KR100738051B1 - 트래픽 제한장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전송속도에 따라 프레임 단위의 데이터의 전송대기시간을 조절하여 트래픽을 제한하는 장치 및 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다. 상기한 본 발명의 트래픽 제한 장치는, 프레임을 수신받아 버퍼링하면서 출력하는 이더넷 프레임 버퍼; 상기 수신된 프레임을 출력하도록 상기 이더넷 프레임 버퍼를 제어하면서 대기하는 전체 대기 시간을 산출하고, 상기 수신된 프레임의 출력후에 상기 산출된 대기 시간의 경과되면 다음 프레임을 출력하도록 상기 이더넷 프레임 버퍼를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

트래픽 제한

Description

트래픽 제한장치 및 방법{traffic limitation apparatus and method}

도 1은 종래 기술에 따른 트래픽 제한 장치의 구성도.

도 2는 종래 기술에 따른 트래픽 제한 장치의 구성도.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 트래픽 제한 장치의 구성도.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 트래픽 제한 시간의 예를 도시한 도면.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 트래픽 제한 방법의 흐름도.

본 발명은 트래픽 제한 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전송속도에 따라 프레임 단위의 데이터의 전송대기시간을 조절하여 트래픽을 제한하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

기존의 LAN의 구축에만 사용되던 이더넷은 전 이중 전송방식의 도입과 광 전송 기술의 발전으로 거리에 제한이 사라졌고 회로 기술의 발달로 말미암아 저가의 고속 스위칭 장치의 제공이 가능해졌다.

이에따라 메트로 광 이더넷이라는 새로운 분야를 개척하면서, MAN(Metropolitan Area Network)을 구축하는 대안으로 떠오르고 있다. 특히, 서비스 가입자와 제공자 사이의 FEM 구간에서 이더넷은 고속 대용량의 트래픽을 저가로 제공할 수 있는 방안으로 각광을 받고 있다.

급격히 늘어나는 사용자 트래픽을 효율적으로 관리하고, 다양한 사용자와의 SLA(SERVICE LEVEL AGREEMENT)를 만족시키기 위해서는 송신측이나 수신측에서 필요한 만큼의 트래픽의 통과만을 허용하는 대역폭의 제한이 필요하다.

그러나 이더넷은 10/100/1000/10000 MBPS의 전송 계위만을 제공하므로 다양한 사용자들의 요구 사항을 만족시키기가 어렵다.

이에따라 제공된 전송 계위상에서 실제 대역폭을 제한할 수 있는 다양한 방법들이 연구되고 있다.

제공 대역폭에 대한 사용자의 다양한 요구를 충족시키고, 효율적인 망 구축 및 관리를 위한 대역폭 제한은 제어를 수행하는 위치의 관점에서, 트래픽의 유입점에서의 대역폭 제한을 수행하는 트래픽 쉐이핑(TRAFFIC SHAPING)과 트래픽의 진입점에서 조절이 이루어지는 트래픽 정책(TRAFFIC POLISHING)이 있다.

트래픽 쉐이핑은 리키 버킷(LEAKY BUCKET)만을 사용한 방식과 토큰 버킷(TOKEN BUCKET)만을 사용하는 방식 그리고 두 가지 방식을 동시에 사용하는 방식으로 나뉘어 진다.

상기 토큰 버킷 방식은 제한하고자 하는 트래픽에 비례하는 토큰의 생성 주기와 생성된 토큰을 저장하는 버퍼인 토큰 버킷을 추가로 가진다. 이 방식은 토큰의 생성 속도를 조정함으로써 쉽게 동적으로 대역폭을 조정할 수 있고, 입력단과 출력단의 전송속도가 동일한 구조에서도 적용이 가능하다.

상기한 토큰 버킷 알고리즘은 도 1에 도시한 바와 같이 입력단에서 입력되어지는 패킷을 순서대로 버퍼에 담는 것은 리키 버킷 방식과 유사하나 출력단에서의 행위는 서로 다르다.

이러한 토큰 버킷 방식의 경우에는 장기간 동안 전송해야 되는 트래픽의 양을 계산하기 위해 조절된 대역폭에 비례하여 주기적으로 생성되는 토큰을 토큰 버킷에 저장하고, 그 토큰의 크레딧(credit)에 맞추어 패킷을 전송한다. 즉 특정 패킷을 전송할 수 있을 만큼의 토큰이 토큰 버킷에 충분히 존재하는 경우에는 토큰 버킷에서 필요한 만큼의 토큰을 제거한 후 패킷을 전송하고, 만일 충분하지 않다면 필요한 만큼 토큰이 생성될 때까지 기다리게 된다.

이러한 토큰 버킷 방식의 장점으로는 입력단과 출력단의 전송속도에 상관없이 적용할 수 있다는 것과 출력단에서의 필요에 따라 필요한 만큼의 전송 속도 제어가 가능한 동적인 공급을 제공할 수 잇다는 것이며 또한 장기간의 평균방식으로 효율적인 대역폭의 활용이 가능하다는 것이다.

그러나 버스트한 데이터 트래픽을 허용하므로 여러 개의 링크가 집합되는 지점에서 충돌(CONGESTION)을 발생시킬 소지가 있으며, 패킷을 위한 버킷과 토큰을 위한 버킷 두가지를 별도로 관리해야 되므로, 구현이 복잡하다는 단점을 가지고 있다.

그리고 상기 리키 버킷 방식은 데이터 버퍼인 리키 버킷에 쌓인 가변적 크기의 입력 데이터를 정해진 속도로 균등 전송함으로써, 대역폭을 제한하는 것이다.

이러한 리키 버킷은 도 2에 도시한 바와 같이 입력단에서는 입력되는 패킷(incoming packet)을 순서대로 버퍼에 담고, 출력단에서 장비의 클럭 속도에 맞추어 패싱하는 방식이다.

이러한 경우는 입력단과 출력단의 클럭속도(clock speed) 자체가 다르므로 자동적으로 대역폭 조절이 이루어진다.

이러한 리키 버킷은 출력단의 전송속도가 입력단의 수신속도보다 낮은 경우에 적용하기 좋고 패킷 버퍼 하나만 사용하므로 구현하기가 쉽다.

그리고 버스트한 인터넷 데이터 트래픽(internet data traffic)을 스태디 스트림(steady stream)으로 스무딩(smoothing)시킬 수 있는 장점이 있지만, 입력단과 출력단이 동일한 클럭 속독로 동작하는 경우에는 대역폭 조절방법으로 적용할 수 없다. 왜냐하면 출력되는 패킷은 하나의 단위로 전송속도에 맞추어 전송되어야 하므로, 하나의 패킷을 전송할 때 시간 간격을 두어 분할해서 전송하게 되면 전송된 패킷이 올바르지 않은 패킷으로 인식되기 때문이다.

상기한 바와 같은 종래 방식은 두개의 버퍼를 유지해야 하므로 구성이 복잡해지고 정확한 토큰의 생성 주기를 맞추기가 힘들뿐만 아니라, 긴 기간의 평균(LONG TIME AVERAGE) 개념에 따른 SLA를 초과하는 트래픽의 생성 가능성을 항상 가지고 있다.

이에 종래에는 EFM 구간에 활용되는 이더넷 장비에 쉽게 적용 가능하도록 토큰 방식의 유용성과 리키 버킷 방식의 단순성을 가지는 이더넷 트래픽 제어 기술의 개발이 여전히 요구되었다.

따라서, 본 발명은 전송속도에 따라 프레임 단위의 데이터의 전송대기시간을 조절하여 트래픽을 제한하는 장치 및 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상술한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 트래픽 제한 장치는, 프레임을 수신받아 버퍼링하면서 출력하는 이더넷 프레임 버퍼; 상기 수신된 프레임을 출력하도록 상기 이더넷 프레임 버퍼를 제어하면서 대기하는 전체 대기 시간을 산출하고, 상기 수신된 프레임의 출력후에 상기 산출된 대기 시간의 경과되면 다음 프레임을 출력하도록 상기 이더넷 프레임 버퍼를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 입력 데이터를 기다리다 보내는(send and wait) 방식으로 대역폭의 제어를 수행한다.

이러한 본 발명은 하나의 이더넷 프레임을 전송하는 중에 해당 프레임이 제한된 대역폭상에 전송될 때 소요되는 시간을 계산하고, 해당 이더넷 프레임의 전송이 끝난 후에 실제 전송된 시간과 계산된 전송시간만큼 대기한 후에 다음 프레임을 전송한다.

또한 패딩 존(pading zone)이 부가된 프레임 버퍼를 사용하여 가변 크기의 이더넷 프레임을 효율적으로 관리할 수 있도록 한다.

상기한 본 발명에 따르는 트래픽 제한장치의 구성을 도 3을 참조하여 설명한다.

상기 트래픽 제한장치는 제어부(100), 메모리부(102), 이더넷 프레임 버퍼(104)로 구성된다.

상기 제어부(100)는 하나의 이더넷 프레임을 전송하는 중에 전체 대기시간을 산출하고, 상기 이더넷 프레임의 전송이 완료되면 상기 산출된 전체 대기시간이 경과한 후에 다음 이더넷 프레임을 전송함으로서, 트래픽을 제한한다.

상기 메모리부(102)는 상기 제어부(100)의 처리 프로그램을 포함하는 다양한 정보를 저장하며, 특히 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 대기시간을 산출하기 위한 다양한 정보를 저장한다.

상기 이더넷 프레임 버퍼(104)는 이더넷 프레임을 입력받아 제어부(100)의 제어에 따라 출력한다.

상기한 본 발명에 따르는 전체 대기시간 산출방법을 도 4를 참조하여 설명한다.

비트 사이즈가 α인 이더넷 프레임이 RMbps의 속도로 전송될 때 필요한 시간(TT)은 전송시간(TRT)과 인터 프레임 간격의 시간(TRIF)을 합한 시간을 필요로 한다.

그러나 실제 전송은 B Mbps로 했더라도 R Mbps의 속도로 일어나므로 실제 패킷의 전송은 TS에 종료한다.

그러므로 전송은 B Mbps로 했더라도 R Mbps의 속도로 전송한 것과 같은 효과를 나타내기 위해서는 패킷의 전송 후에 TBW+TIFG 만큼 대기하여야 한다.

표 1은 이더넷 프레임의 구조를 나타낸 것이다.

표 1

PREAMBLE	BFD	DA	BA	TYPE	DATA	CRC
7	1	6	6	2	46~1500	4

전체 대기 시간(TW)은 BMhz의 PHY CHIP 기준으로 보면 표 1과 같은 이더넷 프레임 구조와 관련이 있으며, 이는 수학식 1로부터 획득될 수 있다.

TW=TBW+TRFIG

= α*(B/(4*R)-1/4)+B*8*IFG_BYTE

=(α+8*IFG_BYTE)*(B/(R*4)-1/4)+2*IFG_BYTE

=P_SIZE*R_RATE+β(1)

여기서, P_SIZE=α+γ, γ=8*IFG_BYTE

R_RATE=B/4(4*R)-1/4

β=2*IFG_BYTE

상기 총 대기 시간의 계산은 특정 패킷의 전송이 종료되기 이전에 이루어져야 한다.

그런데 이더넷 프레임의 최소 크기는 프리엠블과 SFD(START OF FRAME DELIMITER)를 빼고 64 BYTE 이므로 이를 MII(MEDIA INDEPENDENT INTERFACE)를 통해 전송하기 위해서는 72*2=144 MII 기준 클럭만큼의 시간을 요구한다.

이에 상기 수학식 1에서 R_RATE의 값은 테이블화되어 메모리부(102)에 저장되어, 상기 전체 대기 시간의 산출 속도를 단축한다.

상기한 트래픽 제한장치의 동작을 도 5에 도시한 흐름도를 참조하여 설명한 다.

상기 제어부(100)는 이더넷 프레임이 수신되어 이더넷 프레임 버퍼(104)에 저장되기 시작하면(200단계), 상기 이더넷 프레임을 이더넷 프레임 버퍼(104)를 통해 출력함과 아울러 상기 수학식 1에 따라 전체 대기 시간을 산출한다(202,204단계).

상기 전체 대기 시간의 산출이 완료되면, 제어부(100)는 해당 이더넷 프레임의 출력이 완료되었는지를 체크한다(206단계).

상기 이더넷 프레임의 출력이 완료되면, 제어부(100)는 상기 산출된 전체 대기 시간동안 대기한다(208단계).

상기 전체 대기 시간이 경과되면, 제어부(100)는 다음 이더넷 프레임의 처리를 위해 (200)단계로 복귀한다(210단계).

상기한 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 특허청구 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

전술한 바와 같이 본 발명은 전송속도에 따라 프레임 단위의 데이터의 전송대기시간을 조절하여 트래픽을 제한할 수 있다.

Claims (4)

1. 트래픽 제한 장치에 있어서,

   프레임을 수신받아 버퍼링하면서 출력하는 이더넷 프레임 버퍼;

   상기 수신된 프레임을 출력하도록 상기 이더넷 프레임 버퍼를 제어하면서 대기하는 전체 대기 시간을 산출하고, 상기 수신된 프레임의 출력후에 상기 산출된 대기 시간의 경과되면 다음 프레임을 출력하도록 상기 이더넷 프레임 버퍼를 제어하는 제어부

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 트래픽 제한장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 전체 대기 시간은,

   프레임에 할당된 시간에서 상기 프레임 전송시간을 감한 시간과 미리 정해진 대기시간을 더하여 산출함을 특징으로 하는 트래픽 제한장치.
3. 트래픽 제한 방법에 있어서,

   프레임을 수신받아 버퍼링하면서 출력하면서 전체 대기 시간을 산출하는 단계;

   상기 수신된 프레임의 출력후에 상기 산출된 전체 대기 시간이 경과되면 다음 프레임을 출력하는 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 트래픽 제한 방법.
4. 제3항에 있어서,

   상기 전체 대기 시간은,

   프레임에 할당된 시간에서 상기 프레임 전송시간을 감한 시간과 미리 정해진 대기시간을 더하여 산출함을 특징으로 하는 트래픽 제한 방법.

Images