KR100626719B1

KR100626719B1 - 헤더변환을 이용한 데이터 패킷 압축 전송방법

Info

Publication number: KR100626719B1
Application number: KR1020040069461A
Authority: KR
Inventors: 이혁재
Original assignee: 주식회사 우진넷
Priority date: 2004-09-01
Filing date: 2004-09-01
Publication date: 2006-09-21
Also published as: KR20060020789A

Abstract

본 발명은 헤더의 정보를 압축하는 방법을 이용하여 트래픽을 형성하는 데이터 패킷의 크기를 줄일 수 있는 변환을 데이터 패킷의 압축 전송방법에 관한 것으로, 특히 호스트로부터 송신 게이트웨이가 데이터 패킷을 수신하는 제 1 단계; 상기 데이터 패킷의 목적지가, 등록된 게이트웨이를 경유하는지 확인하는 제 2 단계; 등록된 게이트웨이인 경우 데이터 패킷의 종류를 확인하고 그렇지 않은 경우는 제 5 단계로 진행하는 제 3 단계; 데이터 패킷의 종류에 따라 불필요한 필드를 제거하고, 필드를 압축하는 방법으로 헤더를 압축하여 헤더압축 데이터 패킷을 생성하는 제 4 단계; 상기 데이터 패킷에 공동 패킷 헤더를 부가하는 제 5 단계; 및 상기 데이터 패킷을 전송하는 제 6 단계를 포함하는 것을 특징으로 함으로써, 게이트웨이 및 라우터 간에 전송되는 데이터 패킷의 크기를 효과적으로 줄여서 트래픽을 경감할 수 있고, 호스트간의 통신에 있어서도 보안성을 확보할 수 있는 효과를 제공한다.

데이터 패킷, 헤더압축, 데이터 압축, 게이트웨이, data packet, header compression, data compression, gateway

Description

헤더변환을 이용한 데이터 패킷 압축 전송방법{Method of transmitting compressed data packet using optimized header}

도 1 은 IP 헤더, UDP 헤더, 및 TCP 헤더의 패킷 구성도.

도 2 는 통신망 네트워크를 도시하는 구성도.

도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 헤더변환을 이용한 데이터 패킷 압축 전송방법을 도시하는 처리 흐름도.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 헤더 변환 방법을 도시하는 처리 흐름도.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 데이터 압축 방법을 도시하는 처리 흐름도.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 신규 패턴의 인덱스 부여방법을 도시하는 처리 흐름도.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 프로세스 부하에 따른 데이터 압축 방법을 도시하는 처리 흐름도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 송신 호스트 20 : 수신 호스트

30 : 송신 게이트웨이 40, 42, 44 : 라우터

32 : 수신 게이트웨이 20 : 수신 호스트

본 발명은 헤더의 정보를 압축하는 방법을 이용하여 트래픽을 형성하는 데이터 패킷의 크기를 줄일 수 있는 변환을 데이터 패킷의 압축 전송방법에 관한 것이다.

통신망 네트워크에서의 두 개의 호스트 사이의 통신을 매개하는 종래의 프로토콜로는 SLIP(Serial Line Internet Protocol) 와 PPP(Point-to-Point Protocol) 가 있다. 일반 전화선은 아날로그 방식으로 데이터를 전송하기 때문에 이를 컴퓨터가 알아들을 수 있는 디지털 신호로 바꾸어주는 모뎀을 필요로 한다. 하지만 이러한 일반 전화선은 인터넷에서 기본으로 사용하는 통신 규약인 TCP/IP 프로토콜을 가지고 있지 않기 때문에, 인터넷에 접속하기 위해서는 TCP/IP 프로토콜을 준비해야 한다. 이와 같은 역할을 하는 것이 SLIP/PPP이다. SLIP은 사용 방법이 까다롭고, 초당 9600bps의 전송 속도를 지원하기 때문에 그래픽이나 사운드와 같이 덩치가 큰 파일을 전송하는 데 한계가 있다. 또한 접속이 잘 끊어지는 문제도 있어 PPP 방식이 더 많이 사용되고 있다.

그런데, PPP 프로토콜은 사용할 수 있는 매체가 제한되어있어 문제점이 있다. 그러나 이러한 단점을 극복하기 위한 프로토콜인 PPPoE (PPP over Ethernet) 및 PPPoA (PPP over ATM)는 PPP를 매체와 무관하게 예컨대 이더넷 또는 ATM에서 사용할 수 있도록 하였다. PPPoE, PPPoA 는 기존의 프로토콜을 그대로 사용하더라도, 공통 프로토콜을 부가하는 방법으로 호스트 간의 통신이 가능하다는 것을 입증한 다. 그러나, PPPoE 또는 PPPoA 는 단순히 원래의 프로토콜을 손상시키지 않고 해당 매체에서 전송하기 때문에, 데이터 패킷을 압축 또는 최적화하는 기능을 제공하지 않는다.

한편, 통신망 네트워크에서 많이 사용되는 TCP/IP 프로토콜을 살펴보면 다음과 같다. 도 1 은 종래의 TCP/IP 프로토콜의 패킷 구성도를 도시한다. 호스트에서 전송하는 TCP/IP 데이터 패킷은 응용계층에서 사용자 데이터에 필요로 하는 어플리케이션 헤더가 부가되고, 전송 계층에서 TCP 헤더가 부가되고, 네트워크 계층에서 IP 헤더가 부가되고, 데이터 링크 계층에서 이더넷 헤더가 부가된 형태다. 도 2를 참조하면, 이러한 데이터 패킷은 송신 호스트(10)에서 송신 게이트웨이(30)로 전송되고, 송신 게이트웨이(30)는 수신된 데이터 패킷의 헤더정보를 이용하여 라우팅을 위한 공통 헤더 , 예컨대 OSPF(Open Shortest Path First), BGP(Border Gateway Protocol), RIP(Routing Information Protocol) 과 같은 라우팅 프로토콜에 따른 헤더를 더 추가하여 라우터(40,42,44)를 경유하여 수신 게이트웨이(32)로 전송되고, 수신 게이트웨이(32)는 공통 헤더를 해석하여 수신 호스트(20)로 전송한다. 그런데, 송신 게이트웨이(30), 라우터(40,42,44), 및 수신 게이트웨이(32) 간의 데이터 통신에서는 위의 TCP 헤더(또는 UDP 헤더), IP 헤더 및 사용자 데이터는 참조되지 않는다. 따라서 TCP/IP 헤더는 게이트웨이(30,32)간의 통신에서는 사용되지 않기 때문에 압축 또는 최적화하더라도 수신 호스트(20)에서의 데이터 수신은 아무런 영향을 받지 않음에도 불구하고, 종래의 데이터 패킷 전송방법에서는 TCP/IP 헤더 및 사용자 데이터를 그대로 유지하기 때문에 통신망 네트워크 트래픽의 대부분을 차지하는 게이트웨이, 라우터 간의 통신에서의 트래픽을 효율적으로 사용할 수 없다는 문제가 있었다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 게이트웨이에서 호스트로부터 전송받은 데이터 패킷의 헤더를 보다 작은 크기의 헤더로 변환하여 전송함으로서 게이트웨이, 라우터 간에 전송되는 데이터 패킷의 크기를 효과적으로 줄여서 트래픽을 경감하고, 호스트간의 통신에 있어서 보안성을 확보할 수 있는 헤더변환을 이용한 데이터 패킷 압축 전송방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 송신 게이트웨이는 수신 어드레스를 참조하여 수신 게이트웨이가 본 발명에서 제안하는 프로토콜을 지원하지 않는 경우에는 종래의 데이터 패킷으로 전송하고, 그렇지 않은 경우는 헤더 변환을 통해 데이터 패킷을 전송하고, 데이터 패킷의 변환 및 압축은 게이트웨이간에만 적용하기만 하면 개개의 호스트는 본 발명에서 제안하는 프로토콜을 새로이 적용할 필요가 없는 데이터 패킷 압축 전송방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 실시예는, 데이터 패킷의 헤더뿐만 아니라 사용자 데이터 중 자주 반복되는 데이터 스트링은 패턴으로 등록하여 대응하는 코드를 부여하고, 패턴의 등록 사항을 게이트웨이 간에 공유함으로서 게이트웨이, 라우터 간의 데이터 통신에 있어서 데이터 패킷의 크기를 보다 효과적으로 줄여서 트래픽을 경감하고, 호스트간의 통신에 있어서 보안성을 확보할 수 있는 헤더변환을 이용한 데이터 패킷 압축 전송방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

본 발명의 다른 실시예는, 사용자 데이터에서의 등록 패턴의 출현 빈도수 및 출연 시간간격을 체크하여 자주 출현하는 패턴에게 낮은 인덱스를 부여함으로서 게이트웨이에서의 사용자 데이터 압축 및 압축 데이터 복원에 소요되는 시간 및 게이트웨이의 프로세싱 부담을 경감할 수 있는 수 있는 헤더변환을 이용한 데이터 패킷 압축 전송방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

본 발명의 다른 실시예는, 게이트웨이의 프로세스의 부하(load)치를 측정하여 과중한 부하가 걸린 것으로 판단되는 경우 낮은 인덱스의 패턴만을 검색하고, 신규 패턴 등록을 금지함으로서 게이트웨이에서의 사용자 데이터 압축 및 압축 데이터 복원에 소요되는 시간 및 게이트웨이의 프로세싱 부담을 경감할 수 있는 수 있는 헤더변환을 이용한 데이터 패킷 압축 전송방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

본 발명의 다른 실시예는, 게이트웨이가 응급조치가 필요한 데이터 패킷을 그렇지 않은 데이터 패킷에 우선하여 전송함으로서 데이터 전송 지연을 최소화할 수 있는 헤더변환을 이용한 데이터 패킷 압축 전송방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

마지막으로 본 발명의 다른 실시예는, 게이트웨이가 트래픽의 부하를 측정하여 부하가 높은 것으로 판단되는 경우 우선순위가 높은 패킷의 전송을 줄임으로서 트래픽 혼잡에 따른 데이터 손실을 최소화할 수 있는 헤더변환을 이용한 데이터 패킷 압축 전송방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 헤더변환을 이용한 데이터 패킷 압축 전송방법은, 호스트로부터 송신 게이트웨이가 데이터 패킷을 수신하는 제 1 단계; 상기 데이터 패킷의 목적지가, 등록된 게이트웨이를 경유하는지 확인하는 제 2 단계; 등록된 게이트웨이인 경우 데이터 패킷의 종류를 확인하고 그렇지 않은 경우는 제 5 단계로 진행하는 제 3 단계; 데이터 패킷의 종류에 따라 불필요한 필드를 제거하고, 필드를 압축하는 방법으로 헤더를 압축하여 헤더압축 데이터 패킷을 생성하는 제 4 단계; 상기 데이터 패킷에 공동 패킷 헤더를 부가하는 제 5 단계; 상기 데이터 패킷을 전송하는 제 6 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 목적 및 기타의 목적과 본 발명의 특징 및 이점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서 사용하는 용어를 정의하면 다음과 같다. "등록 게이트웨이"는 본 발명에서 제안하는 프로토콜이 등록된 게이트웨이로서, 후술하는 코드화하여 압축된 헤더와 종래의 헤더 간의 매핑정보, 2 바이트 어드레스 정보에 대한 어드레스 필드 해석 기능, 데이터 스트링에 대한 등록 패턴과 코드간의 매핑 정보, 등록 패턴의 인덱스 정보를 보유한다. 사용자 데이터의 패턴 변환기능을 지원하는 경우는 새로 등록된 패턴에 대해서는 모든 등록 게이트웨이가 패턴 데이터베이스를 동기화하여야 한다.

"등록 패턴"은 사용자 데이터에서 빈번이 출현하는 데이터 스트링으로서 특정 코드정보와 매핑이 되어 등록 게이트웨이의 데이터베이스에 저장된다. "인덱스" 는 등록 게이트웨이의 데이터베이스에 저장되는 등록 패턴의 순서로서 낮은 인덱스를 가질수록 신속하게 검색된다.

도 2는 통신망 네트워크를 도시하고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 헤더변환을 이용한 데이터 패킷 압축 전송 방법을 도시한다. 먼저 송신 호스트(10)로부터 송신 게이트웨이(30)가 데이터 패킷을 수신한다(S100). 이 때 수신되는 데이터 패킷은 일반적인 패킷으로 TCP/IP 패킷을 예시하면, 이더넷 헤더, IP 헤더, TCP 헤더, 어플리케이션 헤더 등의 헤더와 사용자 데이터로 구성된다.

다음으로, 송신 게이트웨이(30)는 수신된 데이터 패킷의 목적지가, 등록된 게이트웨이를 경유하는지 확인하여(S200) 수신 게이트웨이(32)가 등록된 게이트웨이인 경우 데이터 패킷의 종류를 확인하고(S300), 수신 게이트웨이(32)가 등록된 게이트웨이가 아닌 경우는 공통패킷 헤더를 부가하는 단계(S600)로 바로 진행한다. 수신 게이트웨이(32)가 등록된 게이트웨이가 아닌 경우는 본 발명에서 제안하는 프로토콜을 사용하지 않기 때문에 압축된 프로토콜을 복원할 수 없다. 따라서 게이트웨이 확인단계(S200)를 통해 등록된 게이트웨이로 전송되는 데이터 패킷에 한해 선택적으로 헤더를 변환한다.

다음으로, 데이터 패킷의 종류에 따라 불필요한 필드를 제거하고, 필드를 압축하는 방법으로 헤더를 압축한다(S400). TCP 헤더, IP 헤더, UDP 헤더 등은 많은 필드를 가지고 있으나, 실제로는 전혀 사용되지 않는 필드, 데이터 통신에서 자주 사용되지 않는 부가적인 필드 등을 포함한다. 또한 대부분의 헤더는 자주 사용되는 유형이 몇 가지로 한정되기 때문에 이러한 유형을 패턴화한 코드로 변환함으로서 헤더에 포함되는 데이터의 양을 줄일 수 있다.

데이터 통신에서 가장 많이 사용되는 TCP/IP 에 따른 헤더 패킷을 예를 들어 헤더 압축을 설명하면 다음과 같다. 도 1에 도시된 바와 같이 IP 헤더는 IP의 버전을 나타내는 4 비트의 버전(version) 필드, 사용자 데이터의 시작을 나타내기 위한 4 비트의 헤더 길이(header length) 필드, 8 비트의 총 길이(total length), 16 비트의 식별(identification) 필드, 서비스 타입 및 수준을 표시하는 3 비트 플래그(frag) 필드, 13 비트 플래그먼트 오프셋(fragment offset) 필드, 8 비트의 TTL(Time To Live) 필드, 8 비트의 프로토콜 필드, 16 비트의 헤더 체크섬(header checksum) 필드 및 각각 32 비트의 수신 및 송신 IP 어드레스를 포함한다.

그런데, 헤더 길이 필드, 총 길이 필드 및 체크섬 필드의 경우 NAT(Network Address Translation)를 사용하는 수신단에서는 송신단의 어드레스를 변환시키기 때문에 이에 따라 위 필드는 수신단에서 다시 만들어 주어야 한다. 그런데 수신된 데이터 패킷이 NAT 될 확률은 90 % 에 달하는 현재의 네트워크 환경에서는 위 필드의 효용은 낮기 때문에 본 발명에서 제안하는 프로토콜에서는 사용하지 않는 것이 바람직하다(IPv6 에서도 체크섬 필드는 폐지되었다). 제거할 수 없는 기타 필드에 있어서 실제로 전송되는 헤더의 형태는 3(또는 1) 바이트 정도의 데이터로서 유형화시킬 수 있다. 따라서 IP 필드의 어드레스부를 제외한 헤더정보는 종래의 12 바이트에서 3 바이트로 압축할 수 있다.

수신 및 송신 IP 어드레스는 각각 4 바이트를 사용하고 있으나, 송신측 및 수신측이 클래스 C 에 해당하는 경우는 최대 256 개의 IP 어드레스를 가지며, 이는 1 바이트 정보로 압축할 수 있다. 클래스 B 를 지원하는 경우 역시 최대 65535 개의 IP 어드레스가 가능하며 이는 2 바이트 정보로 대체할 수 있다.

따라서 본 발명의 실시예에 따른 데이터 패킷의 IP 헤더는 종래의 20 바이트에서 7 바이트(헤더정보 필드 3 바이트 + 송신 IP 어드레스 필드 2 바이트 + 수신 IP 어드레스 필드 2 바이트)로 줄일 수 있다.

TCP 헤더의 경우 포트 넘버 필드, 시퀀스 넘버 필드, ACK 넘버 필드를 가변장 코드(Variable Length) 방법을 도입하여 기술하는 경우 6 바이트 정도로 압축할 수 있다. 가변장 코드를 사용하는 경우 각 필드의 끝을 표시하기 위하여 예컨대 4개의 비트를 종료를 의미하는 코드로 사용하는 것이 바람직하다.

기타 TCP 스테이트를 나타내는 6 비트 플래그는 3 비트 정도로 패턴화가 가능하고, 체크섬 필드 역시 IP 헤더와 마찬가지로 NAT 를 고려하여 본 발명에서는 이용하지 않는 것이 바람직하다. 기타 나머지 정보는 5 비트의 코드로 유형화가 가능하기 때문에, 각 넘버 필드를 제외한 TCP 헤더는 종래의 8 바이트에서 1 바이트로 압축이 가능하다. 따라서 본 발명에서의 TCP 헤더는 종래의 20 바이트에서 7 바이트(가변장 코드 6 바이트 + 기타 필드 1 바이트) 정도로 압축이 가능하다.

도 4는 본 발명에 따른 헤더 압축을 보다 상세히 설명하는 처리도이다. 송신 게이트웨이(30)은 호스트로부터 수신된 데이터 패킷의 프로토콜 종류를 판단하여(S310, S320), 각 프로토콜의 필드별 정보에 부합하는 유형화된 코드로 변환한다(S400). 예컨대 TCP/IP 헤더로 판단되는 경우, 어드레스부를 제외한 IP 헤더를 유형화된 코드로 변환한고(S330), 어드레스부의 4 바이트 어드레스 정보는 는 전술한 바와 같이 2 바이트 정보로 변환시킨다(S335). TCP 헤더의 경우는 각 넘버 필드를 유형화된 코드로 변환하고(S340), 나머지 정보 역시 유형화된 코드로 변환하여 압축한다(S345).

1 바이트의 사용자 데이터를 전송하는 경우를 예시하면, 송신 호스트(10)는 송신 게이트웨이(30)로 종래와 동일하게 65 바이트(사용자 데이터 1 바이트 + 어플리케이션 헤더 5 바이트 + TCP 헤더 20 바이트 + IP 헤더 20 바이트 + 이더넷 헤더 14 바이트 + 이더넷 트레일러 4 바이트)를 전송하지만, 송신 게이트웨이(30)는 수신 게이트웨이(32)로 39 바이트(사용자 데이터 1 바이트 + 어플리케이션 헤더 5 바이트 + TCP 헤더 7 바이트 + IP 헤더 7 바이트 + 이더넷 헤더 14 바이트 + 이더넷 트레일러 4 바이트)만 전송하기 때문에 전송되는 데이터 양을 효과적으로 저감할 수 있다.

이상 설명한 헤더 변환이 완료되면, 게이트웨이(30)는 라우터를 통해 데이터 패킷이 수신 게이트웨이(32)로 전송될 수 있도록 예컨대 OSPF(Open Shortest Path First), BGP(Border Gateway Protocol), RIP(Routing Information Protocol)과 같은 라우팅 프로토콜에 따른 공동 패킷 헤더를 데이터 패킷에 부가한다(S600). 공동 패킷 헤더의 부가는 종래의 프로토콜에 따른 전송방법에서 사용하는 방법과 동일하기 때문에 자세한 설명은 생략한다.

마지막으로, 게이트웨이(30)는 공동 패킷이 부가된 데이터 패킷을 전송한다(S800).

본 발명의 전송방법에 따르면, 데이터 패킷의 TCP/IP 또는 UDP/IP 등의 헤더 정보를 압축할 수 있기 때문에 네트워크 상의 전송 데이터의 양을 줄일 수 있을 뿐 아니라, 본 발명의 전송방법에 따른 데이터 패킷은 본 발명의 프로토콜이 적용된 게이트웨이(30,32)에서만 해독될 수 있기 때문에 네트워크 통신상의 보안성을 확보할 수 있다. 또한 호스트의 경우는 본 발명에 따른 헤더 압축 알고리즘을 알고 있을 필요가 없고 종래의 방법과 동일하게 게이트웨이(30,32)로 데이터 패킷을 전송하기 때문에 매 호스트(10,20) 및 라우터(40,42,44)마다 본 발명에 따른 압축 알고리즘을 설치할 필요가 없고 단지 특정 게이트웨이(30,32)에만 설치함으로서 새로운 프로토콜을 네트워크에 적응시키는 비용을 절감할 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 사용자 데이터의 압축방법을 도시한다. 현재의 네트워크 통신에서는 사용자 데이터에 대한 압축을 제공하지 않는다. 그러나 데이터 패킷을 구성하는 사용자 데이터의 경우 게이트웨이로 전송되는 네트워크 데이터는 일반 사용자가 사용하는 PC 와는 달리 데이터의 중복성이 매우 높은 특징이 있다. 게이트웨이로 접속하는 사용자 중 많은 사용자가 유사한 사이트를 방문하는 경우 이러한 중복성은 도욱 높아지는데, 이 경우 데이터 패킷은 일부의 헤더 정보(예컨대 송신 IP 어드레스 필드)를 제외하고 대부분 유사한 형태를 가진다. 특히 ERP 등의 데이터베이스를 많이 이용하는 경우는 대부분의 사용자가 유사한 질의(query)를 전송하고 검색한다. 따라서 빈번이 발생되는 사용자 데이터 상의 데이터 스트링은 패턴으로서 코드를 부여하여 게이트웨이(30,32)의 데이터베이스에 저장하고, 송신 게이트웨이(30)는 해당 데이터 스트링이 검출되면 부합하는 코드로 데이터를 압축하여 전송하고, 수신 게이트웨이(32)는 코드를 해당하는 데이터 스트링으 로 다시 변환한 후 수신 호스트(20)로 데이터 패킷을 전송한다. 이러한 사용자 데이터 압축기법을 사용하면 네트워크에서 전송되는 데이터 양을 보다 효과적으로 저감할 수 있기 때문에 네트워크의 부담을 경감할 수 있다.

도 5를 참조하여 보다 사용자 데이터 압축을 설명하면 다음과 같다. 송신 게이트웨이(30)는 호스트로부터 수신한 데이터 패킷 중 사용자 데이터가 대하여 데이터베이스에 등록된 등록패턴에 해당하는지 여부를 판단한다(S510). 판단결과 등록패턴과 일치하는 것으로 판단되는 경우는 해당 데이터 스트링을 해당코드로 변환하고(S560), 그렇지 않은 경우는 새로운 패턴으로서 데이터베이스에 등록하여 해당 코드를 부여한다(S520). 새로운 패턴이 등록되면 송신 게이트웨이(30)는 연동되는 등록 게이트웨이(32)에 새로운 패턴등록을 알려주어 패턴정보를 다른 게이트웨이(32)와 동기화시킨다(S540). 다음으로 송신 게이트웨이(30)는 데이터 스트링을 신규패턴으로 인식하여 해당 코드로 변환하게 된다(S550).

사용자 데이터에 대한 패턴변환 및 패턴등록 프로그램의 예는 다음과 같다.

FUNCTION search_pattern(string);

FUNCTION register_pattern(string);

FUNCTION compress_data() {

WAIT_FOR_INTERRUPT

WHILE (STRING = read input from the IN buffer) {

if ( search_pattern(STRING) == "yes" ) {

COMPRESSED = STRING

} else {

register_pattern(STRING);

}

return COMPRESSED

}

상기의 프로그램에서, search_pattern 함수는 DB에 등록 패턴과 string variable로 받은 값을 비교한다. match가 되면 string값은 코드 값으로 변경하고 "yes"가 되돌려진다. match가 없을 경우에는 "no"가 되돌려진다. register_pattern 함수는 받은 string값을 이용하여 pattern을 등록한다.

그런데, 등록된 패턴이 과도하게 많은 경우는 패턴검색에 소요되는 시간이 길어져 송신 게이트웨이(30)에서 데이터 패킷의 압축 및 수신 게이트웨이(32)에서 해독으로 인해 오히려 데이터 전송이 지연될 수 있다. 이러한 문제를 방지하기 위해 각 패턴은 출현 빈도수 및 출현 시간에 대한 정보를 더 포함하고, 출현 빈도수 및 출현 시간간격에 따라 인덱스가 부여되는 것이 바람직하다.

사용자 패턴에 대한 출현 빈도수 및 출현 시간에 대한 정보를 저장하는 프로그램의 예는 아래와 같다.

FUNCTION search_pattern(string) {

if ( is_inDB(string) == 0 ) { /* if pattern is matched */

INC_COUNTER; /* indicate the frequency */

string = INDEX; /* return index for compression */

return "yes"

} else {

return "no" /* indicate not found */

}

FUNCTION register_pattern(string) {

INDEX /* Number of items in the DB */

store(INDEX, string, /* string is stored with unique number and counter

COUNTER, timelist); * counter is used to keep track of how often used */

INDEX++ /* INDEX is incremented for next pattern */

}

도 6 은 본 발명의 실시예에 따른 각 등록패턴에 대한 인덱스 부여 방법을 도시한다. 자주 출현하는 데이터 패턴에 높은 우선순위 즉 낮은 차수의 인덱스를 부여하기 위해서는 각 패턴의 인덱스는 고정되지 않고 재조정될 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 이를 위하여 각 패턴에 대한 출현 빈도수에 따른 빈도수(Frequency) HASH 및 출현 시간 간격(Timelist) HASH를 생성하여(S532,S534) 두 값을 더해 토탈 HASH를 생성한다(S536). 생성된 토탈 HASH 를 기준으로 빈번이 발생하는 패턴에 대해 낮은 차수의 인덱스를 부여한다(S538).

출현 빈도수 및 시간간격에 따른 인덱스 부여 프로그램의 예는 다음과 같다.

FUNCTION hash_sort() {

FOR ( START of DB to END of DB ) {

FHASH = hash (CURRENT_DB_frequency); /* Frequency에 관한 HASH값 */

THASH = hash (CURRENT_DB_timelist); /* 시간 간격을 이용한 HASH값 */

totHAH = HASH (FHAHS, THASH); /* 두개의 HASH값을 더해 relative

storeHASH (CURRENT_DB, totHASH); * HASH값을 저장한다 */

}

sort (DB);

위 프로그램에 있어서, hash_sort 함수는 두개의 게이트웨이가 새로운 데이터를 동기할 때 사용되고 현재 사용되는 패턴의 빈도수를 고려하여 인덱스 값을 새로 지정한다. 낮은 인덱스 값은 압축에 있어서 빠른 처리를 가능하게 한다. Sort 함수는 토탈 HASH값을 기준으로 INDEX값을 새로 부여한다. 따라서 자주 쓰이는 패턴을 낮은 INDEX로 지정할 수 있다.

한편 과도한 압축은 높은 리소스를 요구하므로 프로세서에 부하를 가하게 되어 결국 네트워크 지연(Network Latency)을 발생시킬 수 있기 때문에, 압축시 프로세서의 부하를 감지하여 부하에 따라 압축율을 조정하는 동적(Dynamic) 압축 방법을 사용하는 것이 바람직하다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 동적 사용자 데이터 압축방법을 도시한다. 송신 게이트웨이(30)는 프로세스의 부하를 측정하여(S512), 연산 부하가 높은 것으로 판단되는 경우 빈도수가 높은 즉 인덱스가 낮은 등록패턴만을 선택적으로 검색(S516)하고, 새로운 패턴의 등록을 허용하지 않는 것이(S518) 바람직하다.

이하는 동적 사용자 데이터 압축방법을 구현하기 위한 프로그램을 예시한다.

IF (CPU_LOAD == HIGH) {

COMPRESSED = compress_data_fast(string);

} ELSE {

COMPRESSED = compress_data(string);

}

FUNCTION compress_data_fast() {

WAIT_FOR_INTERRUPT;

WHILE (STRING = read input from the IN buffer) {

COMPRESSED = search_pattern_fast(STRING)

return COMPRESSED

}

compress_data_fast 함수는 compress_data와 비슷한데, pattern 검색시 전체 데이터를 검색하지 않고 낮은 인덱스의 데이터만을 선택적으로 검색하고, 신규 패턴 등록을 생략시킨 함수다.

한편, 데이터 지연율을 최소화하기 위하여 데이터 패킷의 전송에 있어서 긴급처리의 필요성이 높은 데이터 패킷을 긴급처리의 필요성이 낮은 데이터 패킷에 우선하여 전송하는 것이 바람직하다. TOS(Type of Service), QoS(Quality of Service) 필드 및 well know port 등의 긴급처리를 요하는 데이터 패킷은 이러한 요구에 따라 데이터를 수집하여 우선순위에 따라 큐(queue)를 분할한다.

아래는 본 발명의 실시예에 따른 긴급처리 요구에 의한 데이터 패킷 전송 프로그램을 예시한다.

FUCNTION accumulated_data (HEADER, COMPRESSED) {

THREAD(); /* SMP를 지원하는 gateway를 위해 동시 처리 가능 */

ANALYSE (HEADER, COMPRESSED, HIGH, MEDIUM, LOW);

if (HIGH)

TRANSMIT_FAST (HIGH); /* interruption 불가능 */

else if (MEDIUM)

TRANSMIT (MEDIUM); /* TRANSFER_FAST에서만 interrupt 가능 */

else

TRASMIT_SLOW (LOW); /* TRANSFER_FAST 및 TRANSFER에서만 * interrupt 가능 */

}

한편 외부로 데이터를 요청하는 패킷은 그 자체의 데이터 양은 적지만 그로 인해 유입되는 데이터 패킷은 상당히 크다. 따라서 순차적으로 데이터 패킷을 전송하는 것보다는 현재 외부에서 유입되는 패킷 중 TOS 또는 QoS 가 낮은 패킷을 폐기하여 대역폭 사용량을 줄이거나, 현재 전송되는 패킷 양을 줄이는 방법으로 현재 진행중에 있는 세션에 지장을 주지 않도록 하는 것이 바람직하다. 따라서 사전에 미리 데이터 손실을 감지하여 가용 대역폭을 늘림으로서 손실 데이터를 최소화할 수 있다.

특히 긴급처리를 요하는 패킷 예컨대 SYN 패킷, Telnet, IRC, Online-chat 과 같은 경우는 그로 인해 발생하는 데이터 패킷의 양이 크기 때문에 게이트웨이 (32)의 인터페이스 부하가 과중한 경우는 장애를 일으킬 수 있다. 따라서 인터페이스 부하에 따라 과부하인 경우는 대기중인 데이터 패킷을 순차적으로 처리하고, 높은 우선순위의 패킷이 인터럽트를 하지 못하도록 하여 우선순위가 높은 패킷의 전송을 줄이는 것이 바람직하다.

아래는 인터페이스 부하에 따른 패킷 처리순서 프로그램을 예시한다.

FUNCTION load_monitor() {

SEMAPHORE ON;

LOAD_INT1 = GET_LOAD (interface1); /* Interface 1's load */

LOAD_INT2 = GET_LOAD (interface2); /* Interface 2's load */

LOAD_INT3 = GET_LOAD (interface3); /* Interface 3's load */

if LOAD IS HIGH

SEND_INTERRUPT(LOW); /* Low queue's outbound will be slowed down */

else if LOAD IS WARNING

SEND_INTERRUPT(MEDIUM);

/* Medium queue's outbound will be slowed down */

else if LOAD IS CRITICAL

SEND_INTERRUPT(HIGH) /* High queue's outbound will be slowed down */

SEMAPHORE OFF;

}

상기 프로그램에서 load_monitor 함수는 로드가 변동하는 상황에 따라 모든 패킷의 흐름을 제어할 수 있는 권한을 가지고 있다.

이상의 실시예에 따르면 게이트웨이의 인터페이스 부하가 높은 경우 긴급처리를 요하는 데이터 패킷이 우선적으로 처리되는 것을 방지하여, 이러한 데이터 패킷으로 인한 과도한 패킷의 발생에 따른 데이터의 손실을 방지할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 데이터 패킷 압축 전송방법은, 게이트웨이에서 호스트로부터 전송받은 데이터 패킷의 헤더를 보다 작은 크기의 헤더로 변환하여 전송하기 때문에 게이트웨이 및 라우터 간에 전송되는 데이터 패킷의 크기를 효과적으로 줄여서 트래픽을 경감할 수 있고, 호스트간의 통신에 있어서도 보안성을 확보할 수 있는 효과와 함께 송신 게이트웨이는 수신 어드레스를 참조하여 수신 게이트웨이가 본 발명에서 제안하는 프로토콜을 지원하지 않는 경우에는 종래의 데이터 패킷으로 전송하고, 그렇지 않은 경우는 헤더 변환을 통해 데이터 패킷을 전송하고, 데이터 패킷의 변환 및 압축은 게이트웨이간의 통신에만 적용되기 때문에 개개의 호스트 및 라우터는 본 발명에서 제안하는 프로토콜을 새로이 적용하지 않고도 압축된 패킷을 전송할 수 있다.

본 발명의 실시예는 데이터 패킷의 헤더뿐만 아니라 사용자 데이터 중 자주 반복되는 데이터 스트링은 패턴으로 등록하여 대응하는 코드를 부여하고, 패턴의 등록 사항을 게이트웨이 간에 공유함으로서 게이트웨이, 라우터 간의 데이터 통신 에 있어서 데이터 패킷의 크기를 보다 효과적으로 줄여서 트래픽을 경감하고, 호스트간의 통신에 있어서 보안성을 확보할 수 있는 효과를 더 제공한다.

본 발명의 다른 실시예는, 사용자 데이터에서의 등록 패턴의 출현 빈도수 및 출연 시간간격을 체크하여 자주 출현하는 패턴에게 낮은 인덱스를 부여하고 게이트웨이의 프로세스의 부하(load)치를 측정하여 과중한 부하가 걸린 것으로 판단되는 경우 낮은 인덱스의 패턴만을 검색하고, 신규 패턴 등록을 금지하기 때문에 게이트웨이에서의 사용자 데이터 압축 및 압축 데이터 복원에 소요되는 시간 및 게이트웨이의 프로세싱 부담을 경감할 수 있는 효과를 제공한다.

아울러 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구의 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims

호스트로부터 송신 게이트웨이가 데이터 패킷을 수신하는 제 1 단계;

상기 데이터 패킷의 목적지가, 등록된 게이트웨이를 경유하는지 확인하는 제 2 단계;

등록된 게이트웨이인 경우 데이터 패킷의 종류를 확인하고 그렇지 않은 경우는 제 5 단계로 진행하는 제 3 단계;

데이터 패킷의 종류에 따라 불필요한 필드를 제거하고, 필드를 압축하는 방법으로 헤더를 압축하여 헤더압축 데이터 패킷을 생성하는 제 4 단계;

상기 데이터 패킷에 공동 패킷 헤더를 부가하는 제 5 단계; 및

상기 데이터 패킷을 전송하는 제 6 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 헤더변환을 이용한 데이터 패킷 압축 전송방법.
제 1 항에 있어서, 제 4 단계는,

IP 헤더의 경우 어드레스 필드를 제외한 필드를 패턴화된 코드로 변환하는 제 1 부단계;

IP 헤더의 어드레스 필드를 2 바이트 어드레스로 변환하는 제 2 부단계;

TCP 헤더의 경우 포트 넘버 필드, 시퀀스 넘버 필드, 및 ACK 넘버 필드를 가변장 코드로 변환하는 제 3 부단계; 및

TCP 헤더의 나머지 필드를 패턴화된 코드로 변환하는 제 4 부단계를 더 포함 하는 것을 특징으로 하는 헤더변환을 이용한 데이터 패킷 압축 전송방법.
제 2 항에 있어서,

제 1 부단계는, 체크섬 필드, 길이 필드를 제거하고 패턴화된 3 바이트 코드로 변환하고,

제 3 부단계는, 최대 6 바이트의 가변장 코드로 변한하고,

제 4 부단계는, 체크섬 필드를 제거하고 패턴화된 1 바이트 코드로 변환하는 것을 특징으로 하는 헤더변환을 이용한 데이터 패킷 압축 전송방법.
제 1 항 내지 제 2 항 중 어느 한 항에 있어서,

제 4 단계 이후에 상기 데이터 패킷의 데이터를 압축하는 제 7 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 헤더변환을 이용한 데이터 패킷 압축 전송방법.
제 4 항에 있어서, 제 7 단계는,

데이터 스트링이 등록 게이트웨이의 데이터베이스에 등록된 패턴인지 판단하는 제 1 부단계;

등록된 패턴인 경우 상기 데이터 스트링을 해당 코드로 변환하고, 등록된 패턴이 아닌 경우 상기 데이터 스트링을 새로운 패턴으로 코드를 부여하여 상기 데이터베이스에 등록하고 모든 등록 게이트웨이에 동기화하고 상기 코드로 변환하는 제 2 부단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 헤더변환을 이용한 데이터 패킷 압축 전송방법.
제 5 항에 있어서,

제 3 부단계는, 상기 등록 패턴의 출현 빈도수가 높고, 출현 시간간격이 짧을 수록 낮은 인덱스를 부여하여 상기 데이터베이스에 저장하는 것을 특징으로 하는 헤더변환을 이용한 데이터 패킷 압축 전송방법.
제 5 항에 있어서,

제 1 부단계는, 상기 게이트웨이 프로세스의 부하를 측정하여 설정치 이상으로 과부하가 걸린 것으로 판단되는 경우 상기 데이터 스트링과 낮은 인덱스의 상기 등록 패턴만을 비교하는 것을 특징으로 하는 헤더변환을 이용한 데이터 패킷 압축 전송방법.
제 6 항에 있어서,

제 2 부단계는, 상기 게이트웨이 프로세스의 부하를 측정하여 설정치 이상으로 과부하가 걸린 것으로 판단되는 경우 새로운 패턴을 등록하지 않는 것을 특징으로 하는 헤더변환을 이용한 데이터 패킷 압축 전송방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

제 6 단계는, 응급조치의 필요성에 따라 상기 데이터 패킷을 분류하고, 긴급 처리의 필요성이 높은 데이터 패킷을 긴급처리의 필요성이 낮은 데이터 패킷에 우선하여 전송하는 것을 특징으로 하는 헤더변환을 이용한 데이터 패킷 압축 전송방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

제 6 단계는, 네트워크의 부하를 측정하여 부하가 과중할수록 우선순위가 높은 패킷의 전송을 줄이는 것을 특징으로 하는 헤더변환을 이용한 데이터 패킷 압축 전송방법.