 패킷 연결 방법에 있어서,
    상기 라우터는 메시지 도착 또는 새로운 패킷의 도착을 기다리는 대기 상태에 머무르면서, 새로운 패킷이 수신되는지 여부를 판단하는 제 1 단계;
    상기 제 1 단계에서의 판단 결과, 새로운 패킷이 수신되면, 포트 상태 정보 메시지와 패킷 정보 메시지를 갱신한 후, 상기 제 1 단계로 복귀하는 제 2 단계;
    상기 제 1 단계에서의 판단 결과, 새로운 패킷의 도착이 아니라 연결 설정을 위한 패킷 정보 메시지가 수신되면, 수신된 패킷 정보 메시지의 상태 정보를 판단하는 제 3 단계;
    상기 제 3 단계에서의 판단 결과, 수신된 패킷 정보 메시지의 상태 정보가 연결 요청 정보값에 해당하면, 입력 포트에 도착한 패킷 중 최소의 도착 시간을 가진 패킷을 검색하는 제 4 단계;
    상기 제 4 단계에서의 검색 결과, 최소의 도착 시간을 가진 패킷이면, 상기 검색된 패킷의 상태 정보값을 연결 승인 정보값으로 갱신하고, 해당 입력 포트로 재차 패킷 정보 메시지를 전송하는 제 5 단계;
    상기 제 4 단계에서의 검색 결과, 최소의 도착 시간을 가진 패킷이 아니면, 상기 검색된 패킷의 상태 정보값을 연결 거부 정보값으로 갱신하고, 해당 입력 포트로 패킷 정보 메시지를 전송하는 제 6 단계;
    상기 제 3 단계에서의 판단 결과, 수신된 패킷 정보 메시지의 상태 정보가 연결 승인 정보값에 해당하면, 포트의 사용 여부를 사용 상태로 갱신한 후, 해당 패킷을 출력 포트로 전송하는 제 7 단계; 및
    상기 제 3 단계에서의 판단 결과, 수신된 패킷 정보 메시지의 상태 정보가 연결 거부 정보값에 해당하면, 포트별 사용 상태를 점검하여, 점검 결과 포트가 사용되지 않고 있으면, 상태 정보값을 연결 요청 정보값으로 갱신한 후 해당 패킷 정보 메시지를 출력 포트로 전송하고, 점검 결과 포트가 사용되고 있으면 바로 대기 상태로 복귀하는 제 8 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 라우터를 위한 입출력 포트간의 패킷 연결 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 라우터는 입력 단의 VOQ(Virtual Output Queue : 가상 대기 행렬)에서 대기 상태에 머무르는 것을 특징으로 하는 라우터를 위한 입출력 포트간의 패킷 연결 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 포트 상태 정보 메시지는 포트별 사용을 나타내는 표시 값과, 대기 중인 패킷의 수, 도착한 패킷들의 도착 시간, 대기 중인 패킷들의 ID를 포함하는 것을 특징으로 하는 라우터를 위한 입출력 포트간의 패킷 연결 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 패킷 정보 메시지는 패킷들의 ID와, 패킷의 상태를 표시하는 값, 출력 포트 번호, 입력 포트 번호, 도착한 패킷들의 도착 시간을 포함하는 것을 특징으로 하는 라우터를 위한 입출력 포트간의 패킷 연결 방법.
  5. 삭제
  6. 라우터를 위한 입출력 포트간의 패킷 연결 방법을 수행하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 있어서,
    상기 라우터는 메시지 도착 또는 새로운 패킷의 도착을 기다리는 대기 상태에 머무르면서, 새로운 패킷이 수신되는지 여부를 판단하는 제 1 단계;
    상기 제 1 단계에서의 판단 결과, 새로운 패킷이 수신되면, 포트 상태 정보 메시지와 패킷 정보 메시지를 갱신한 후, 상기 제 1 단계로 복귀하는 제 2 단계;
    상기 제 1 단계에서의 판단 결과, 새로운 패킷의 도착이 아니라 연결 설정을 위한 패킷 정보 메시지가 수신되면, 수신된 패킷 정보 메시지의 상태 정보를 판단하는 제 3 단계;
    상기 제 3 단계에서의 판단 결과, 수신된 패킷 정보 메시지의 상태 정보가 연결 요청 정보값에 해당하면, 입력 포트에 도착한 패킷 중 최소의 도착 시간을 가진 패킷을 검색하는 제 4 단계;
    상기 제 4 단계에서의 검색 결과, 최소의 도착 시간을 가진 패킷이면, 상기 검색된 패킷의 상태 정보값을 연결 승인 정보값으로 갱신하고, 해당 입력 포트로 재차 패킷 정보 메시지를 전송하는 제 5 단계;
    상기 제 4 단계에서의 검색 결과, 최소의 도착 시간을 가진 패킷이 아니면, 상기 검색된 패킷의 상태 정보값을 연결 거부 정보값으로 갱신하고, 해당 입력 포트로 패킷 정보 메시지를 전송하는 제 6 단계;
    상기 제 3 단계에서의 판단 결과, 수신된 패킷 정보 메시지의 상태 정보가 연결 승인 정보값에 해당하면, 포트의 사용 여부를 사용 상태로 갱신한 후, 해당 패킷을 출력 포트로 전송하는 제 7 단계; 및
    상기 제 3 단계에서의 판단 결과, 수신된 패킷 정보 메시지의 상태 정보가 연결 거부 정보값에 해당하면, 포트별 사용 상태를 점검하여, 점검 결과 포트가 사용되지 않고 있으면, 상태 정보값을 연결 요청 정보값으로 갱신한 후 해당 패킷 정보 메시지를 출력 포트로 전송하고, 점검 결과 포트가 사용되고 있으면 바로 대기 상태로 복귀하는 제 8 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체.
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