KR100564819B1 - 이더넷 시스템의 패킷 제어 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 이더넷 시스템의 패킷 제어 장치는 패킷이 저장된 버퍼부와, 패킷의 크기 및 이더넷 시스템의 대역폭별 카운터 값이 저장된 룩업 테이블과, 패킷의 헤더부분을 이용하여 패킷의 크기(L)를 산출하며, 패킷의 크기(L)와 이더넷 시스템의 대역폭에 대응되는 카운터 값(W)을 상기 룩업 테이블에서 검색하는 카운터 값 산출부와, 카운터 값 산출부에서 검색된 카운터 값(W)이 로딩되고, 로딩된 카운터 값(W)을 기 설정된 시간(T) 간격으로 소정 수만큼 감소시키는 카운터와, 카운터에 로딩된 카운터 값(W)이 소정 값으로 감소되면 토큰을 발생시키는 토큰 발생부를 포함한다.

이와 같이, 본 발명은 패킷의 크기에 따른 전송시간을 조절함으로써, 버스트한 패킷에 의한 대역폭 낭비를 줄일 수 있다.

Description

이더넷 시스템의 패킷 제어 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING PACKET IN A ETHERNET SYSTEM}

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 이더넷 시스템의 패킷 제어 장치를 도시한 블록도이고,

도 2는 본 발명의 패킷 제어에 적용되는 시간(T)에 따른 제공 가능한 최소 및 최대 대역폭을 도시한 도면이고,

도 3은 본 발명의 패킷 제어를 설명하기 위한 룩업 테이블의 예시도이고,

도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 이더넷 시스템의 패킷 제어 과정을 도시한 흐름도이고,

도 5는 본 발명의 이더넷 시스템의 패킷 제어 시 패킷 전송 시간을 도시한 그래프이다.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

100 : 수신부 110 : 버퍼부

120 : 제어부 121 : 카운터 값 산출부

122 : 카운터 123 : 토큰 발생부

125 : 룩업 테이블 130 : 송신부

본 발명은 이더넷 시스템에 관한 것으로, 특히 버스트한 트래픽(즉, 패킷)이 수신될 때 패킷 크기에 따라 전송 시간을 달리하여 대역 낭비를 줄일 수 있는 이더넷 시스템의 패킷 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 네트워크 운용에 있어서 회선 사용률은 대역폭의 60∼70% 미만으로 관리할 것이 권장되고 있다. 실제 네트워크 운영에서 시스템이 제공하는 대역폭에 대해 70∼80% 이상의 트래픽이 증가되는 경우, 상대적으로 속도가 떨어지는 것을 경험할 수 있다. 이에 대한 원인 중의 하나로 시스템의 트래픽 처리(traffic engineering) 능력을 들 수 있다.

한명의 사용자가 일정한 수준으로 트래픽을 요구해 접속 상태를 유지한다면, 회전 점유율에 따라 전송 속도가 떨어지는 현상이 최소될 수 있다. 그러나 인터넷 접속자 수와 여러 서비스를 제공하기 위한 트래픽 요구량은 점점 증가하고 있다, 이처럼 여러 사용자의 접속에 의해 불규칙으로 발생되는 버스트한 트래픽(burst traffic)이 전체 평균 점유율을 높여 재공 대역폭을 낭비하는 현상이 발생하게 된다.

따라서, 버스트한 트래픽이 요구될 때 시스템은 네트워크 혹은 클라이언트가 오버플로우 내지 언더플로우 되지 않도록 전송속도를 제어할 필요가 있다.

현재 전송속도 제어 방법으로 비동기 전송 모드(ATM : Asynchronous Transfer Mode)망에서는 일반 셀률 알고리즘(GCRA : Generic Cell Rate Algorithm) 을 이용하여 버스트한 트래픽을 처리하고 있다.

GCRA를 이용한 토큰 버킷 방식을 설명하면, 입력된 트래픽은 데이터 버퍼에 저장되며, 데이터 버퍼에 저장된 트래픽은 주기적으로 발생되는 토큰에 의해서 출력된다. 즉, 토큰을 얻을 때까지 기다렸다가 트래픽을 전송함으로써 트래픽의 출력 속도(패킷의 송신 속도)를 조절할 수 있다.

ATM에서는 셀이 53옥텟의 고정된 크기를 가지기 때문에 상기와 같은 방법으로 대역 제어를 쉽게 할 수 있지만, 이더넷(ethernet)이나 패스트-이더넷(fast-ethernet)과 같이 패킷을 전송하는 망에서는 패킷의 크기가 최소 20바이트에서 최대 1500바이트까지로 가변적이기 때문에 GCRA를 그대로 이용할 수 없다. 따라서, 가변되는 트래픽에 적용하여 전송속도를 조절할 수 있는 새로운 방법이 필요하다.

또한, 앞으로의 네트워크 서비스는 사업체, 이메일이나 간단한 인터넷 검색 기능만을 사용하는 사용자, 높은 대역폭을 요구하는 스트리밍 서비스를 주로 사용하는 사용자 등과 같이 사용 목적에 따른 차별된 대역폭 제공이 가능해야할 것이다. 따라서, 각 사용자마다 사용하고자 하는 대역폭을 정해 놓고, 그 대역폭만큼 차별해서 제공할 수 있는 방법이 필요하다.

본 발명의 목적은 이와 같은 필요성에 의해 안출된 것으로, 패킷의 크기 및 이더넷 시스템의 대역폭에 따라 다른 카운터 값을 설정하여 패킷의 크기 및 대역폭에 따라 전송시간을 달리함으로써, 대역 낭비를 줄일 수 있는 이더넷 시스템의 패킷 제어 장치 및 방법을 제공하고자 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 패킷의 수신하여 전송하는 이더넷 시스템에 있어서, 상기 패킷이 저장된 버퍼부와, 상기 패킷의 크기 및 이더넷 시스템의 대역폭별 카운터 값이 저장된 룩업 테이블과, 상기 패킷의 헤더부분을 이용하여 상기 패킷의 크기(L)를 산출하며, 상기 패킷의 크기(L)와 상기 이더넷 시스템의 대역폭에 대응되는 카운터 값(W)을 상기 룩업 테이블에서 검색하는 카운터 값 산출부와, 상기 카운터 값 산출부에서 검색된 카운터 값(W)이 로딩되고, 상기 로딩된 카운터 값(W)을 기 설정된 시간(T) 간격으로 소정 수만큼 감소시키는 카운터와, 상기 카운터에 로딩된 카운터 값(W)이 소정 값으로 감소되면 토큰을 발생시키는 토큰 발생부를 포함하며, 상기 버퍼부에 저장된 패킷은 상기 토큰의 발생에 따라 전송된다.

또한, 본 발명은, 수신된 패킷의 크기(L)와 대역폭별 카운터 값이 설정된 룩업 테이블을 구비한 이더넷 시스템의 패킷 제어 방법에 있어서, 상기 패킷을 수신하여 버퍼부에 저장하는 단계와, 상기 패킷의 헤더 부분을 이용하여 상기 패킷의 크기(L)를 산출하는 단계와, 상기 패킷의 크기(L)와 상기 이더넷 시스템의 대역폭(B)에 대응되는 카운터 값(W)을 상기 룩업 테이블에서 검색하는 단계와, 상기 룩업 테이블에서 검색된 카운터 값(W)이 토큰 발생값인지의 여부를 판단하는 단계와, 상기 판단 결과, 상기 카운터 값(W)이 토큰 발생값이 아닌 경우에 상기 룩업 테이블에서 검색된 카운터 값(W)을 기 설정된 시간(T) 간격으로 소정 수만큼 감소시킨 후에 상기 감소된 카운터 값(W)이 토큰 발생값인지의 여부를 판단하는 단계와, 상기 판단 결과, 상기 카운터 값(W)이 토큰 발생값인 경우에 토큰을 발생시켜 상기 패킷을 전송하는 단계를 포함한다.

본 발명은, 시간(T)이 설정되어 있으며, 카운터 값을 상기 설정된 시간 간격으로 감소시키는 카운터를 이용하여 이더넷 시스템에 수신된 패킷을 제어하는 방법에 있어서, 상기 패킷을 수신하여 버퍼부에 저장하는 단계와, 상기 패킷의 헤더 부분을 이용하여 상기 패킷의 크기(L)를 산출하는 단계와, 상기 패킷의 크기(L), 상기 이더넷 시스템의 대역폭(B) 및 상기 시간(T)을 이용하여 카운터 값(W)을 산출하는 단계와, 상기 산출된 카운터 값(W)이 토큰 발생값인지의 여부를 판단하는 단계와, 상기 판단 결과, 상기 카운터 값(W)이 토큰 발생값이 아닌 경우에 상기 룩업 테이블에서 검색된 카운터 값(W)을 기 설정된 시간(T) 간격으로 소정 수만큼 감소시킨 후에 상기 감소된 카운터 값(W)이 토큰 발생값인지의 여부를 판단하는 단계와, 상기 판단 결과, 상기 카운터 값(W)이 토큰 발생값인 경우에 토큰을 발생시켜 상기 패킷을 전송하는 단계를 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 이더넷 시스템의 패킷 제어 장치를 도시한 블록도이고, 도 2는 본 발명의 패킷 제어에 적용되는 시간(T)에 따른 제공 가능한 최소 및 최대 대역폭을 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 패킷 제어를 설명하기 위한 룩업 테이블의 예시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 이더넷 시스템의 패킷 제어 장치는 수신부(100), 버퍼부(110), 제어부(120), 룩업 테이블(125), 송신부(130)를 포함하며, 제어부(120)는 카운트 값 산출부(121), 카운터(122), 토큰부(123)로 구성된다.

패킷은 수신부(100)를 통해 버퍼부(110)에 저장되며, 제어부(120)의 카운트 값 산출부(121)는 수신부(100)에서 수신된 패킷의 헤더 부분을 이용하여 패킷의 크기(L)를 산출하고, 산출된 패킷의 크기(L)와 이더넷 시스템의 대역폭에 대응되는 카운터 값(W)을 룩업 테이블(125)에서 검색한다.

카운터(122)는 카운터 값 산출부(121)에서 검색된 카운터 값(W)이 로딩되며, 로딩된 카운터 값(W)은 기 설정된 시간(T) 간격으로 일정 수만큼 줄어든다. 이때, 카운터(122)에 설정된 카운터 값(W)이 토큰 발생값인 “0”이 되면 토큰 발생부(123)에서 토큰이 발생되고, 카운터(122)에 설정된 카운터 값(W)이 “0”이 아닌 경우에 카운터(122)는 카운터 값(W)을 기 설정된 시간(T) 간격으로 일정 수만큼 줄인다.

카운터(122)에 설정된 시간(T)에 따라 제공 가능한 대역폭(B)이 다르며, 그 대역폭(B)은 아래의 수학식 1에 의해서 산출된다.

B=8L/WT

예로써, T 값이 10ms(milisecond)이고 이더넷 시스템에서 가변될 수 있는 패킷의 크기(L)가 20 비트에서 1500비트인 경우에, 제공 가능한 대역폭(B)은 위의 수학식 1에 따라 63bps(bits per second)에서 1.2Mbps(Mega bits per second)이다. 즉, 최소 63bps에서 1.2Mbps까지의 범위 내에서 대역폭 제어가 가능하며, T 값은 이더넷 시스템이 제공하는 대역폭(B)에 따라 적절하게 선택되어야한다.

이더넷 시스템의 대역폭(B)에 따른 T값은 도 3에 도시된 바와 같은 테이블을 토대로 선택된다. 이렇게 선택된 T값은 카운터(122)에 설정된다.

토큰 발생부(123)에서 발생된 토큰에 따라 버퍼부(110)에 저장된 패킷은 송신부(130)를 통해 전송된다.

룩업 테이블(125)에는 패킷의 크기(L) 및 대역폭(B)에 따른 카운터 값(W)이 설정되어 있다.

그 예로써, 도 4에 도시된 바와 같이, 패킷의 크기(L)와 대역폭(B)별 카운터 값(W)은 100바이트 단위의 패킷 크기(L)와 10Mbps 단위의 대역폭(B)별로 설정되어 있다.

즉, 수신부(100)에서 수신된 패킷의 크기(L)가 400바이트이고 대역폭(B)이 20Mbps 일 때, 카운터 값 산출부(121)에서는 패킷의 크기(L)와 대역폭(B)를 토대로 룩업 테이블(125)에서 카운터 값(W) “16”을 검색하며, 검색된 카운터 값(W)을 카운터(122)에 로딩시킨다.

카운터 값(W)의 범위는 카운터(122)가 몇 비트를 사용하는지에 의해서 결정되며, 즉 N 비트의 카운터를 사용할 경우 카운터 값(W)은 1∼2^N-1의 범위를 갖는다.

본 발명에서는 카운터 값(W)을 룩업 테이블(125)에서 검색하는 것으로 예를 들어 설명하였지만, 카운터 값 산출부(121)는 패킷의 크기(L), 대역폭(B) 및 카운터(122)에 설정된 시간(T)을 상기 수학식 1에 적용하여 카운터 값(W)을 산출할 수 있다.

이와 같은 구성을 갖는 이더넷 시스템의 패킷 제어 과정은 도 4 내지 도 5를 참조하여 설명한다. 도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 이더넷 시스템의 패킷 제어 과정을 도시한 흐름도이고, 도 5는 본 발명의 이더넷 시스템의 패킷 제어 시 패킷 전송 시간을 도시한 그래프이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 패킷이 수신부(100)에 수신되면(S200), 수신부(100)는 패킷의 유효성을 검사하여 패킷이 유효한 패킷인지의 여부를 판단한다(S202).

단계 S202의 판단 결과, 유효한 패킷인 경우에 수신부(100)는 수신한 패킷을 버퍼부(110)에 저장하고(S204), 그렇지 않은 경우에 수신된 패킷을 무시한다.

그 다음으로, 카운터 값 산출부(121)는 수신된 패킷의 헤더 부분을 이용해 패킷의 크기(L)를 구한 후(S206)에 패킷 크기(L)와 패킷이 수신된 포트의 대역폭(B)값을 토대로 룩업 테이블(125)에서 카운터 값(W)을 검색하고, 검색된 카운터 값(W)을 카운터(122)에 로딩시킨다(S208, S210).

이후, 카운터(122)는 로딩된 카운터 값(W)이 토큰 발생값인“0”이 되었는지의 여부를 판단하고(S212), 판단 결과 카운터 값(W)이 “0”이 아닌 경우에 카운터(122)에 설정된 시간(T) 간격으로 “1”씩 카운터 값(W)을 감소시킨 후에 단계 S212로 진행한다.

이러한 과정을 반복하여 카운터(122)에 로딩된 카운터 값(W)이 토큰 발생값인“0”이 되면, 토큰 발생부(123)에서는 토큰이 발생된다. 이에 따라 송신부(130)는 버퍼부(110)에 저장된 패킷을 송신한다.

본 발명의 바람직한 실시 예에서는 카운터 값(W)이 룩업 테이블(125)에서 검색되는 것을 예로 들어 설명하였지만, 카운터 값(W)은 대역폭(B), 카운터(122)에 설정된 시간(T) 및 수신된 패킷의 크기(L)를 수학식 1에 적용하여 산출할 수도 있다.

여기서, 카운터 값(W)이 “0”이 아닌 경우는 이전에 도착한 패킷이 전송되고 있음을 의미하며, 패킷의 손실을 막기 위해 패킷의 전송이 완료된 후에 다음 패킷을 전송한다.

실제 패킷이 전송되는데 소요되는 시간은, 도 5에 도시된 바와 같이, 빗금으로 표시된 영역이나, 본 발명에 따른 이더넷 시스템은 카운터 값(W)*시간(T)까지를 패킷 전송 시간으로 보장한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 패킷의 크기에 따른 전송시간을 조절함으로써, 버스트한 패킷에 의한 대역폭 낭비를 줄일 수 있다.

Claims (5)

1. 패킷의 수신하여 전송하는 이더넷 시스템에 있어서,

   상기 패킷이 저장된 버퍼부와,

   상기 패킷의 크기 및 이더넷 시스템의 대역폭별 카운터 값이 저장된 룩업 테이블과,

   상기 패킷의 헤더부분을 이용하여 상기 패킷의 크기(L)를 산출하며, 상기 패킷의 크기(L)와 상기 이더넷 시스템의 대역폭에 대응되는 카운터 값(W)을 상기 룩업 테이블에서 검색하는 카운터 값 산출부와,

   상기 카운터 값 산출부에서 검색된 카운터 값(W)이 로딩되고, 상기 로딩된 카운터 값(W)을 기 설정된 시간(T) 간격으로 소정 수만큼 감소시키는 카운터와,

   상기 카운터에 로딩된 카운터 값(W)이 소정 값으로 감소되면 토큰을 발생시키는 토큰 발생부를 포함하며,

   상기 버퍼부에 저장된 패킷은 상기 토큰의 발생에 따라 전송되는 이더넷 시스템의 패킷 제어 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 카운터 값 산출부는, 상기 카운터에 설정된 시간(T), 대역폭(B), 상기 수신된 패킷의 크기(L)를 수학식(8L/BT)에 적용하여 카운터 값(W)을 산출하는 것을 특징으로 하는 이더넷 시스템의 패킷 제어 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 카운터 값(W)은, 상기 카운터가 N 비트인 경우에 1∼2^N-1의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 이더넷 시스템의 패킷 제어 장치.
4. 수신된 패킷의 크기(L)와 대역폭별 카운터 값이 설정된 룩업 테이블을 구비한 이더넷 시스템의 패킷 제어 방법에 있어서,

   상기 패킷을 수신하여 버퍼부에 저장하는 단계와,

   상기 패킷의 헤더 부분을 이용하여 상기 패킷의 크기(L)를 산출하는 단계와,

   상기 패킷의 크기(L)와 상기 이더넷 시스템의 대역폭(B)에 대응되는 카운터 값(W)을 상기 룩업 테이블에서 검색하는 단계와,

   상기 룩업 테이블에서 검색된 카운터 값(W)이 토큰 발생값인지의 여부를 판단하는 단계와,

   상기 판단 결과, 상기 카운터 값(W)이 토큰 발생값이 아닌 경우에 상기 룩업 테이블에서 검색된 카운터 값(W)을 기 설정된 시간(T) 간격으로 소정 수만큼 감소시킨 후에 상기 감소된 카운터 값(W)이 토큰 발생값인지의 여부를 판단하는 단계와,

   상기 판단 결과, 상기 카운터 값(W)이 토큰 발생값인 경우에 토큰을 발생시켜 상기 패킷을 전송하는 단계

   를 포함하는 이더넷 시스템의 패킷 제어 방법.
5. 시간(T)이 설정되어 있으며, 카운터 값을 상기 설정된 시간 간격으로 감소시키는 카운터를 이용하여 이더넷 시스템에 수신된 패킷을 제어하는 방법에 있어서,

   상기 패킷을 수신하여 버퍼부에 저장하는 단계와,

   상기 패킷의 헤더 부분을 이용하여 상기 패킷의 크기(L)를 산출하는 단계와,

   상기 패킷의 크기(L), 상기 이더넷 시스템의 대역폭(B) 및 상기 시간(T)을 이용하여 카운터 값(W)을 산출하는 단계와,

   상기 산출된 카운터 값(W)이 토큰 발생값인지의 여부를 판단하는 단계와,

   상기 판단 결과, 상기 카운터 값(W)이 토큰 발생값이 아닌 경우에 상기 룩업 테이블에서 검색된 카운터 값(W)을 기 설정된 시간(T) 간격으로 소정 수만큼 감소시킨 후에 상기 감소된 카운터 값(W)이 토큰 발생값인지의 여부를 판단하는 단계와,

   상기 판단 결과, 상기 카운터 값(W)이 토큰 발생값인 경우에 토큰을 발생시켜 상기 패킷을 전송하는 단계

   를 포함하는 이더넷 시스템의 패킷 제어 방법.

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