KR100600496B1

KR100600496B1 - 인터넷에서 명시적 폭주 통지 기법을 위한 라우터 폭주정보 중계 방법

Info

Publication number: KR100600496B1
Application number: KR1020010043242A
Authority: KR
Inventors: 조유제; 김병철
Original assignee: 경북대학교 산학협력단
Priority date: 2001-07-18
Filing date: 2001-07-18
Publication date: 2006-07-13
Also published as: KR20030008549A

Abstract

본 발명은 인터넷에서 명시적 폭주 통지 기법(ECN : Explicit Congestion Notification)을 제공하기 위한 라우터의 폭주정보 중계방법에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 종래의 마크-프론트(mark-front) 방식의 라우터에 전단에서 중계되어온 IP 패킷들의 CE 비트의 상태를 저장하기 위한 연결 단위의 데이터 테이블을 구성하고, IP 패킷이 입력될 때 해당 IP 패킷의 CE 비트의 정보로 테이블을 갱신한다. 즉, 입력되는 IP 패킷의 CE 비트가 0이면 해당 테이블의 중계된 CE (RELAYED_CE) 플래그는 0으로 갱신된다. IP 패킷의 CE 비트가 1이면 해당 테이블의 중계된 CE 플래그는 1로 갱신되고 IP 패킷의 CE 비트는 초기화된다. IP 패킷의 CE 비트를 초기화하지 않으면 동일한 정보를 발신측으로 두 번 전달하게 되어 발신측 전송률의 불안정한 진동을 초래할 수 있다. 전단 라우터의 폭주 정보를 저장하기 위해 사용되는 테이블은 현재 라우터 버퍼에 입력된 패킷이 있는 연결만을 대상으로 연결 단위로 한 비트만을 추가하여 구현하고 패킷 헤더의 처리시에 동시에 처리함으로써 구현의 복잡성을 줄일 수 있다.

라우터, 폭주 정보, CE 플래그

Description

인터넷에서 명시적 폭주 통지 기법을 위한 라우터 폭주 정보 중계 방법 {congestion information relay method of the router for explicit congestion notification in the Internet}

도 1은 본 발명에 따른 라우터 시스템의 블록도이다.

도 2는 본 발명이 적용되는 다중 홉 TCP 연결을 나타내기 위한 인터넷 망의 예를 나타내는 도면이다.

도 3은 본 발명에 따른 라우터에서 연결별로 관리해야 할 데이터 테이블의 구조를 나타낸다.

도 4는 본 발명에 따른 라우터 폭주 정보 중계 방법에서 IP 패킷이 라우터로 유입될 때의 처리 방법을 나타내는 흐름도이다.

도 5는 본 발명에 따른 라우터 폭주 정보 중계 방법에서 IP 패킷이 라우터에서 유출될 때의 처리 방법을 나타내는 흐름도이다.

본 발명은 인터넷에서 명시적 폭주 통지 기법(ECN)을 제공하기 위한 라우터의 폭주 정보 중계 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게 설명하면 현재 라우터의 폭주 상태와 발신지 쪽의 전단 라우터의 폭주 상태 정보를 착신지 쪽의 하단 라우터로 신속하게 중계하는 라우터 폭주 정보 중계 방법에 관한 것이다.

명시적 폭주 통지 기법에서 라우터는 RED 등의 능동적 큐 관리 기법을 통하여 폭주가 발생된 것으로 판단하면 착신지로 폭주를 알리기 위해 IP 패킷의 헤더 내에 있는 CE 비트를 1로 설정하여 전송한다. 착신지는 해당 TCP 연결의 역방향 ACK 패킷 헤더의 ECN-echo 비트를 1로 설정하여 망의 폭주 상황을 발신지로 알린다. 발신지의 TCP 계층에서는 ACK 패킷의 ECN-echo 상태를 통하여 알아낸 망 내의 폭주 상황에 따라서 전송률을 조정하게 된다.

기존에 제안된 라우터의 명시적 폭주 통지 기법 구현 방식은, CE 비트 설정 시기에 따라 크게 마크-테일(mark-tail) 방식과 마크-프론트(mark-front) 방식으로 구분할 수 있다. 그러나, 이러한 기존의 mark-tail 방식과 mark-front 방식을 사용할 경우, 여러 라우터를 거쳐서 연결되면 각 라우터에서의 패킷의 큐잉 지연으로 인하여 CE 정보가 하단 라우터로 전달되는 데 추가적인 지연을 겪게 되어 최종적으로 폭주 정보가 발신지로 전달되는데 걸리는 시간이 매우 길어지게 된다. 이와 같이 큐잉에 의해 폭주 정보 전달이 지연되면 인하여 발신지의 전송률 조정이 망 상황에 신속히 대처를 하지 못하게 되고, 이로 인하여 버퍼 범람으로 인한 패킷 손실 확률이 증가되고 링크 이용 효율의 저하가 발생되게 된다.

종래의 mark-tail 방식은 IP 패킷이 라우터의 버퍼로 입력될 때 해당 라우터 의 폭주 상태를 판단하여 IP 패킷의 CE 비트의 설정 여부를 결정하는 방식이다. 따라서, 라우터에서 IP 패킷의 처리가 한 번에 모두 이루어질 수 있으므로 구현이 비교적 간단하다. 그러나, mark-tail 방식은 버퍼에 많은 패킷이 쌓여 있을 경우 CE 비트가 1로 설정된 IP 패킷이 다음 라우터로 전송되기까지 큐잉되므로 지연이 발생한다. 즉, 전단 라우터에서 전달된 폭주 정보뿐만 아니라 해당 라우터의 폭주 정보 역시 큐잉 지연으로 인해 하단 라우터로 전달되는 데 지연되는 문제점이 있다.

종래의 mark-front 방식은 IP 패킷이 버퍼에서 출력 링크로 전송될 때 해당 라우터의 폭주의 상태를 조사하여 IP 패킷의 CE 비트의 설정 여부를 결정하는 방식이다. 이러한 mark-front 방식은 mark-tail 방식에서 발생될 수 있는 현재 라우터의 폭주 정보가 큐잉되어 지연되는 문제점을 해결하여 폭주 정보를 보다 신속히 전달할 수 있다. 그러나, 이러한 mark-front 방식은 출력시에 IP 패킷의 헤더를 한 번 더 처리해야 하기 때문에 mark-tail 방식에 비해 다소 구현이 복잡해지는 문제가 있다. 또한, mark-tail 방식에서와 마찬가지로 현재 라우터 버퍼에 하단으로 전송할 IP 패킷이 있는 경우, 전단 라우터의 폭주 상황을 전달하기 위해 CE가 1로 설정되어 전송되어 온 IP 패킷들이 현재 라우터에서 큐잉 지연을 겪게 되기 때문에 전단의 폭주 상황을 하단 라우터로 전달하는 데 추가적인 지연을 초래한다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 현재 라우터의 폭주 정보뿐만 아니라 전단 라우터의 폭주 정보까지 신속히 하단 라우터로 중계하는 방법을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 전단 라우터의 폭주 정보가 현재 라우터에서 큐잉되는 지연을 방지함으로써 망의 폭주 정보를 신속하게 발신지로 중계하는 새로운 명시적 폭주 통지 기법을 위한 라우터의 폭주 정보 중계 방법을 제공하기 위한 것이기도 하다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 명시적 폭주 통지 기법을 위한 라우터의 폭주 정보 중계 방법에 있어서, IP 패킷이 라우터로 유입될 경우, 라우터에 버퍼링된 패킷이 존재하는 모든 연결별로 중계된 CE 비트의 정보를 데이터 테이블에 저장하여 관리하는 제 1 단계와, 중계된 CE 비트에 따라 라우터에서 유지하고 있는 데이터 테이블에서 IP 패킷을 수신한 연결에 해당하는 플래그를 수신된 IP 패킷의 CE 비트에 실려오는 폭주 정보로 갱신하고 해당 IP 패킷의 CE 비트를 초기화하는 제 2 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은, 명시적 폭주 통지 기법을 위한 라우터의 폭주 정보 중계 방법에 있어서, IP 패킷이 라우터에서 유출될 경우, 현재 라우터의 폭주 상태에 따른 CE(CURRENT_CE) 값을 결정하는 제 1 단계와, 상기 IP 패킷이 하단 라우터로 전달될 때 상기 제 1 단계에 의해 결정된 CURRENT_CE 값과 해당 연결에 대해 전단 라우터로부터 전달되어 데이터 테이블에 저장되어 있는 중계된 CE(RELAYED_CE) 값을 논리합(OR)하는 제 2 단계, 및 상기 제 2 단계의 논리합의 결과가 하이 레벨이면 해당 IP 패킷의 CE 비트를 1로 설정하고 후단 라우터로 상기 IP 패킷을 전달하는 제 3 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예에 따른 "인터넷에서 명시적 폭주 통지 기법을 위한 라우터 폭주 정보 중계 방법"을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 종래의 mark-front 방식의 라우터에 전단에서 중계되어온 IP 패킷들의 CE 비트의 상태를 저장하기 위한 연결 단위의 데이터 테이블을 구성하고, IP 패킷이 입력될 때 해당 IP 패킷의 CE 비트의 정보로 테이블을 갱신한다. 즉, 입력되는 IP 패킷의 CE 비트가 0이면 해당 테이블의 중계된 CE (RELAYED_CE) 플래그는 0으로 갱신된다. IP 패킷의 CE 비트가 1이면 해당 테이블의 중계된 CE 플래그는 1로 갱신되고 IP 패킷의 CE 비트는 초기화된다. 만약 IP 패킷의 CE 비트를 초기화하지 않으면 동일한 정보를 발신측으로 두 번 전달하게 되어 발신측 전송률의 불안정한 진동을 초래할 수 있다. 전단 라우터의 폭주 정보를 저장하기 위해 사용되는 테이블은 현재 라우터의 버퍼에 입력된 패킷이 있는 연결만을 대상으로 연결 단위로한 한 비트만을 추가하여 구현하고 IP 패킷 헤더의 처리 시에 동시에 처리함으로써 구현의 복잡성을 줄일 수 있다.

즉, 본 발명에서 제안된 방식에서는 mark-front방식과 유사하게 라우터에서 IP 패킷을 하단 라우터로 전송할 때 IP 패킷의 CE 비트를 설정한다. 그러나, 해당 IP 패킷의 CE 비트의 설정시 현재 라우터의 폭주 상태만을 이용하는 기존 방식들과 는 달리 현재 라우터 폭주 상태 뿐만 아니라 전단에서 중계된 폭주 정보도 함께 고려함으로써 폭주 정보의 중계 지연을 최소화할 수 있는 방식이다. 즉, 최근에 전단으로부터 수신된 IP 패킷의 CE가 1인 경우, 현재 라우터에서 하단으로 해당 연결의 IP 패킷을 전송할 때 현재 라우터가 폭주 상태가 아닐지라도 CE 비트를 1로 설정하여 전달함으로써 전단의 폭주 상태를 신속히 하단으로 중계하게 된다. 이와 같은 중계 과정에서는 전송되어온 IP 패킷은 버퍼에서 큐잉 지연을 겪게 되지만 폭주 상황에 대한 정보는 큐잉 지연을 경험하지 않고 하단 IP 패킷로 신속히 중계된다.

도 1은 본 발명에 따른 라우터 시스템의 블럭도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 라우터 시스템(100)은 다수의 외부 링크가 각각 연결되는 다수의 정합처리부(110_1, .., 110_n)와 정합처리부(110_1, .., 110_n)와 연결되는 다수의 트래픽 제어부(120_1, .., 120_n), 그리고 트래픽 제어부(120_1, .., 120_n)와 연결되는 라우터 스위칭 패브릭(130)으로 구성되며, 본 발명은 방법은 트래픽 제어부(120_1, .., 120_n)에 의해 구현된다.

도 2는 본 발명이 적용되는 다중 홉 TCP 연결을 나타내기 위한 인터넷 망의 예를 도시하고 있다. 도 2에 나타난 바와 같이, 인터넷 망은 TCP 연결설정을 요구하여 TCP 트래픽을 발생시키는 발신지(21)와 TCP 트래픽이 도착하는 착신지(23) 및 발신지(21)와 착신지(23) 사이에 존재하는 본 발명에 따른 다수의 라우터 시스템(라우터 1, 라우터 2, .., 라우터 m)(100)과, 발신지(21)와 라우터 시스템(100) 사이, 라우터 시스템(100)들 사이 및 라우터 시스템(100)과 착신지(23) 사이를 연결하는 링크(22)로 구성된다.

발신지(21)는 TCP 폭주 제어 방식에 따라 조정된 전송률로 TCP 세그먼트를 캡슐화하여 IP 패킷을 전송하고, 착신지(23)는 TCP 세그먼트에 대한 ACK에 가장 최근에 수신된 IP 패킷의 CE 비트의 정보를 실어 발신지로 보낸다. 발신지(21)에서는 수신한 ACK의 상태에 따라서 전송률을 조정한다. 그리고, 라우터(100)는 폭주 정보를 IP 패킷의 CE 비트를 이용하여 착신지(23)로 알린다. 이러한 라우팅 망에서는 폭주 정보를 보다 신속히 전달할 수 있는 중계 알고리즘이 구현되어야 한다.

도 3은 본 발명에 따른 라우터에서 N 개의 연결을 가지는 경우 연결별로 관리해야 할 데이터 구조도로서, 라우터의 트래픽 제어부에서 관리된다. 그리고, 데이터 구조도에 나타난 각 연결은 현재 라우터의 버퍼에 IP 패킷이 존재하는 연결을 대상으로 유지한다. 즉, 새로운 연결에 해당하는 IP 패킷이 입력되면 데이터 구조를 생성하고, 해당 연결의 패킷이 버퍼 내에 존재하는 동안 유지되며, 버퍼 내에 해당 연결의 패킷이 존재하지 않으면 삭제한다.

상기 데이터 구조도는 해당 라우터를 거쳐가는 연결들을 구별하기 위한 연결 식별 번호(31)와 각 연결을 통해 중계되어온 최근 CE 비트의 정보를 유지하기 위해 각 연결별로 유지되는 RELAYED_CE 플래그(32)로 구성된다.

도 4는 본 발명에 따른 라우터 폭주 정보 중계 방법에서 IP 패킷이 라우터로 유입될 때의 처리 방법을 나타내는 흐름도이다. 이 흐름은 라우터의 트래픽 제어부에서 구현된다.

전단 라우터로부터 IP 패킷이 유입되면(S41), IP 패킷의 CE 비트를 검사한다(S42). 단계 S42에서 CE 비트가 1이면 데이터 테이블의 해당 연결의 RELAYED_CE 플래그를 1로 설정하고(S43), 동일한 폭주 정보가 두 번 전달되는 것을 방지하기 위해 해당 IP 패킷의 CE 비트를 리셋한다(S44). 만약 단계 S42에서 유입된 IP 패킷의 CE 비트가 0이면, 데이터 테이블의 해당 연결에 해당하는 RELAYED_CE 플래그를 0으로 설정한다(S45).

도 5는 본 발명에 따른 라우터 폭주 정보 중계 방법에서 IP 패킷이 라우터에서 유출될 때의 처리 방법을 나타내는 흐름도로서, 이러한 흐름 역시 라우터의 트래픽 제어부에서 구현된다.

현재 라우터의 버퍼로부터 IP 패킷이 유출되면(S51), 현재 라우터의 폭주 상태에 따라 CURRENT_CE의 값을 결정하고(S52), 결정된 CURRENT_CE 값과 해당 연결에 대해 전단으로부터 중계되어 데이터 테이블에 저장되어 있는 RELAYED_CE 값을 논리합(OR)하여 CE 값을 계산한다(S53). 계산된 결과가 하이 레벨(1)인지를 판단하여(S54), 하이 레벨이면 IP 패킷의 CE 비트를 1로 설정한(S55) 후 해당 IP 패킷을 하단으로 전달하고(S56), 하이 레벨이 아니면 IP 패킷을 그대로 하단으로 전달한다(S56).

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, 현재 라우터의 폭주 정보뿐만 아니라 전단 라우터로부터 전달된 폭주 정보까지 큐잉 지연없이 하단 라우터로 신속히 중계할 수 있다. 따라서, 망 상황이 발신지로 신속히 전달되므로 버퍼 범람에 의한 패킷 손실을 크게 줄일 수 있을 뿐만 아니라 링크 이용 효율 역시 크게 개선할 수 있는 효과가 있다.

Claims

명시적 폭주 통지 기법을 위한 라우터의 폭주 정보 중계 방법에 있어서,

IP 패킷이 라우터로 유입될 경우,

라우터에 버퍼링된 패킷이 존재하는 모든 연결별로 중계된 CE 비트의 정보를 데이터 테이블에 저장하여 관리하는 제 1 단계와

중계된 CE 비트에 따라 라우터에서 유지하고 있는 상기 데이터 테이블에서 IP 패킷을 수신한 연결에 해당하는 플래그를 수신된 IP 패킷의 CE 비트에 실려오는 폭주 정보로 갱신하고 해당 IP 패킷의 CE 비트를 초기화하는 제 2 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 명시적 폭주 통지 기법을 위한 라우터의 폭주 정보 중계 방법.
명시적 폭주 통지 기법을 위한 라우터의 폭주 정보 중계 방법에 있어서,

IP 패킷이 라우터에서 유출될 경우,

현재 라우터의 폭주 상태에 따른 CE(CURRENT_CE) 값을 결정하는 제 1 단계와,

상기 IP 패킷이 하단 라우터로 전달될 때 상기 제 1 단계에 의해 결정된 CURRENT_CE 값과 해당 연결에 대해 전단 라우터로부터 전달되어 데이터 테이블에 저장되어 있는 중계된 CE(RELAYED_CE) 값을 논리합(OR)하는 제 2 단계, 및

상기 제 2 단계의 논리합의 결과가 하이 레벨이면 해당 IP 패킷의 CE 비트를 1로 설정하고 후단 라우터로 상기 IP 패킷을 전달하는 제 3 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 명시적 폭주 통지 기법을 위한 라우터의 폭주 정보 중계 방법.