KR100757895B1

KR100757895B1 - 패킷 길이의 변화를 이용한 흐름 종료 방법

Info

Publication number: KR100757895B1
Application number: KR1020050121731A
Authority: KR
Inventors: 류정동; 이유경; 주성순
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2005-12-12
Filing date: 2005-12-12
Publication date: 2007-09-11
Also published as: KR20070062054A

Abstract

본 발명은 패킷의 흐름(flow)을 기반으로 하여 스위칭 또는 통신 채널을 관리하는 유선 또는 무선 통신 시스템에서, 일련의 패킷 흐름에 대한 패킷의 길이 변화를 분석하여 차후의 흐름의 종료 시간을 예측하여 흐름을 종료하는 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 패킷 길이의 변화를 이용한 흐름 종료 방법은, 패킷의 흐름(flow)을 기반으로 하여 스위칭 또는 통신 채널을 관리하는 유선 또는 무선 통신 시스템에서, 상기 패킷의 흐름 중 최근 수신된 적어도 2개의 패킷의 길이의 변화를 분석하는 단계; 및 상기 분석된 최근 수신된 적어도 2개의 패킷의 길이 변화에 따라 다음 패킷에 대한 흐름 종료 시기를 예측하여 결정하는 것을 특징으로 한다.

데이터 통신, 네트워크, 패킷, 흐름 종료, 패킷 길이, flow termination, packet length

Description

패킷 길이의 변화를 이용한 흐름 종료 방법{FLOW TERMINATION METHOD USING PACKET LENGTH DYNAMICS}

도 1은 본 발명의 실시예에 따라 패킷 길이의 변화를 이용하여 흐름(flow)의 종료 시기를 결정하기 위한 패킷 흐름 종료 패턴에 따른 종료 시기를 담는 테이블을 나타내는 도면.

도 2는 본 발명에 따른 흐름 종료 패턴 테이블을 이용하여 흐름을 종료하는 방법과 그로 인하여 절약할 수 있는 자원의 소모 시간을 설명하기 위한 도면.

본 발명은 유무선 통신 시스템에 수신되는 패킷의 흐름을 판단하는 방법에 관한 것으로, 특히 패킷의 흐름(flow)을 기반으로 하여 스위칭 또는 통신 채널을 관리하는 유선 또는 무선 통신 시스템에서, 일련의 패킷 흐름에 대한 패킷의 길이 변화를 분석하여 차후의 흐름의 종료 시간을 예측하여 흐름을 종료하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 흐름(flow)이란 네트워크의 특정 지점을 수집 시간 내에 트래픽 데이터가 어느 정도 통과하였나를 표현하는 것으로서, 수초나 수분 간격으로 트래픽 데이터를 수집하여 헤더 정보가 동일한 것을 묶어 놓은 것이다. 네트워크 상에 위치한 모든 유무선 통신 시스템에서 통신 채널과 버퍼 등의 자원을 효율적으로 사용하는 것은 매우 중요하다. 따라서 이러한 흐름 정보를 수집한 후에 분석을 통하여 네트워크상의 유선 또는 무선 통신 시스템에 대한 상태나 활용 상황을 분석 할 수 있게 된다. 흐름에 대한 형식(포멧)에는 패킷을 수집한 위치, 흐름을 생성한 시간, 패킷의 헤더 정보 및 패킷의 수와 크기 정보 등이 포함될 수 있다.

흐름(flow) 기반의 교환 방식을 이용하는 통신 시스템에서, 유입되는 트래픽이 흐름기반의 교환 방식에 적당하다고 판단되면, 해당 흐름으로부터 하나 또는 소수의 패킷이 네트워크에 들어올 때 새로운 흐름을 생성하고 그 흐름은 해당 노드 또는 경로 상에 있는 모든 노드들에 만들어 진다. 이렇게 만들어진 흐름은 노드 내의 프로세스의 전력(process power)이나 메모리 공간(memory space) 등의 자원을 소비하며 그 흐름이 끝날 때까지 남아있게 된다.

유무선 통신 시스템 상에서 흐름이 끝나는 시점을 결정하는 방법으로는, 고정된 상수값의 흐름 종료 시간을 이용하는 방식, TCP(Transmission Control Protocol)나 상위 어플리케이션(TCP/application) 계층의 헤더에서 종료 정보를 획 득하는 방식, 그리고 명시적으로 별도의 프로토콜 메시지를 이용 하는 방식 등이 있다.

먼저, 고정된 상수값의 흐름 종료 시간을 이용하는 방식은 일정한 흐름의 마지막 패킷이 지나간 후 더 이상의 패킷이 오지 않는 없는 상태에서 미리 설정된 고정된 상수 값의 시간이 경과한 후에 해당 흐름을 종료시키는 방식을 말한다. 그러나 이와 같이 미리 설정된 고정된 상수값을 이용하는 방식은, 흐름이 끝나고 난 후에도 미리 설정된 고정된 상수 값의 시간 동안에 할당된 통신 채널과 버퍼 공간이 낭비된다는 단점이 있다.

다음으로, TCP(Transmission Control Protocol)나 상위 어플리케이션(TCP/application) 계층의 헤더 필드에서 종료 정보를 획득하는 방식은, 흐름이 TCP로 전달되는 것인 경우에 TCP 헤더 필드(TCP header field)의 내용으로 판단하는 방식이다. 이 경우 만일 UDP(User Datagram Protocol)를 이용한 흐름일 경우에는 보다 상위 계층, 즉 어플레케이션 계층(application layer)의 헤더 필드를 개개의 어플리케이션 프로그램 별로 모두 이해하여, 흐름의 시작과 끝을 찾게 된다. 그러나 상기 TCP/어플리케이션 헤더에서 종료 정보를 획득하는 방식은, 헤더 필드의 내용을 매 패킷 마다 일일이 조사해야 하므로 프로세싱 전력(processing power)을 많이 요구하게 되고, 그마저도 만일 종단간(end-to-end) 보안이 IP(Internet Protocol) 계층에서 설정되면 TCP 또는 상위 어플리케이션 계층의 헤더 필드를 판독하는 것이 불가능해지는 문제점이 있다.

상기 명시적으로 별도의 프로토콜 메시지를 이용 하는 방식은 흐름의 종료를 명시적으로 나타내는 별도의 프로토콜 신호를 이용하여 흐름을 종료 시키는 방식이다. 그러나 상기 명시적으로 별도의 프로토콜 메시지를 이용 하는 방식은 별도의 프로토콜 메시지를 처리하기 위한 기능이 부가되어야 하는 번거로움이 있다.

상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 본 발명의 목적은 통신 채널이나 버퍼 등의 네트워크 자원을 효율적으로 이용할 수 있도록, 흐름(flow)이 끝나는 시점을 패킷의 길이를 이용하여 예측하여 결정할 수 있는 방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 패킷 길이의 변화를 이용한 흐름 종료 방법은, 패킷의 흐름(flow)을 기반으로 하여 스위칭 또는 통신 채널을 관리하는 유선 또는 무선 통신 시스템에서, 상기 패킷의 흐름 중 최근 수신된 적어도 2개의 패킷의 길이의 변화를 분석하는 단계; 및 상기 분석된 최근 수신된 적어도 2개의 패킷의 길이 변화에 따라 다음 패킷에 대한 흐름 종료 시기를 예측하여 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 도면들 중 참조번호 및 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호들 및 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따라 패킷 길이의 변화를 이용하여 흐름(flow)의 종료 시기를 결정하기 위한 패킷 흐름 종료 패턴에 따른 종료 시기를 담는 테이블을 나타낸다.

먼저, 본 발명에 따른 흐름 종료 방법은, 패킷의 흐름(flow)을 기반으로 하여 스위칭 또는 통신 채널을 관리하는 유선 또는 무선 통신 시스템에서, 일련의 패킷의 흐름 중 최근 수신된 적어도 2개의 패킷의 길이 변화를 분석하고 학습하여, 이를 바탕으로 차후의 흐름의 종료 시기를 예측하여 결정한다.

여기서 흐름(flow)은 목적지 IP 주소, 출발지 IP 주소, 또는 목적지 TCP나 UDP의 포트 번호, 출발지 TCP나 UDP 포트번호 등 중 어느 특정한 항목이나 그들의 조합으로 다양하게 정의될 수 있다. 예를 들어, 통신 시스템이 IP(Internet Protocol) 패킷에 대해 출발지 IP주소(Source IP Address), 목적지 IP 주소(Destination IP Address), 또는 출발지와 목적지 IP 주소가 모두 같은 패킷들을 하나의 흐름(flow)으로 볼 수 있다. 또한 출발지 포트번호(Source Port Number)와 목적지 포트번호(Destination Port Number)까지 같은 패킷들을 한 흐름(flow)으로 볼 수 있으며, 나아가 프로토콜 값까지 동일한 패킷들을 하나의 흐름으로 정의할 수 있다.

아래의 설명은 본 발명에 따라 흐름 종료 시기를 결정하기 위하여 패킷 길이를 이용하는 방법의 한 예를 보여준다.

우선 유선 또는 무선 통신 시스템은 흐름에서 발생되는 모든 패킷들의 길이를 측정하고, 동일한 길이의 패킷이 발생되는 빈도수를 기록해 간다. 패킷 길이와 발생 빈도에 따라 패킷의 종류를 다음과 같이 분류할 수 있다. 예를 들어, S = 발생 빈도가 높은 작은 길이의 패킷, M = 발생 빈도가 높은 중간 길이의 패킷, L = 발생 빈도가 높은 큰 길이의 패킷, R = 발생 빈도가 낮은 모든 크기의 패킷으로 분류할 수 있다. 여기서 발생 빈도의 높낮이를 구별하는 기준은 상대적인 빈도 수의 차이나 절대적인 빈도 수, 또는 상대적인 빈도와 절대적인 빈도를 모두 고려하여 결정하는 기준 등 여러 가지의 기준들이 적용될 수 있다. 또한 위에서는 일 예로서 패킷의 길이를 대중소로 나누는 기준을 설명하였으나, 패킷 길이의 종류를 나누는 기준도 역시 다양하게 적용될 수 있다. 예를 들어, 통상 인터넷에서 수집된 패킷 크기에 대한 분포를 참고하면, S는 패킷이 가질 수 있는 최소 크기에서부터 최대 100 바이트까지의 패킷, M은 101~1400 바이트 범위에 드는 패킷, L는 1401 바이트 이상의 크기를 갖은 패킷들 중 발생 빈도 수가 높은 패킷들이 각각의 패킷 길이에 해당되며, 그 외 발생 빈도수가 높지 않는 패킷들은 그 크기에 상관없이 R로 분류될 수 있다.

본 발명에 따른 흐름 종료 방법에 의하면, 패킷 길이와 빈도수에 관한 기록과 함께, 유선 또는 무선 통신 시스템은 일정한 구간으로 구분되는 특정 흐름(flow)의 마지막에 나타나는 3개의 패킷의 종류를 위에서 제시한 분류(S, M, L, 혹 은 R)에 따라 패턴을 기록한다(예를 들어, L-L-R). 그리고 시간이 경과 함에 따라 더 많은 흐름 종료 패턴을 관찰하며, 마지막 3개 패킷의 패턴이 일어나는 빈도 수도 기록하여 간다. 이렇게 하여 발견된 흐름 종료 패턴들에 대해서 패턴 발생 빈도수에 따라 종료 시간이 주어진다. 즉, 발생 빈도수가 높은 패턴에게는 작은 패킷 종료 시간 값이 지정되며, 발생 빈도수가 낮은 패턴에게는 큰 패킷 종료 시간 값을 지정한다. 이와 같이 발생 빈도수에 따른 지정되는 흐름 종료 시간은 다양한 계산 방식에 의해 도출될 수 있다. 예를 들면, 발생 빈도수에 선형 또는 비선형적으로 비례하여 흐름 종료 예상 시간을 줄여 나갈 수도 있다. 또한 본 발명에서는 이와 같이 흐름 종료 시간을 예측하여 흐름 종료 시간을 지정하는 과정에서, 흐름 종료 예상시간을 잘못 판단하여 흐름을 종료 시킨 후에 그 흐름으로부터 추가의 패킷이 유입된다면, 종료 시점을 잘못 판단한 벌칙으로써 해당 패턴에는 큰 값의 흐름 종료 예상 시간을 지정하는 등의 다양한 방법을 적용할 수도 있다.

이와 같이 상기 유선 또는 무선 통신 시스템에 패킷 길이에 관한 데이터와 흐름 종료 패턴에 관한 데이터들이 일정량 이상 수집되면, 시스템은 흐름 종료 패턴에 대한 종료 시간을 계산한 정보를 바탕으로 새로운 흐름의 종료 시간에 대하여 예측을 한다. 즉, 흐름에서 발생되는 패킷의 크기를 관찰해 나가고, 흐름 종료 패턴과 일치하는 패킷들이 발견되면 흐름 종료 시기를 흐름 종료 패턴에 이미 계산 되어 있는 값으로 둔다. 그리고 예상된 흐름 종료 시점까지 새로운 패킷이 도착하지 않으면 흐름을 종료한다. 이와 같이 본 발명에 따라 예측된 흐름 종료 패턴은 도 1과 같은 흐름 종료 패턴 테이블에 기록하여 차후 흐름의 종료 시간을 예측하는 데 사용될 수 있다.

상기 도 1을 참조하면, 상기 흐름 종료 패턴 테이블에는 흐름 종료 패턴과, 발생 빈도수 및 흐름 종료 시간에 대한 정보가 포함될 수 있다.

상기 흐름 종료 패턴에는 위에서 설명한 바와 같이, 일련의 패킷 흐름의 마지막 3개의 패킷 길이의 패턴에 대한 정보가 포함된다. 본 발명에서는 흐름 종료 패턴을 예측하기 위하여 패킷 흐름의 마지막 3개의 패킷 길이에 대한 정보를 이용하여 흐름 종료 시간을 예측한 경우를 예를 들어 설명하고 있으나, 상기 예측은 마지막 2개 또는 3개 이상의 복수개의 패킷의 길이에 대한 패턴을 분석하여 이루어질 수 있다. 상기 테이블을 살펴보면, 일 예로서 흐름의 마지막 부근에 발생빈도가 높은 큰 길이의 패킷(L)이 수신되고, 다시 발생빈도가 높은 큰 길이의 패킷(L) 수신된 후, 최종으로 발생빈도가 낮은 패킷(R)이 차례대로 수신되는 경우를 나타내는 흐름 종료 패턴은, 그 발생 빈도수가 '23'이고, 이에 따라 예측되는 흐름 종료 시간은 '20' 초임을 알 수 있다.

이와 같은 흐름 종료 시간은 발생 빈도에 반비례하며, 선형적 또는 비선형적 반비례 정도는 다양한 계산방법에 의해 정해질 수 있다. 상기 도 1에서 제시된 값들은 최소 0초에서 최대 60초까지 흐름 종료 시간을 가진다는 가정하에서, 전체 발생 빈도 수에서 특정 흐름 종료 패턴 발생 빈도 수가 차지하는 비율에 따라 선형적으로 반비례하는 값을 표시하였다. 예를 들어, L-L-R의 흐름 종료 패턴을 갖는 경우에 있어서, 흐름 종료 시간은 '60-(23*60)/(23+10+2)=20'과 같이 구할 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 흐름 종료 패턴 테이블을 이용하여 흐름을 종료하는 방법과 그로 인하여 절약할 수 있는 자원의 소모 시간을 설명하기 위한 도면이다.

도 2를 참조하면, 연속적으로 전송되는 일련의 패킷의 흐름으로부터 패킷이 도착하고, 최소 흐름 종료 시간(T_min)에 도달될 때까지 다음 패킷이 오지 않으면, 이미 도착한 패킷과 그 바로 전에 도착한 2개의 패킷으로 이루어지는 패킷의 흐름 패턴과, 상기 도 1의 흐름 종료 패턴 테이블에서 일치하는 흐름 종료 패턴을 찾는다.

해당 흐름 종료 패턴에 명시된 흐름 종료 시간 값(예를 들어, 흐름 종료 패턴이 L-L-R인 경우에, 흐름 종료 시간 값은 20초임)을 종료 시간(T_rel)으로 정하여, T_rel 후에 흐름을 종료 시킨다. 만일 정해진 종료 시간 내에 또 다른 패킷이 도착한다면, 종료 예약을 취소하고 동시에 해당 흐름 종료 패턴 테이블에서 빈도수를 일정부분 감하여 잘못된 판단에 대한 불이익을 줘 시간이 경과 함에 따라 흐름 종료 패턴 테이블의 신뢰도를 높여간다.

상기 도 2에서 A 구간은 종료 시기를 정하기 전에 최소한 기다려야 하는 시간이며, 이 구간 내에 새로운 패킷이 도착하지 않았을 때 종료 시기를 예약하게 된다. B 구간은 결정되는 종료 시간 값이 포함될 수 있는 영역이며, 최소 흐름 종료 시간(T_min)과 최대 흐름 종료 시간(T_max) 사이의 값을 가진다. 상기 최소 흐름 종료 시간(T_min) 및 최대 흐름 종료 시간(T_max)의 값은 다양한 기준에 의해 정해 질 수 있 다. 일 예로서, 본 발명에서는 최소 흐름 종료 시간(T_min)은 이전 흐름에서 나온 두 패킷의 도착 간격들 중 가장 큰 값으로 하고, 최대 흐름 종료 시간(T_max)는 기존의 흐름 기반의 네트워크에서 일반적으로 쓰이고 있는 고정된 상수 값(예를 들어, 60초)으로 지정할 수 있다. 이로 인하여, 상기 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명을 이용하면 기존의 고정된 상수 값의 흐름 종료 방식을 사용하는 것보다, 상기 실제 이루어지는 종료 시간(T_rel)과 최대 흐름 종료 시간(T_max) 사이의 C 구간에 해당하는 시간만큼의 자원을 절약할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 패킷 길이의 변화를 이용한 흐름 종료 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현할 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 인터넷을 통한 전송과 같이 캐리어 웨이브의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수도 있다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후 술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따르면 TCP 혹은 어플리케이션의 헤더 필드나 명시적인 프로토콜 신호를 사용할 수 없는 경우, 고정된 상수 값 대신에 미리 학습한 흐름 종료 패턴에 따라 흐름 예상 종료 시기를 예측하여 결정함으로써 통신 채널과 버퍼 등의 네트워크 자원을 절약할 수 있는 이점이 있다.

Claims

패킷의 흐름(flow)을 기반으로 하여 스위칭 또는 통신 채널을 관리하는 유선 또는 무선 통신 시스템에서,

상기 패킷의 흐름 중 최근 수신된 적어도 2개의 패킷의 길이의 변화를 분석하는 단계; 및

상기 분석된 최근 수신된 적어도 2개의 패킷의 길이 변화에 따라 다음 패킷에 대한 흐름 종료 시기를 예측하여 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 패킷 길이의 변화를 이용한 흐름 종료 방법.
제1항에 있어서, 상기 패킷의 길이 정보를 분류함에 있어서, 패킷의 크기와 동일 크기 패킷의 발생 빈도수에 기초하여 패킷의 길이 정보를 분류하는 것을 특징으로 하는 패킷 길이의 변화를 이용한 흐름 종료 방법.
제1항에 있어서, 발생 빈도수가 높은 패턴에게는 작은 패킷 종료 시간 값을 지정하고, 발생 빈도수가 낮은 패턴에게는 큰 패킷 종료 시간 값을 지정하는 것을 특징으로 하는 패킷 길이의 변화를 이용한 흐름 종료 방법.
제1항에 있어서, 소정의 흐름 종료 패턴에 따라 예측된 흐름 종료 시간 이후에 추가의 패킷이 유입되는 경우에는, 해당 흐름 종료 패턴에 대하여 상기 예측된 흐름 종료 시간 보다 큰 값의 흐름 종료 예상 시간을 지정하는 것을 특징으로 하는 패킷 길이의 변화를 이용한 흐름 종료 방법.
제1항에 있어서, 상기 흐름 종료 시간은, 이전 흐름에서 나온 두 패킷의 도착 간격들 중 가장 큰 값보다 큰 것을 특징으로 하는 패킷 길이의 변화를 이용한 흐름 종료 방법.
제1항에 있어서, 소정의 흐름 종료 패턴에 따라 예측된 흐름 종료 시간에 새로운 패킷이 도착하지 않는 경우에는 흐름을 종료하는 것을 특징으로 하는 패킷 길이의 변화를 이용한 흐름 종료 방법.
제1항에 있어서, 상기 패킷의 흐름은 목적지 IP 주소, 출발지 IP 주소, 목적지 TCP 포트번호, 출발지 TCP 포트번호, 목적지 UDP 포트 번호, 출발지 UDP 포트번호 중 하나 또는 둘 이상의 조합으로 정의되는 것을 특징으로 하는 패킷 길이의 변화를 이용한 흐름 종료 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 패킷 흐름은 패킷의 프로토콜 값을 이용하여 정의되는 것을 특징으로 하는 패킷 길이의 변화를 이용한 흐름 종료 방법.