KR100562902B1 - 네트워크 노드 간 효율적인 경로 선택 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 홉수 및 패스 MTU를 모두 고려하여 두 노드간에 최적의 네트워크 통신 경로를 발견하고 이를 통하여 데이터를 전송하는 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 방법은 송신노드의 라우팅 테이블에 존재하는 송신노드와 수신노드간의 각각의 경로에 대하여 패스 MTU, 홉수를 구하는 단계; 경로가 2개 이상인 경우 각각의 경로에 대하여, 전송하고자 하는 데이터의 크기와 패스 MTU를 비교하여 데이터의 크기가 패스 MTU보다 크면 데이터의 크기를 패스 MTU로 나눈 값을 올림한 수와 홉수를 곱한 값을 전송수로 설정하고, 데이터의 크기가 패스 MTU보다 작으면 홉수를 전송수로 설정하는 과정을 수행하는 단계; 및 이러한 경로들 중 전송수가 최소인 경로를 데이터를 전송할 경로로 선택하고 이를 통하여 데이터를 전송하는 단계로 이루어진다.

MTU(Maximum Transfer Unit), PMTU(Path MTU), 홉수(Hop Count), 전송수(Transmission Count), 라우팅 테이블(Routing Table), ICMPv6(Internet Control Message Protocol version 6)

Description

네트워크 노드 간 효율적인 경로 선택 방법{Efficient Path Selecting Method Between Network Nodes}

도 1은 두 노드간에 두 개의 경로를 갖는 네트워크의 예를 나타낸 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 전송수를 계산하기 위한 수식을 나타낸 것이다.

도 3는 패스 MTU를 구하는 방법을 설명하기 위하여 하나의 경로를 갖는 네트워크 및 각 노드의 MTU 값을 예를 들어 표시한 것이다.

도 4은 본 발명에 따른 경로 선택 방법을 상세하게 나타낸 흐름도이다.

도 5는 두 노드간에 두 개의 경로를 갖는 네트워크 및 각 노드 간의 MTU 값을 예를 들어 표시한 것이다.

도 6은 상기 도 4에서의 구체적인 예에 따라 다중 경로에 대한 패스 MTU, 홉수, 계산된 전송수를 나타낸 테이블이다.

본 발명은 네트워크상의 두 노드간에 데이터를 전송하는데 있어서 보다 효율적인 경로를 발견하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 홉수 및 패스 MTU를 모두 고려하여 두 노드간에 최적의 네트워크 통신 경로를 발견하는 방법에 관한 것 이다.

종래의 기술에 따른 경로 발견 방법은 다음과 같다. 도 1은 5개의 노드로 구성된 네트워크를 나타내고 있다. 노드A(110)가 노드C(130)에게 보낼 데이터를 가지고 있다고 할 때, 상기 노드A는 노드C(130)에게 데이터를 보내기 전에 먼저 노드C(130)로의 경로를 찾는다. 노드A는 홉수(Hop Number)가 2인 A-B-C의 경로와 홉수가 3인 A-D-E-C의 경로를 발견한다. 노드A(110)는 두 개의 경로 중, 홉수가 작은 A-B-C 경로를 선택하여 데이터를 전송하게 된다. 이와 같이 종래의 기술은 단순히 홉수만을 비교하여 경로를 선택하는 종래기술은 네트워크 대역폭을 단순히 경로상의 홉수로만 판단하는 방법을 사용하였다. 이러한 방법은 네트워크의 상황을 종합적으로 고려하지 않으므로 개별적 네트워크 상황에 맞는 효율적인 방법이 될 수 없다. 또한 네트워크를 구성하는 노드들의 전송 능력 및 전송 데이터 정보를 이용할 수 없기 때문에 네트워크 대역폭을 보다 효율적으로 사용하지 못하는 문제점이 있다.

일반적으로 목적지까지의 다중 경로를 보유한 경우, 상기한 바와 같이 목적지까지의 홉수를 고려하여 경로를 선택한다. 그러나 경로에 대한 패스 MTU(Path MTU)와 전송 데이터 크기를 추가적으로 사용하여 경로를 선택하면 노드의 전송 회수를 감소시킬 수 있으며, 이로 인해 대역폭을 효율적으로 사용할 수 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 홉수, 패스 MTU, 전송 데이터 크기를 사용하여 최적 경로를 선택하는 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 전송수(Transmission Count) 계산식을 정의하고 이를 상기한 최적 경로 선택에 적용하는 데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 방법은 라우팅 테이블에 존재하는 상기 송신노드와 수신노드간의 각각의 경로에 대하여 패스 MTU, 홉수를 구하는 단계; 상기 경로가 2개 이상인 경우 각각의 경로에 대하여 상기 전송하고자 하는 데이터의 크기와 상기 패스 MTU를 비교하여 상기 데이터의 크기가 상기 패스 MTU보다 크면 상기 데이터의 크기를 패스 MTU로 나눈 값을 올림한 수와 홉수를 곱한 값을 전송수로 설정하고, 상기 데이터의 크기가 상기 패스 MTU보다 작으면 홉수를 전송수로 설정하는 과정을 수행하는 단계; 및 상기 경로들 중 상기 전송수가 최소인 경로를 데이터를 전송할 경로로 선택하고 이를 통하여 데이터를 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 도면에 따라 발명의 일 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 전송수를 계산하기 위한 수식을 나타낸 것이다. 본 수식은 송신노드와 수신노드간에 다중 경로가 존재할 때 사용된다. 본 도에서 나타난 파라미터들을 살펴보면, 우선 데이터 크기(Data Size; DS)는 목적지에 전송할 데이터의 크기를 나타낸다. 또한 패스 MTU(Path Maximum Transfer Unit; PMTU)는 송수신 노드 간의 패킷의 분할이 없이 전송 가능한 패킷의 최대 크기로 정의되는 값으로서 이를 구하는 방법은 도 3에서 예시적으로 나타내었다.

전송수(Transmission Count; TC)는 송신 노드로부터 수신 노드로까지 패킷이 도달하는 동안 각 노드가 패킷을 전송하는 전체 회수를 나타내며, 홉수(Hop Count; HC)는 송신 노드로부터 수신 노드까지 도달하기 위하여 거치게 되는 노드의 수를 나타낸다. 본 도에서의 아래첨자 k는 다중경로를 구분하기 위한 첨자이며, 어떤 수신노드에 대한 경로가 N개 존재하면 첨자 k는 1부터 N 사이의 값을 가지게 된다.

첫번째 경우는 전송하려는 데이터의 크기인 데이터 크기(DS)가 특정 경로의 패스 MTU(PMTU_k) 보다 작거나 같은 경우이다. 이러한 경우에 특정 경로의 전송수는 그 경로의 홉수(HC_k)와 같은 값으로 정의될 수 있다. 두번째 경우는 전송하려는 데이터의 크기인 데이터 크기(DS)가 특정 경로의 패스 MTU(PMTU_k) 보다 큰 경우이다. 이러한 경우에 특정 경로(k번째 경로)의 전송수(TC_k)는 데이터 크기를 특정 경로의 패스 MTU(PMTU_k) 값으로 나눈 값에 특정 경로의 홉수(HC_k)를 곱한 값으로 정의될 수 있다. 만약 데이터 크기를 특정 경로의 패스 MTU(PMTU_k) 값으로 나눈 값이 자연수가 아닌 경우는 소수 첫째 자리에서 올림하여 자연수로 만든 후 특정 경로의 홉수(HC_k)를 곱하여 특정 경로의 전송수를 계산할 수 있다.

도 3는 패스 MTU를 구하는 방법을 설명하기 위하여 하나의 경로를 갖는 네트워크 및 각 노드의 MTU 값을 예를 들어 표시한 것이다. 이러한 패스 MTU 값을 찾는 방법은 종래기술로도 여러 가지가 알려져 있는데, 그 대표적인 예를 살펴보면 다음과 같다.

네트워크에서는 다양한 종류의 통신 기능을 갖는 노드(Node)들이 통신하게 되므로, 각각의 노드들이 갖는 MTU(Maximum Transfer Unit) 값, 즉 노드에서 송수신할 수 있는 데이터의 최대 크기가 다양하게 된다. 본 도와 같이 네트워크에 A, B, C, D 네 개의 노드가 존재한다고 하고, 각각의 노드에서 송수신할 수 있는 패킷의 최대 크기인 MTU가 노드A는 6, 노드B는 5, 노드C는 4, 노드D는 7이라고 한다. 만약, 노드A가 노드D로 데이터를 송신하고자 하는 경우에 노드A는 자신이 최대로 송수신할 수 있는 패킷 크기가 6이므로 노드D로 데이터를 전송하기 위해 크기가 6인 데이터를 노드B로 전송한다. 그러나, 노드B에서 송수신할 수 있는 데이터의 최대 크기가 5이므로 노드B는 노드A가 전송한 데이터를 수신하여 처리할 수 없게 된다. 이에 따라, 노드B는 전송한 데이터의 크기가 너무 커서 수신하여 처리할 수 없다는 사실을 노드A에게 알리기 위해, ICMPv6(Internet Control Message Protocol version 6) 메시지 중에서 전송 패킷 크기 알림(Packet Too Big) 메시지에 MTU 값 5를 기입하여 노드A로 전송한다.

이러한 메시지를 받은 노드A는 전송 데이터의 크기를 5로 줄여 노드B로 전송하고, 노드A로부터 크기가 5인 데이터를 전송받은 노드B는 노드A로부터 전송받은 데이터를 노드C로 전송한다. 그러나, 노드C에서 송수신할 수 있는 데이터의 최대 크기가 4이므로, 노드C는 노드B가 전송한 데이터를 수신하여 처리할 수 없게 된다. 이에 따라, 노드C는 전송한 데이터의 크기가 너무 커서 수신하여 처리할 수 없다는 사실을 송신 노드인 노드A에게 알리기 위해, MTU 값 4가 기록된 전송 패킷 크기 알림 메시지를 노드B를 통해 노드A로 전송한다. 그러면, 노드A는 전송 데이터의 크기를 4로 줄여 노드B로 전송하고, 노드A로부터 크기가 4인 데이터를 전송받은 노드B 는 노드A로부터 전송받은 데이터를 노드C를 통해 노드D로 전송한다.

이와 같은 과정을 통하여 노드A는 송신 노드에서 수신 노드까지 데이터 분할없이 데이터를 전송할 수 있는 최대 MTU 값, 즉 패스 MTU 값이 4임을 알게 되고 이를 자신의 라우팅 테이블(Routing Table)에 저장하여 관리할 수 있게 된다.

도 4는 본 발명에 따른 경로 선택 방법을 상세하게 나타낸 흐름도이다.

송신노드로부터 특정 수신노드에 전송할 데이터가 발생하면(S410), 먼저 상기 송신노드로부터 상기 수신 노드로의 경로가 라우팅 테이블에 존재하는지를 검색한다(S420). 상기 검색한 결과, 상기 경로가 존재하지 않으면 경로 발견 절차를 수행하여 새로운 경로를 찾아내는 절차를 수행한다(S431). 이렇게 찾아낸 경로는 다시 라우팅 테이블에 저장될 수 있다. 상기 라우팅 테이블이란 라우터(Router)나 기타 다른 인터네트워킹(Internetworking) 장치에 저장되어 있는 데이터베이스로서, 네트워크 상의 특정 목적지까지의 경로나 상기 경로와 관련된 거리를 계속 기억하기 위해 사용된다.

만약, 상기 경로가 존재하면 경로가 2개 이상인지를 판단한다(S440). 특정 노드에 대한 경로가 1개라면, 그 특정 경로를 사용하여 데이터를 전송한다(S441). 반면에 특정 노드에 대한 경로가 2개 이상이면, 복수의 경로 중 어떤 경로를 선택할 것인가에 대한 판단을 필요로 하는데, 이러한 판단을 위한 '경로 선택 절차'를 수행한다(S450 이하 단계).

'경로 선택 절차'는 각 경로에 대하여 전송수(Transmission Count)를 계산하여 가장 작은 전송수를 가지는 경로를 선택하는 것이다. 도 3에서 설명한 바와 같 이 전송수를 계산하는 과정은 다음과 같다. 먼저, 각각의 경로에 대한 홉수 및 패스 MTU를 결정한다(S450). 다음으로 전송하려는 데이터의 크기가 패스 MTU보다 큰지를 판단한다(S460).

상기 판단 결과, 상기 데이터의 크기가 패스 MTU 보다 크다면 상기 데이터 패킷은 한 번에 수신노드까지 전송될 수 없기 때문에 상기 데이터 크기를 패스 MTU로 나눈 값 만큼 조각화(Fragmentation)하여야 한다. 만약 데이터 크기를 특정 경로의 패스 MTU 값으로 나눈 값이 자연수이면 그 자연수 값이 데이터를 전송하기 위하여 조각화하여야 하는 개수, 즉 조각수(Fragmentation Number)가 된다. 만약 상기 데이터 크기를 특정 경로의 패스 MTU 값으로 나눈 값이 자연수가 아닌 경우는 소수 첫째 자리에서 올림하여 자연수로 만든 값이 조각수가 된다. 이와 같은 조각수에, 송신 노드로부터 수신 노드까지 도달하기 위하여 거치게 되는 노드의 수, 즉 홉수를 곱하면 비로소 특정 경로에 대한 전송수 값이 계산된다(S461).

만약, 상기 판단(S460) 결과 상기 데이터의 크기가 패스 MTU 보다 크다면 상기 데이터 패킷은 조각화(Fragmentation) 없이 한 번에 수신노드까지 전송될 수 있으므로 특정 경로의 전송수는 그 경로의 홉수와 같게 된다(S462).

이러한 절차를 라우팅 테이블에 존재하는 모든 경로에 대하여 수행함으로써 각각 경로에 대한 전송수를 모두 계산하였다면(S470), 모든 전송수 값들을 비교하여 가장 작은 전송수 값을 가지는 경로를 통하여 데이터를 전송하게 된다(S480).

도 5는 송신노드와 수신노드 간에 두 개의 경로를 갖는 네트워크 및 각 노드 간의 MTU 값을 구체적인 예를 들어 표시한 것이고, 도 6은 이에 따라 다중 경로에 대한 패스 MTU, 홉수, 계산된 전송수를 계산하여 정리한 테이블이다. 도 5와 같은 네트워크에서 노드A(510)가 노드C(530)에게 데이터 크기가 20인 패킷을 전송한다고 가정한다. 현재 네트워크에는 A,B,C,D,E 5개의 노드가 존재하고 노드 위에 기입된 숫자는 각 노드가 전송할 수 있는 최대 패킷을 크기, 즉 노드의 MTU(Maximum Transfer Unit)를 의미한다.

본 예에서와 같은 경우에는, 경로 A-B-C(경로1)에 대한 홉수는 노드A(510)가 노드C(530)에 이르기까지 거치는 노드수(노드B와 노드C)이므로 2가 되고, 패스 MTU는 송수신 노드 간의 패킷의 분할이 없이 전송 가능한 패킷의 최대 크기이므로 각 노드의 MTU의 최소값, 즉 12, 6, 11의 최소값인 6로 결정된다. 마찬가지로, 경로 A-D-E-C(경로2)에 대한 홉수는 3, 패스 MTU는 12, 13, 10, 11의 최소값인 10으로 결정된다.

이러한 결과를 통하여 각 노드에 대한 전송수를 계산하면, 두 경로 모두 전송하고자 하는 데이터의 크기가 패스 MTU 값보다 크기 때문에 조각화(Fragmentation)가 필요하다. 경로1의 경우에는 데이터의 크기를 패스 MTU 값으로 나누면 자연수가 되지 않으므로, 나눈 결과 값을 소수 첫째 자리에서 올림을 하면 조각수는 4가 되고, 이 조각수에 홉수 2을 곱하면 전송수는 8이 된다. 한편, 경로2의 경우에는 데이터의 크기를 패스 MTU 값으로 나누면 자연수가 2가 되므로 조각수는 2로 결정된다. 이 조각수에 홉수 3을 곱하면 전송수는 6이 된다.

결국, 데이터 크기가 20인 패킷을 경로1을 통하여 전송하고자 하면 크기가 20인 패킷을 4개로 분할하여 전송해야 하고, 데이터 크기가 20인 패킷을 경로2로 전송하고자 하면 크기가 20인 패킷을 2개로 분할하여 전송하게 된다. 경로1의 홉수가 2이므로, 분할된 패킷 4개를 노드C까지 전송하기 위해서는 2개의 노드A, B가 4번씩 전송을 하게 되어 전체 전송 회수는 전송수와 같은 8이 된다. 마찬가지로 경로2의 홉수가 3이므로, 분할된 패킷 2개를 노드C까지 전송하기 위해서는 3개의 노드A, D, E가 2번씩 전송을 하게 되어 전체 전송 회수는 전송수와 같은 6이 된다.

따라서, 경로1을 사용하는 경우보다 경로2를 사용하는 경우에 전송 회수가 적으므로, 경로2를 통하여 데이터를 전송하는 것이 네트워크 대역폭의 효율성 측면에서 보다 유리한 것이다. 만약, 홉수만을 고려하였다면 상기 경로1을 택하였을 것이고, 이는 본 발명에 따른 방법에 비하여 비효율적이 될 것이다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당해 분야에서 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

기존의 경로 선택 방법은 홉수만을 고려하므로, 노드의 전송 능력과 전송 데이터의 특성을 반영하지 못하였다. 그러나 본 발명에 따르면, 패스 MTU, 홉수, 전송 데이터 크기를 고려한 경로 선택 방법을 사용하여 노드의 전송 회수가 가장 작은 경로를 선택할 수 있으므로 네트워크의 대역폭을 효율적으로 사용할 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

1. 송신노드와 수신노드 간에 통신 가능한 각각의 경로에 대하여 패스 MTU 및 홉수를 구하는 제1단계;

   상기 각각의 경로에 대하여 상기 전송하고자 하는 데이터의 크기와 상기 패스 MTU를 비교하는 제2단계;

   상기 비교 결과, 상기 데이터의 크기가 상기 패스 MTU보다 크면 상기 데이터의 크기를 패스 MTU로 나눈 결과를 정수로 올림한 수와 상기 홉수를 곱한 값을 전송수로 설정하는 제3단계;

   상기 비교 결과, 상기 데이터의 크기가 상기 패스 MTU보다 작으면 상기 홉수를 전송수로 설정하는 제4단계; 및

   상기 각각의 경로 중 상기 설정된 전송수가 최소인 경로를 데이터를 전송할 경로로 선택하는 제5단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 네트워크 노드 간 경로 선택 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 송신노드와 수신노드간에 통신 가능한 각각의 경로는 상기 송신노드의 라우팅 테이블에 존재하는 상기 송신노드와 수신노드간의 경로인 것을 특징으로 하는 네트워크 노드 간 경로 선택 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 라우팅 테이블에 상기 송신노드와 수신노드간의 경로가 존재하지 않는 경우에는 상기 송신노드와 수신노드간에 경로를 발견하는 절차를 수행하여, 발견된 경로를 라우팅 테이블에 기록한 후 다시 상기 제1단계를 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 네트워크 노드 간 경로 선택 방법.
4. 삭제
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 경로가 1개인 경우에 상기 제2단계는,

   상기 전송하고자 하는 데이터의 크기, 상기 각각의 경로에 대한 패스 MTU 및 홉수와 상관없이 상기 1개의 경로를 상기 데이터를 전송할 경로로 선택하는 것을 특징으로 하는 네트워크 노드 간 경로 선택 방법.
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 경로는 유선 네트워크 또는 무선 네트워크인 것을 특징으로 하는 네트워크 노드 간 경로 선택 방법.
7. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 방법을 컴퓨터 상에서 판독 가능한 프로그램으로 기록한 기록매체.
8. 삭제

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