KR100739492B1 - Quality of service management device for ip network and method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 IP 망에서의 서비스 품질 관리 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for managing quality of service in an IP network.
서비스 품질 관리 장치에서, 입력 버퍼는 IP 망으로부터 입력되는 데이터 패킷을 일시 저장한다. 서비스 품질 관리부는 입력 버퍼로부터 수신한 데이터 패킷을 플로우별로 분류하고, 플로우별로 데이터 패킷의 출력을 제어한다. 그리고, 출력 큐는 서비스 품질 관리부로부터 수신한 데이터 패킷을 스케줄링하여 전송한다.In the apparatus for controlling a quality of service, the input buffer temporarily stores data packets input from the IP network. The quality of service manager classifies the data packet received from the input buffer for each flow and controls the output of the data packet for each flow. The output queue schedules and transmits the data packet received from the service quality management unit.
플로우 분류, 서비스 품질 관리 Flow classification, quality of service management
Description
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 서비스 품질 관리 장치를 도시한 블록도이다.1 is a block diagram illustrating a service quality management apparatus according to a first embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 서비스 품질 관리 장치의 대역폭 제어부에서의 패킷 처리를 도시한 개략도이다.2 is a schematic diagram showing packet processing in a bandwidth controller of a service quality management apparatus according to a first embodiment of the present invention.
도 3a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 서비스 품질 관리 장치의 레이트 제어부에서의 레이턴시 제어 과정을 도시한 개략도이다.3A is a schematic diagram illustrating a latency control process in a rate control unit of a service quality management apparatus according to a first embodiment of the present invention.
도 3b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 서비스 품질 관리 장치의 레이트 제어부에서의 연속성 제어 과정을 도시한 개략도이다.3B is a schematic diagram illustrating a continuity control process in a rate controller of the apparatus for controlling quality of service according to the first embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 서비스 품질 관리 장치의 WRED 제어부에서의 패킷 처리를 도시한 개략도이다.4 is a schematic diagram showing packet processing in a WRED control unit of a service quality management apparatus according to a first embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 서비스 품질 관리 장치를 도시한 블록도이다.5 is a block diagram illustrating a service quality management apparatus according to a second embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 서비스 품질 관리 장치를 도시한 블록도이다.6 is a block diagram illustrating a service quality management apparatus according to a third embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플로우별 서비스 품질 관리 방법을 도 시한 흐름도이다.7 is a flowchart illustrating a method for managing quality of service for each flow according to a first embodiment of the present invention.
본 발명은 IP(internet protocol) 망에서의 서비스 품질 관리 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for controlling service quality in an IP (internet protocol) network.
기존의 ATM(asynchronous transfer mode) 망에서는 수신단과 송신단 사이에서의 일괄적인 서비스 품질 관리가 이루어질 수 있었다. IP 망에서는 통신 자원이 효율적으로 사용될 수는 있지만, 각 통신 자원에게 전송능력이 독점적으로 부여된 것은 아니므로 사용자들의 통신량이 늘어나게 되면 패킷들은 전송 과정에서 대기 행렬에 걸리게 되어 긴 시간 지연이 발생하게 된다.In the existing asynchronous transfer mode (ATM) network, the quality of service can be collectively managed between the receiving end and the transmitting end. Although communication resources can be used efficiently in an IP network, transmission capacity is not exclusively assigned to each communication resource. Therefore, when the traffic of users increases, packets are queued in the transmission process, causing a long time delay. .
현재 IP 망은 모든 어플리케이션에 중립적이며 IP 망에서 모든 트래픽이 동등하게 처리되므로, 발생하는 트래픽의 특성에 따라 우선 순위를 부여하기 어렵다. 특히, 선행되는 트래픽이 대역폭을 독점하게 되면 중요한 데이터의 처리가 지연되는 문제가 발생하므로 네트워크에 대한 업무 의존도가 크거나 네트워크를 통해 고객 서비스를 제공하는 곳은 전반적인 업무 효율이 크게 떨어지는 현상을 낳게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 중요한 데이터나 트래픽에 대해 적정한 대역폭을 할당하고 우선적인 처리를 보장할 수 있는 QoS(quality of service) 기법의 도입에 대한 관심이 증가되고 있다.Currently, the IP network is neutral to all applications and all traffic is treated equally in the IP network, so it is difficult to give priority to the characteristics of the generated traffic. In particular, if the preceding traffic monopolizes bandwidth, the processing of important data is delayed. Therefore, the dependence on the network or the location of providing customer service through the network greatly decreases the overall work efficiency. . In order to solve this problem, there is a growing interest in introducing a quality of service (QoS) technique that can allocate an appropriate bandwidth to important data or traffic and ensure priority processing.
ATM 망에서는 일정 길이의 셀이 전송되면서 여러 네트워크 장비를 거치게 되 더라도 OAM(Operation, Administration and Maintenance) 셀(cell)이나 컨트롤 셀 등을 통한 망 상태의 지속적인 모니터링이 가능하므로, 수신단과 송신단 사이에서의 균일한 서비스 품질 관리가 이루어질 수 있다. 이와 같은 ATM 망에서 이루어지는 서비스 품질 관리와 근사한 효율을 얻기 위하여 IP 망에서는 고가의 네트워크 프로세서나 소프트웨어적인 방식이 사용되고 있다.In ATM network, even if a certain length of cell is transmitted and it goes through several network equipments, it is possible to continuously monitor the network state through OAM (Operation, Administration and Maintenance) cell or control cell. Uniform quality of service management can be achieved. An expensive network processor or software method is used in the IP network in order to obtain the same efficiency as the service quality management performed in the ATM network.
특히, 고품질 서비스를 제공할 수 있는 전용 하드웨어가 존재하지 않아서, 현재는 주로 CPU를 통한 소프트웨어적 처리 방식이 이용되고 있다. 그러나, CPU 용량의 한계로 인하여 데이터 패킷의 전송 속도를 보장받을 수 없고, 이로 인하여 완벽한 수준의 서비스 품질 관리가 이루어지지 않을 뿐만 아니라, IP 망에서 ATM 망에서와 동일한 수준의 서비스 품질을 보장받기 위해서는 고가의 네트워크 프로세서 장비를 사용하여야 하는데 이러한 방식을 통한 서비스 품질 관리는 시스템의 비용을 상승시키는 문제가 있으므로, 이를 위한 전용 하드웨어를 필요로 하는 문제가 있었다.In particular, since there is no dedicated hardware capable of providing high quality services, a software processing scheme mainly through a CPU is currently used. However, due to the limitation of the CPU capacity, the transmission speed of the data packet cannot be guaranteed. As a result, not only a perfect level of service quality management is performed but also the same level of service quality as that of an ATM network in an IP network is required. Expensive network processor equipment has to be used, but service quality management through such a method raises the cost of the system. Therefore, there is a problem of requiring dedicated hardware for this purpose.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 IP 망 내에서의 사용자별로 다른 서비스 품질을 보장할 수 있는 서비스 품질 관리 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide an apparatus and method for managing a quality of service capable of guaranteeing a different quality of service for each user in an IP network.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 서비스의 종류에 따라 서비스의 우선 순위나 품질을 보장받을 수 있게 하는 서비스 품질 관리 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.Another technical problem to be achieved by the present invention is to provide a service quality management apparatus and method for ensuring the priority or quality of services according to the type of service.
이러한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 한 특징에 따르면, IP 망에서 입력되는 데이터 패킷을 일시 저장하는 입력 버퍼, 상기 입력 버퍼로부터 수신한 데이터 패킷을 플로우별로 분류하고, 상기 플로우별로 상기 데이터 패킷의 출력을 제어하는 서비스 품질 관리부, 및 상기 서비스 품질 관리부로부터 수신한 데이터 패킷을 스케줄링하여 전송하는 출력 큐를 포함하는 IP 망에서의 서비스 품질 관리 장치가 제공된다.In order to solve this problem, according to an aspect of the present invention, an input buffer for temporarily storing data packets input from an IP network, data packets received from the input buffer are classified for each flow, and A service quality management apparatus in an IP network including a service quality control unit for controlling an output and an output queue for scheduling and transmitting a data packet received from the service quality management unit.
그리고 상기 서비스 품질 관리부는 상기 입력버퍼로부터 수신한 데이터 패킷의 플로우를 분류하는 플로우 분류부, 상기 플로우별로 데이터 패킷에 대하여 통과, 경고 표시, 폐기 설정하는 적어도 하나의 제1 제어부, 및 상기 출력 큐의 상태에 따라 상기 제1 제어부로부터 수신한 데이터 패킷을 폐기 처리하여 데이터 패킷의 출력을 제어하는 적어도 하나의 제2 제어부를 포함한다. 여기서 상기 제1 제어부는 대역폭 제어부 또는 레이트 제어부 중의 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 상기 제2 제어부는 입력되는 데이터 패킷을 폐기처리하여야 할 경우, 경고 표시된 데이터 패킷들을 우선적으로 폐기하여 출력을 제어한다.The service quality management unit may include a flow classification unit classifying a flow of data packets received from the input buffer, at least one first control unit configured to pass, warn, and discard data packets for each of the flows, and the output queue. At least one second control unit for controlling the output of the data packet by discarding the data packet received from the first control unit according to the state. The first control unit may include at least one of a bandwidth control unit or a rate control unit. When the input data packet should be discarded, the second control unit may preferentially discard the data packets marked with the warning to control the output.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 수신된 데이터 패킷을 플로우별로 분류하는 단계, 상기 플로우별로 데이터 패킷에 대하여 통과, 경고 표시, 폐기 설정하는 단계, 및 상기 플로우별로 선택된 출력 큐의 상태에 따라 상기 경고 표시된 패킷을 우선적으로 폐기하여 데이터 패킷의 출력을 제어하는 단계를 포함하는 IP 망에서의 서비스 품질 관리 방법이 제공된다.According to another feature of the present invention, the received data packet is classified according to flow, the passing, warning display, discard setting of the data packet for each flow, and the warning displayed according to the state of the output queue selected for each flow. Provided is a method for controlling quality of service in an IP network, the method comprising controlling the output of a data packet by first discarding the packet.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention.
도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like parts throughout the specification. In addition, when a part is said to "include" a certain component, this means that it may further include other components, except to exclude other components unless otherwise stated.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 서비스 품질 관리 장치를 도시한 블록도이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 IP 망에서의 서비스 품질 관리 장치(100)는 입력 버퍼(110), 서비스 품질 관리부(120), 내부 메모리부(130) 및 출력 큐(140)를 포함한다.1 is a block diagram illustrating a service quality management apparatus according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the
입력 버퍼(110)는 송신단에서 입력되는 데이터 패킷을 일시적으로 저장하여 서비스 품질 관리부(120)에서 데이터 패킷을 처리하는 동안 버퍼의 역할을 수행한다.The
서비스 품질 관리부(120)는 수신된 데이터 패킷의 헤더 정보를 참조하여 플로우를 분류하고, 내부 메모리부(130)를 참조하여 플로우별로 요구되는 서비스 품질에 적합한 제어를 수행한다.The service
내부 메모리부(130)는 서비스 품질 관리부(120)에서의 데이터 패킷 처리에 필요한 데이터 테이블들을 저장하여 두었다가 서비스 품질 관리부(120) 또는 외부 CPU의 제어에 의하여 저장된 정보를 서비스 품질 관리부(120)로 제공한다. 내부 메모리부(130)에는 플로우별로 미리 설정된 서비스 품질이 매칭되어 있는 서비스 품질 테이블(QoS table), WRED 테이블(weighted random early detection table) 등이 저장될 수 있다.The
출력 큐(140)는 서비스 품질 관리부(120)에서의 패킷 플로우 제어를 거쳐 출력되는 데이터 패킷들을 가상 출력 큐의 형태로 저장하였다가 스케쥴링 알고리즘에 따라 각 큐별로 스케쥴링 순서에 따라 데이터 패킷을 출력한다.The
이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 서비스 품질 관리부(120)에 대하여 상세하게 설명한다. 도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 서비스 품질 관리부(120)의 제1 제어부는 대역폭 제어부(122)와 레이트 제어부(123)를 포함하며, 제2 제어부는 WRED 제어부(124)를 포함한다.Hereinafter, the service
먼저, 플로우 분류부(121)는 서비스 품질 관리부(120)로 수신된 데이터 패킷의 헤더 정보를 분석하여 플로우 특성을 판별한다. 이러한 헤더 정보는 MAC 어드레스, IP 어드레스 또는 포트 번호 등이 있을 수 있으며, 플로우 분류부(121)는 헤더 정보에 포함된 MAC 어드레스별로 패킷 플로우를 분류하거나, IP 어드레스별로 패킷 플로우를 분류하거나 또는 포트 번호를 이용하여 패킷 플로우를 분류한다. 이와 같은 플로우 분류 과정을 통하여 IP 망 내에서의 데이터 전송에 있어서 사용자별로 다른 서비스 품질을 보장받을 수 있고, 같은 사용자라 하더라도 실제 사용하는 서비스의 종류에 따라 차별화된 서비스 품질을 보장받을 수 있게 된다.First, the
플로우 분류부(121)에서 플로우 특성이 판별되면, 후단의 대역폭 제어부(122), 레이트 제어부(123) 및 WRED 제어부(124)는 내부 메모리부(130)에 플로우 특성에 따라 미리 매칭되어 저장된 데이터 테이블들을 참조하여 플로우별로 이후의 데이터 패킷의 전송을 제어한다. 본 발명의 실시예에서는 MAC 어드레스, IP 어드레스 또는 포트 번호가 플로우 판별에 이용되는 것으로 설명하였지만, IP 프로토콜 타입, 목적지 TCP/UDP 포트 정보 등의 다양한 헤더 정보가 이용될 수 있다.When the flow characteristic is determined by the
다음, 대역폭 제어부(122)와 레이트 제어부(123)는 플로우별로 설정된 서비스 품질에 따라 통과할 패킷, 폐기할 패킷 및 경고 표시(drop marking)할 패킷을 결정한다. 즉, 플로우별로 설정된 서비스 품질에서 요구되는 조건을 만족하는 패킷은 다른 처리 없이 통과되고, 서비스 품질에서 요구되는 조건을 만족하지 않는 패킷은 폐기 처리되거나 경고 표시된 후 통과된다. 이 때, 경고 표시된 패킷은 출력 큐(140)의 조건에 따라 WRED 제어부(124)에서 우선적으로 폐기될 수 있다.Next, the
도 2는 대역폭 제어부(122)로 단위 시간 당 입력되는 데이터 패킷들 중 통과, 경고 표시 및 폐기되는 패킷들의 범위를 도시한 개략도이고, 도 3a 및 도 3b는 각각 레이트 제어부(123)로 입력되는 패킷들 사이의 간격을 제어 변수로 이용하여 통과 또는 경고 표시할 패킷들을 결정하는 레이턴시 제어 방법과 연속성 제어 방법을 도시한 도면이다. 도 4는 이와 같이 대역폭 제어부(122)와 레이트 제어부(123)에서 경고 표시되어 통과한 패킷들을 WRED 제어부(124)가 출력 큐(140)의 상태에 따라 폐기하는 과정을 도시한 도면이다.FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a range of packets passing, warning, and discarded among data packets input per unit time to the
대역폭 제어부(122)는 보장 대역폭(guaranteed bandwidth)과 최대 대역폭 (maximum bandwidth) 정보를 기초로 하여 플로우별로 데이터 패킷 제어를 수행한다. 이 때, 보장 대역폭과 최대 대역폭은 플로우별로 내부 메모리부(130)의 QoS 테이블에 저장되어 있을 수 있다. 여기서, 보장 대역폭이란 단위 시간 내에 입력된 패킷들을 별도의 처리과정 없이 수용할 수 있는 대역폭을 의미하며, 최대 대역폭이란 단위 시간 내에 이를 초과하여 들어오는 패킷을 폐기시키도록 규정된 대역폭을 의미한다.The
도 2에 도시한 바와 같이, 대역폭 제어부(122)는 단위 시간 내의 특정 시점까지 입력된 데이터 패킷의 총 길이를 더한 누적 대역폭이 보장 대역폭(Sus_BW)을 초과하지 않을 경우에는 입력되는 데이터 패킷을 모두 통과시켜 레이트 제어부(123)로 전달하고, 누적 대역폭이 최대 대역폭(Max_BW)을 초과하는 경우에는 최대 대역폭(Max_BW)을 초과한 시점 이후에 입력되는 데이터 패킷을 폐기한다. 그리고 누적 대역폭이 보장 대역폭(Sus_BW)은 초과하지만 최대 대역폭(Max_BW)을 초과하지 않는 경우에, 대역폭 제어부(122)는 해당하는 데이터 패킷들에 경고 표시(drop marking)를 한 후 레이트 제어부(123)로 전송한다. 여기서, 경고 표시는 이후의 처리 과정에서 우선적으로 폐기될 대상임을 나타내는 표시이다.As shown in FIG. 2, the
그러나 플로우 분류부(121)에서 판별된 플로우의 특성이 패킷의 폐기로 인하여 서비스의 품질이 급격히 저하되는 특성을 갖는 실시간 서비스인 경우에, 대역폭 제어부(122)는 누적된 데이터 패킷의 양이 최대 대역폭(Max_BW)을 초과하더라도 데이터 패킷을 폐기시키지 않고 레이트 제어부(123)로 전송할 수 있다.However, when the characteristic of the flow determined by the
레이트 제어부(123)는 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 패킷과 패킷 사 이의 간격을 식별하여 플로우별로 미리 설정된 패킷 간격의 허용 범위를 벗어나는 패킷에 대해 경고 표시를 하여 WRED 제어부(124)로 전송한다. 레이트 제어부(123)는 데이터 패킷 플로우의 입력 속도에 따라 데이터 패킷을 레이턴시 제어(latency control)와 연속성 제어(burst control) 중의 어느 한 방식으로 처리한다. 레이트 제어부(123)는 플로우별로 미리 설정되어 내부 메모리부(130)에 저장되어 있는 CT, BT, ET, GT의 네 종류의 파라미터를 이용하여 서비스 품질을 관리한다. CT는 제어 타입을 나타내는 것으로서, 도 3a에 도시된 바와 같이 CT가 0일 때에는 레이턴시 제어를, 도3b에 도시된 바와 같이 CT가 1일 때에는 연속성 제어를 통하여 패킷 제어가 이루어진다. ET는 후행 패킷의 예상 도착 시간을 나타내고, BT는 ET로부터의 최대 전송 지연 허용치를 의미하며, GT는 선행 데이터 패킷과 후행 데이터 패킷의 입력 시간차를 의미한다.As shown in FIGS. 3A and 3B, the
레이턴시 제어(CT=0인 경우)는 데이터 패킷 사이의 간격이 너무 긴 경우의 레이트 제어 방식이다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 레이턴시 제어에서는 미리 설정된 패킷들 사이의 간격을 고려하여 계산된 ET에 BT를 더한 범위가 패킷 간격에 대한 허용 범위(ET+BT)로 설정된다. 그리고 선행 데이터 패킷이 입력된 후 후행 데이터 패킷이 통과(PASS)되어 WRED 제어부(124)로 전달된다. 그러나, 레이트 제어부(123)는 허용 범위(ET+BT)를 경과한 시간에 입력되는 후행 데이터 패킷에 대해서는 경고(DROP) 표시를 하고 WRED 제어부(124)로 전달한다. 도 3a의 하단에 나타낸 빗금 친 영역은 이와 같이 허용 범위를 만족시키지 못하여 경고 표시되는 데이터 패킷들이 입력되는 시간 범위를 나타낸다.Latency control (when CT = 0) is a rate control scheme when the interval between data packets is too long. As shown in FIG. 3A, in latency control, a range obtained by adding BT to ET calculated in consideration of the interval between preset packets is set as an allowable range (ET + BT) for the packet interval. After the preceding data packet is input, the following data packet passes and passes to the
연속성 제어(CT=1인 경우)는 데이터 패킷 사이의 간격이 너무 짧은 경우의 레이트 제어 방식으로, 패킷 플로우의 입력이 순간적으로 폭주하여 패킷들의 입력속도가 지나치게 빠를 경우에 플로우별로 요구되는 적정 수준의 서비스 품질 관리가 이루어지지 못하는 것을 방지하기 위한 것이다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 레이턴시 제어의 경우와는 반대로 서비스 품질을 만족시키기 위하여 요구되는 조건에 따라 미리 설정된 패킷들 사이의 간격을 고려하여 계산된 ET로부터 BT를 뺀 만큼의 시간 영역이 패킷 간격에 대한 허용 범위(ET-BT)로 설정된다. 즉, 선행 데이터 패킷이 입력된 후 후행 데이터 패킷이 입력되기까지의 시간(GT)이 허용범위(ET-BT) 이내이거나 ET를 초과하는 경우에는 후행 데이터 패킷은 그대로 통과(PASS)되어 WRED 제어부(124)로 전달된다. 그러나, 레이트 제어부(123)는 허용범위(ET-BT) 보다 짧은 시간 영역에 입력되는 후행 데이터 패킷에 대해서는 경고(DROP) 표시를 하여 WRED 제어부(124)로 전달한다. 도 3b의 하단에 나타낸 빗금 친 영역은 이와 같이 허용 범위 내에 포함되지 못하여 경고 표시되는 데이터 패킷들이 입력되는 시간 범위를 나타낸다.The continuity control (CT = 1) is a rate control method when the interval between data packets is too short. When the input of the packet flow is instantaneously congested and the input rate of the packets is too high, the appropriate level required for each flow is required. This is to prevent service quality management from being performed. As shown in FIG. 3B, in contrast to the case of latency control, a time interval in which the time domain is subtracted from BT from the ET calculated in consideration of the interval between the preset packets according to a condition required to satisfy the service quality. It is set to the allowable range for ET-BT. That is, if the time GT before the subsequent data packet is input after the preceding data packet is input is within the allowable range (ET-BT) or exceeds the ET, the trailing data packet is passed as it is and the WRED controller ( 124). However, the
WRED 제어부(124)는 출력 큐(140)의 상태를 모니터링하여 출력 큐(140)로의 데이터 패킷의 전송을 제어한다. 즉, WRED 제어부(124)는 우선 순위가 부여되어 있는 다수의 큐들 중 플로우의 특성에 적합한 수준의 서비스 품질 관리가 이루어질 수 있는 우선 순위에 해당하는 큐를 선택하여 데이터 패킷들을 전송한다. 이 때, 해당 큐의 정보를 기록한 레지스터로부터 해당 큐에 누적되어 있는 데이터 패킷의 양을 읽어 들여 큐의 상태를 파악하고, 내부 메모리부(130)에 저장된 WRED 테이블 을 참조하여 출력 큐(140)로 전송하는 데이터 패킷의 양을 제어한다. WRED 제어부(124)는 제어 파라미터로서 특정 큐에 대하여 설정되어 있는 EP(early point)와 MP(max point) 및 폐기율(slope)을 이용한다.The
도 4에 도시한 바와 같이, 출력 큐(140)에 누적된 데이터 패킷의 양이 EP를 초과하지 않는 경우에는 WRED 제어부(124)로 입력되는 모든 데이터 패킷은 출력 큐(140)로 전송되고, MP를 초과하는 경우에는 이후에 입력되는 모든 패킷은 폐기된다. 반면, 출력 큐로 전송되어 누적된 데이터 패킷의 양이 EP를 초과하게 되는 순간부터 대역폭 제어부(122)와 레이트 제어부(123)에서 경고 표시된 데이터 패킷들에 대하여 우선적으로 플로우별로 미리 설정된 폐기율의 비율로 패킷을 폐기한다.As shown in FIG. 4, when the amount of data packets accumulated in the
이때, 폐기 차례에 걸린 데이터 패킷에 경고 표시가 되어있지 않은 경우에는 그 패킷을 출력 큐로 전송하고, 이후 제일 근접한 시간에 입력되는 경고 표시가 된 데이터 패킷을 이전에 출력한 경고 표시 없는 패킷 대신 폐기한다. 그러나, 패킷의 폐기로 인하여 서비스의 품질이 급격히 저하되는 특성을 갖는 데이터 패킷 플로우에 대해서는, WRED 제어부(124)에 의하여 선택된 큐가 더 이상의 데이터 패킷을 수용할 수 없게 되면, 미리 설정되어 있던 큐의 우선 순위를 변경하여 상대적으로 덜 혼잡한 큐로 데이터 패킷을 전송한다.At this time, if the warning packet is not marked on the discarded data packet, the packet is transmitted to the output queue, and the data packet marked with the warning signal input at the closest time thereafter is discarded instead of the packet without the warning mark previously output. . However, for a data packet flow having a characteristic that the quality of service is drastically degraded due to the discarding of the packet, when the queue selected by the
이러한 구성을 통하여, IP 망에서 각 플로우에 따른 서비스 품질을 관리하고 보장함으로써 IPTV/VoIP 등과 같은 멀티미디어 데이터 전송에서 시간 지연이나 패킷 손실이 발생하지 않도록 보장하고 홈 네트워크 상에서 보안이나 화재 등과 같은 긴급을 요하는 데이터들을 우선 처리할 수 있다.Through such a configuration, the IP network manages and guarantees the quality of service according to each flow, ensuring that no time delay or packet loss occurs in the transmission of multimedia data such as IPTV / VoIP, and requiring emergency such as security or fire on the home network. To process the data first.
본 발명의 제1 실시예에서는 WRED 제어부(124)로 패킷이 전달되기 전에 대역폭 제어와 레이트 제어에 의해 데이터 패킷이 폐기되거나 경고 표시되는 것으로 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 즉, 대역폭 제어와 레이트 제어의 순서를 바꿀 수도 있으며, 또한 대역폭 제어와 레이트 제어 이외에 서비스 품질에 따라 통과, 경고 및 폐기 조건을 설정할 수 있는 다른 제어 방법을 사용할 수도 있다.In the first embodiment of the present invention, the data packet is discarded or warned by the bandwidth control and the rate control before the packet is delivered to the
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 IP 망에서의 서비스 품질 관리 장치를 도시한 블록도이다. 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 IP 망에서의 서비스 품질 관리부는 네트워크 주소 변환부(125)가 부가된 것을 제외하면 제1 실시예와 동일한 구조를 갖는다. 이 때, 내부 메모리부(130)는 네트워크 주소 변환을 위한 데이터 테이블들을 부가적으로 포함할 수 있다.5 is a block diagram illustrating an apparatus for managing quality of service in an IP network according to a second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, the quality of service management unit in the IP network according to the second embodiment of the present invention has the same structure as the first embodiment except that the network
본 발명의 제2 실시예에 따른 내부 메모리부는 네트워크 주소 변환(network information translation, NAT) 정보 테이블(information table), 네트워크 주소 변환 테이블(NAT translation table)을 포함할 수 있다.The internal memory unit according to the second embodiment of the present invention may include a network information translation (NAT) information table and a network translation table (NAT translation table).
네트워크 주소 변환부(125)는 데이터 패킷의 송신단이 네트워크 주소 변환 기준단으로부터 내부인지 외부인지의 여부를 판단하고 내부 메모리부(130)를 참조하여 네트워크 주소를 변환한다. The network
즉, 패킷 송신단이 기준단 내부의 포트인 경우에는, 내부 포트 번호를 이용하여 데이터 테이블로부터 룩업(look-up)하여 그 소스 포트 번호와 대응되어 미리 정의된 외부 포트 번호로 변환한다. 마찬가지로, 패킷 송신단이 내부의 IP 어드레 스인 경우에는 미리 정의된 대표 IP 어드레스로 변환하고, 패킷 송신단이 내부의 MAC 어드레스인 것으로 판단된 경우에는 미리 정의된 외부용 MAC 어드레스로 변환하고, 목적지 MAC 어드레스는 외부 스위치의 MAC 어드레스로 변환한다.In other words, when the packet transmitting end is a port inside the reference end, the internal port number is used to look up from the data table and converted into a predefined external port number corresponding to the source port number. Similarly, if the packet transmitting end is an internal IP address, the packet is converted into a predefined representative IP address. If the packet transmitting end is determined to be an internal MAC address, the packet is converted into a predefined external MAC address. Convert to the MAC address of the external switch.
또한, 패킷 송신단이 기준단 외부의 포트인 경우에는, 외부 포트 번호를 이용하여 데이터 테이블로부터 룩업하여 목적지 포트와 대응되는 미리 정의된 내부 포트 번호로 변환한다. 이 때, 내부 포트 번호는 내부 IP 어드레스에 대응되는 것이므로, 목적지 IP 어드레스와 목적지 MAC 어드레스를 내부 메모리부(130)를 참조하여 변환하고, 외부의 IP 어드레스는 서비스 품질 관리장치의 내부용 MAC 어드레스로 변환한다. 이러한 일련의 과정을 통하여 입력된 데이터 패킷의 헤더부가 변경되므로 헤더부에 포함되어 있는 체크섬(checksum)도 다시 계산하여 기록하여 준다.In addition, when the packet transmission end is a port outside the reference end, it looks up from the data table using the external port number and converts it into a predefined internal port number corresponding to the destination port. At this time, since the internal port number corresponds to the internal IP address, the destination IP address and the destination MAC address are converted with reference to the
이러한 구성을 통하여, 서비스 품질 관리 장치를 이용하는 내부 네트워크의 IP 어드레스가 외부 네트워크로 노출되지 않도록 하는 보안상의 효과를 거둘 수 있고, 대표 IP 어드레스 하나만을 가지고 내부 네트워크를 포트 번호로 구분함으로써 IP 부족 문제도 해결할 수 있게 된다.Through this configuration, the security effect of preventing the IP address of the internal network using the quality of service management device from being exposed to the external network can be achieved, and the IP shortage problem can be solved by dividing the internal network by port number using only one representative IP address. It can be solved.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 IP 망에서의 서비스 품질 관리 장치를 도시한 블록도이다. 본 발명의 제3 실시예에 따른 IP 망에서의 서비스 품질 관리부는 과금 제어부(126)가 부가된 것을 제외하면 제 1 실시예와 동일한 구조를 갖는다.6 is a block diagram illustrating an apparatus for managing quality of service in an IP network according to a third embodiment of the present invention. The service quality management unit in the IP network according to the third embodiment of the present invention has the same structure as the first embodiment except that the charging
과금 제어부(126)는 플로우별로 대역폭 제어부(122), 레이트 제어부(123) 및 WRED 제어부(124)에서의 제어 과정에서 폐기되지 않고 출력 큐(140)로 출력된 데이터 패킷을 일정 시간 단위로 카운팅하여 서비스 이용에 대한 과금을 수행한다.The charging
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 IP 망에서의 서비스 품질 관리 장치에서의 서비스 품질 관리 방법을 도시한 흐름도이다.7 is a flowchart illustrating a service quality management method in an apparatus for managing quality of service in an IP network according to a first embodiment of the present invention.
먼저 입력 버퍼(110)는 IP망을 통하여 데이터 패킷들을 수신하여 플로우 분류부(121)로 전달한다(S810). 입력된 데이터 패킷 플로우에 대한 입력 버퍼(110)에서의 버퍼링을 통하여 서비스 품질 관리부(120)에서 처리 가능한 양의 데이터 패킷이 전송될 수 있다.First, the
플로우 분류부(121)는 수신한 데이터 패킷의 헤더를 분석하여 플로우의 특성을 판별하고, 데이터 패킷을 플로우별로 분류한다(S820). 이 때, 플로우의 분류 결과에 따라 이후의 데이터 패킷의 처리에 이용되는 파라미터들이 설정되어 서비스 품질이 관리된다. 여기서 설정되는 파라미터들은 패킷 플로우 내의 패킷 간격을 제어하기 위한 파라미터들인 CT, BT, ET, GT의 네 종류의 파라미터와 플로우의 특성에 따라 적합한 서비스 품질의 보장을 위하여 출력 큐로 전송되는 데이터 패킷의 제어를 위한 파라미터들인 EP(early point)와 MP(max point) 및 폐기율(slope)을 포함할 수 있다. 이와 같은 과정을 통하여, 플로우별로 데이터 패킷이 예약된 수준의 서비스를 보장받으면서 목적지에 도착할 수 있다.The
대역폭 제어부(122)는 단위 시간에 입력되어 누적된 데이터 패킷의 양이 미리 설정되어 있는 데이터 패킷을 수용할 수 있는 한계 대역폭인 보장 대역폭을 초과하는지의 여부를 판단하여, 누적 대역폭이 보장 대역폭을 초과하지 않는 것으로 판단된 경우에는 데이터 패킷을 다른 처리 없이 입력된 상태 그대로 통과시킨다(S830). 이 때, 보안을 위하여 대역폭 제어 과정 이전에 네트워크 주소 변환부(125)에서의 네트워크 주소 변환의 과정이 추가될 수 있다.The
그리고 단위 시간 당 입력된 데이터 패킷의 누적 대역폭이 보장 대역폭을 초과할 뿐만 아니라 최대 대역폭을 초과하는 것으로 판단되면(S831), 이후에 입력되는 모든 데이터 패킷을 폐기한다(S862). 그러나 데이터 패킷 플로우가 실시간 서비스의 특성을 갖는 경우에는 서비스 품질의 저하를 방지하기 위하여 최대 대역폭을 초과하여 입력되는 데이터 패킷도 폐기시키지 않고 통과시킨다. 반면, 누적 대역폭이 보장대역폭과 최대 대역폭 사이의 값을 갖는 경우에는 이 시간 영역에 입력된 데이터 패킷은 폐기시키지 않고, 경고 표시하여 통과시킨다(S832).If it is determined that the cumulative bandwidth of the data packet input per unit time exceeds not only the guaranteed bandwidth but also the maximum bandwidth (S831), then all data packets input thereafter are discarded (S862). However, if the data packet flow has the characteristics of a real-time service, the data packet input exceeding the maximum bandwidth is also passed without discarding in order to prevent degradation of service quality. On the other hand, if the cumulative bandwidth has a value between the guaranteed bandwidth and the maximum bandwidth, the data packet inputted in this time domain is not discarded but is displayed as a warning and passed (S832).
레이트 제어부(123)는 별도의 처리 과정 없이 입력된 상태 그대로 대역폭 제어부(122)를 통과한 패킷들과 경고 표시된 패킷들을 전달받아 패킷들 사이의 간격을 판별한다. 데이터 패킷들 사이의 간격이 플로우 특성에 따라 미리 설정된 패킷 간격 허용범위를 벗어나지 않는 경우에는 이들 패킷들을 그대로 통과시키고(S840), 허용 범위를 벗어나는 경우에는 후행 데이터 패킷에 경고 표시를 한 후 통과시킨다(S841).The
WRED 제어부(124)는 입력되는 데이터 패킷들에 대하여 플로우별로 우선 순위가 부여되어 있는 출력 큐(140)의 상태를 모니터링하여 장치 출력 포트의 점유율을 판단하여, 판단 결과에 따라 데이터 패킷들을 출력 큐(140)로 송신하거나 폐기한다. 출력 큐(140)에 누적된 데이터 패킷의 양이 큐별로 미리 설정되어 있는 임계 치인 EP를 초과하지 않는 경우에는 그대로 출력 큐로 데이터 패킷을 전송한다(S850). 그러나, EP를 초과하는 경우에는 누적 패킷의 양이 MP를 초과하는지의 여부를 판별하여 초과된 경우에는 이후에 입력되는 모든 데이터 패킷을 폐기시키고(S851, S862), 누적 패킷의 양이 MP를 초과하지 않는 경우에는 이후에 입력되는 경고 표시된 데이터 패킷들부터 순서대로 폐기하여 출력되는 데이터 패킷의 양을 조절하여 줌으로써 플로우별로 미리 설정된 수준의 서비스 품질을 보장해 줄 수 있다(S851, S861). 이 때, 과금 제어부(126)는 폐기되지 않고 출력되어 서비스에 이용되는 패킷들의 양을 일정 시간 동안 카운트하여 서비스 이용자에 대한 과금의 기준으로 이용할 수 있다.The
이상 설명한 본 발명의 실시예에 따른 서비스 품질 관리 장치는 고속의 칩 형태로 구현되는 통신 칩에 하드웨어로 구현 가능하며, 예를 들어 VLSI(very large scale integration) 또는 ASIC(application-specific integrated circuit) 형태로 구현될 수 있다.The apparatus for controlling a quality of service according to an embodiment of the present invention described above may be implemented in hardware in a communication chip implemented in a high speed chip form, for example, in the form of a very large scale integration (VLSI) or an application-specific integrated circuit (ASIC). It can be implemented as.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of rights.
이와 같이 본 발명의 실시예에 의하면, 일련의 서비스 품질 관리 과정은 모두 플로우를 기준으로 이루어지므로 각 플로우별로 패킷 또는 바이트 단위의 정밀 한 서비스 품질 관리가 이루어질 수 있다. 또한, 서비스 품질 관리 장치에서 네트워크 주소 변환을 함께 수행함으로써 사용자의 IP 어드레스를 비롯한 정보들이 외부로 노출되지 않도록 하면서 같은 사용자라 하더라도 실제 사용하는 서비스의 종류에 따라 서비스의 우선 순위나 품질을 보장할 수 있다.As described above, according to the exemplary embodiment of the present invention, since a series of service quality management processes are all performed based on flows, precise service quality management of packets or bytes may be performed for each flow. In addition, by performing network address translation together in the service quality control device, information such as the user's IP address is not exposed to the outside, and even the same user can guarantee the priority or quality of the service according to the type of service actually used. have.
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