KR100912299B1 - ＩＰｖ4 /ＩＰｖ6 통합망에서의 데이터 포워딩 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 IPv4/IPv6 통합망에 관한 것으로, 특히 IPv4/IPv6 통합망에서 데이터를 포워딩하는 방법에 관한 것으로, 터널 헤더가 캡슐화되어 있는 패킷을 수신하여 포워딩 테이블 룩-업 결과에 따라 선택적으로 터널 헤더를 디캡슐화하는 제1단계와; 디캡슐화된 패킷을 루프백 포워딩하는 제2단계와; 루프백 포워딩된 패킷을 수신하여 포워딩 테이블 룩-업 결과에 따라 선택적으로 터널 헤더를 캡슐화하여 포워딩하는 제3단계;를 포함함을 특징으로 한다. 이러한 본 발명은 부가적인 하드웨어의 추가 제작 없이 기존의 패킷 포워딩 엔진의 제한적인 파싱 기능을 MAC 계층의 루프백과 IPv4, IPv6 헤더의 2단계 룩-업을 통해서 극복할 수 있다.

루프백, IPv4, IPv6, 포워딩.

Description

ＩＰｖ4 /ＩＰｖ6 통합망에서의 데이터 포워딩 방법{A DATA FORWARDING METHOD FOR IPv6 OVER IPV4}

본 발명은 IPv4/IPv6 통합망에 관한 것으로, 특히 IPv4/IPv6 통합망에서 데이터를 포워딩하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 정보통신부 및 정보통신연구진흥원의 IT 성장동력기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다.[과제관리번호:2006-S-061-02, 과제명: IPv6 기반의 QoS 서비스 및 단말 이동성 지원 라우터 기술개발].

현재 구축되어 있는 IPv4(Internet Protocol version 4) 기반의 인터넷은 급격히 증가하는 호스트와 멀티미디어 트래픽을 수용해야 하기 때문에 라우터 및 노드의 처리 속도가 지연되어 전체 인터넷의 성능을 저하시키는 문제점이 발생하고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 제안된 것이 바로 128비트의 확장된 주소 체계와 단순화된 헤더 구조, 향상된 QoS 및 강화된 보안체계를 가지고 있는 IPv6(Internet Protocol version 6)이다.

그러나 현재의 인터넷은 IPv4 망으로 구축되어 널리 운용되고 있기 때문에 보다 많은 장점을 가지고 있는 IPv6 망으로 한 순간에 전환하는 것은 현실적으로 불가능하다. 따라서 당분간은 IPv4 망과 IPv6 망이 공존하면서 점차적으로 IPv6 망으로 전환될 것이다.

IPv4 망과 IPv6 망이 공존하는 경우에는 새롭게 패킷을 처리하는 방법이 요구된다. IPv4 호스트 및 라우터와 IPv6 호스트 및 라우터가 혼재된 IPv4/IPv6 통합망에서 패킷을 처리하는 방법으로는 이중 스택(dual stack)을 이용하는 방법, 헤더 변환을 이용하는 방법, 터널링 방법 등이 있다. 이중 터널링 방법은 IPv6 패킷이 IPv4를 사용하는 영역에 들어갈 때 IPv6 패킷을 IPv4 패킷내에 캡슐화하였다가 IPv4 영역을 빠져 나올때 탈캡슐화하는 방법이다. 터널링 방법을 구현하기 위해서는 이미 알려진 바와 같이 라우터와 같은 네트워크 장치에 패킷 포워딩 엔진이 탑재된다.

그러나 기존 IPv4 망을 위주로 개발된 네트워크 장치의 패킷 포워딩 엔진들은 주로 64 바이트 이하의 헤더 파싱 기능을 가지기 때문에, IPv4 헤더와 IPv6 헤더를 한 번에 룩업하여 터널링 기능을 구현할 수는 없다. 이는 곧 기존 네트워크 장치의 네트워크 프로세서 혹은 패킷 포워딩 엔진을 새롭게 개발해야 함을 의미하기 때문에, 개발에 따른 인력, 시간 및 비용 투자를 감수해야만 한다.

이에 본 발명의 목적은 IPv6 오버 IPv4 터널링 기능을 지원하기 위한 새로운 하드웨어의 개발 없이 기존의 패킷 포워딩 엔진의 제약 사항을 극복하여 IPv6 오버 IPv4 터널링 기능을 효율적으로 지원할 수 있는 IPv4/IPv6 통합망에서의 데이터 포 워딩 방법을 제공함에 있으며,

더 나아가 본 발명의 또 다른 목적은 기존의 패킷 포워딩 엔진의 제약 사항을 극복하여 IPv6 오버 IPv4 터널링 기능을 효율적으로 지원하되, 전체 시스템의 성능저하를 최소화할 수 있는 IPv4/IPv6 통합망에서의 데이터 포워딩 방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

터널 헤더가 캡슐화되어 있는 패킷을 수신하여 포워딩 테이블 룩-업 결과에 따라 선택적으로 터널 헤더를 디캡슐화하는 제1단계와;

디캡슐화된 패킷을 루프백 포워딩하는 제2단계와;

루프백 포워딩된 패킷을 수신하여 포워딩 테이블 룩-업 결과에 따라 선택적으로 터널 헤더를 캡슐화하여 포워딩하는 제3단계;를 포함함을 특징으로 한다.

더 나아가 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 데이터 포워딩 방법은,

운영자 명령에 따라 지정된 포트의 MAC 계층을 루프백 모드로 설정하는 제1단계와;

수신된 패킷이 IPv4 패킷인지 IPv6 패킷인지 판별하는 제2단계와;

판별 결과에 따라 IPv4 패킷용 혹은 IPv6 패킷용 포워딩 테이블을 룩업하는 제3단계와;

룩-업 결과에 따라 IPv4 터널 헤더를 캡슐화하거나 IPv4 터널 헤더를 디캡슐화하는 제4단계와;

디캡슐화된 IPv6 패킷을 루프백 포워딩하는 제5단계와;

IPv4 터널 헤더 캡슐화된 패킷을 포워딩하는 제6단계;를 포함함을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 과제 해결 수단에 따르면, 본 발명은 IPv4 망을 통해 전달되는 터널 헤더 부가된 IPv6 패킷을 우선적으로 IPv4 포워딩 테이블을 룩-업하여 디캡슐화하고 이를 MAC 계층을 통해 다시 루프백 포워딩한다. 이에 루프백 포워딩된 IPv6 패킷을 룩업하여 IPv4 터널 헤더를 캡슐화하여 전송함으로서, 제한된 길이의 헤더만을 파싱하는 기존 패킷 포워딩 엔진들의 제약사항을 극복할 수 있게 되는 것이다. 즉, 본 발명은 부가적인 하드웨어의 추가 제작 없이 기존의 패킷 포워딩 엔진의 제한적인 파싱 기능을 MAC 계층의 루프백과 IPv4, IPv6 헤더의 2단계 룩-업을 통해서 극복할 수 있다. 따라서 본 발명은 IPv4 망을 통해 IPv6 단말간의 이동성 서비스를 제공하는 효과를 얻게 되는 것이다.

더 나아가 본 발명에서는 MAC 계층의 루프백을 통해 패킷이 한 번 더 전달되기 때문에 그 만큼의 성능저하를 가져올 수 있지만, 특정 라인카드 또는 포트를 한정하여 본 발명의 구현이 가능하도록 설정할 수 있기 때문에 전체적인 장비의 성능 저하를 최소화할 수 있다.

또한 본 발명은 부가적인 하드웨어의 추가 제작 없이 기존 장비에 본 발명을 손쉽게 구현할 수 있기 때문에 새로운 시스템 개발시 투자되어야 하는 인적, 물적, 시간적 투자비용을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

우선 도 1은 본 발명이 적용되는 IPv4/IPv6 통합망으로서의 라우팅 시스템 및 그 주변 구성도를 예시한 것이며, 도 2는 도 1중 라인카드의 구성도를 예시한 것이다.

도 1을 참조하면, 우선 IPv6 단말(10)이 IPv4망(30)을 통해서 또 다른 IPv6 단말(20)가 통신을 하고자 할 경우 IPv4/IPv6 라우팅 시스템(100)은 IPv6 오버(over) IPv4 터널링을 지원해야 한다. IPv6 오버 IPv4 터널링을 지원하기 위한 라우팅 시스템은 본 발명의 방법이 적용된 라인카드(110)를 구비한다.

일반적으로 라인카드(110)는 그 위치에 따라서 인그레스(ingress) 라인카드와 이그레스(egress) 라인카드로 구분되며, 미디어 정합부인 물리부(PHY)와 패킷 포워딩 엔진부(PFE)로 구성된다. 그리고 라인카드(110)는 일반적으로 스위치 패브릭(switch fabric)을 통해 연결되어지며, 라우팅 프로토콜과 라우팅 데이터베이스 정보를 가지는 라우팅 프로세서와는 내부 LAN으로 연결된다. 라인카드(110)는 기능과 인터페이스 위치에 따라 도 2에 도시한 바와 같이 PHY 인터페이스(112)부와, 패킷 포워딩 엔진(PFE)(114) 및 스위치 인터페이스부(116)의 3개 기능 블록으로 나눌 수 있다.

PHY 인터페이스부(112)는 가입자 정합, 또는 미디어 정합 기능을 수행하며 주로 MAC 기능을 포함하고 있다. 패킷 포워딩 엔진(114)은 패킷의 헤더를 룩-업 하여 패킷 포워딩을 수행한다. 이러한 패킷 포워딩 엔진(114)은 네트워크 프로세서 혹은 에이직(ASIC)으로 구현 가능하며 MAC 기능을 포함할 수도 있고 포함하지 않을 수도 있다. 본 발명에서는 PHY 인터페이스부(112)가 MAC을 포함하는 것으로 가정한다. 한편 스위치 인터페이스부(116)는 라인카드(110)간의 스위치 통신을 위한 정합 기능을 제공한다.

상술한 바와 같이 크게 3개의 기능 블럭으로 구분 가능한 본 발명의 라인카드(110)는 터널 헤더, 즉 IPv4 헤더가 캡슐화되어 있는 IPv6 패킷을 수신하여 FIBV4(Forwarding Information Base for IPv4) 테이블 룩-업 결과에 따라 선택적으로 터널 헤더를 디캡슐(Decap)화하고(Ⅰ단계)하고, 디캡슐화된 IPv6 패킷을 운용자에 의해 지정된 포트의 MAC 계층을 통해 루프백 포워딩(Ⅱ단계)한다. 그러면 루프백 포워딩된 IPv6 패킷을 수신한 라인카드(110)는 다시 FIBV6 테이블을 룩-업하여 그 테이블에서 지정하고 있는 결과(result)에 따라 IPv4 터널 헤더를 캡슐화하여(Ⅲ단계) 목적지측으로 포워딩(Ⅳ단계)하는 역할을 수행한다.

이와 같은 라인카드(110)에 의해 본 발명은 부가적인 하드웨어의 추가 제작 없이 기존의 패킷 포워딩 엔진의 제한적인 파싱 기능을 MAC 계층의 루프백과 IPv4, IPv6 헤더의 2단계 룩-업을 통해서 극복할 수 있게 되는 것이다.

이하 도 3 내지 도 5를 참조하여 상술한 라인카드(110)의 패킷 포워딩 엔진에서 실행 가능한 데이터 포워딩 방법을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

우선 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 라인카드(110)의 패킷 포워딩 엔진에서 실행 가능한 데이터 포워딩 처리 흐름도를 도시한 것이며, 도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 패킷 흐름도를 예시한 것이다.

도 3을 우선 참조하면, 운용자는 본 발명의 구현을 위해 CLI(Command Line Interface)를 통해 특정 라인카드 혹은 모든 라인카드 각각에 대하여 단말 이동성 서비스를 설정하기 위한 명령을 입력할 수 있다. 이러한 명령은 라우팅 시스템내 어플리케이션 프로세서 보드를 통해 전파된다. 단말 이동성 서비스 설정 명령이 수신(S1단계)되면, 해당 라인카드(110)의 패킷 포워딩 엔진(114)은 그 명령에 포함된 지정 포트의 MAC 계층을 루프백(loopback) 모드로 설정(S2단계)한다.

지정 포트의 MAC 계층이 루프백 모드로 설정된 상태에서 만약 도 1에 도시한 바와 같은 IPv6 단말(10)이 IPv4 망을 통해 타 IPv6 단말(20)과 데이터 통신하고자 IPv6 패킷을 전송하면, 본 발명의 실시예에 따른 패킷 포워딩 엔진(114)은 본 시스템이 지원하는 단말 이동성 서비스임을 인지하여 S3단계 내지 S11단계의 데이터 포워딩 절차를 수행한다. 참고적으로 단말 이동성 서비스를 인지하기 위한 방법은 전송되어 오는 패킷에 약정된 UDP 패킷의 삽입유무를 통해 인지할 수 있으나, 이는 하나의 옵션에 불과할 뿐 본 발명의 필수 구성요소는 아니다.

이하 S3 단계 내지 S11단계로 이루어지는 데이터 포워딩 방법에 대해 설명하면, 우선 패킷 포워딩 엔진은 도 4에 도시한 바와 같이 IPv4 헤더가 캡슐화되어 있는 IPv6 패킷(A)을 수신하면 그 수신된 패킷이 IPv4 패킷인지 IPv6 패킷인지 판별(S3단계)한다. 판별결과 터널 헤더의 부가에 따라 IPv4 헤더로 판별되면 IPv4 패 킷용 포워딩 테이블(FIBV4)을 룩-업(S4단계)한다. 룩-업 결과 결과값이 터널 디캡슐화로 지정되어 있다면(S5단계) 패킷 포워딩 엔진(114)은 룩-업 결과에 따라 IPv4 터널 헤더를 디캡슐화(S6단계)한다. 그리고 디캡슐화된 IPv6 패킷(B)을 지정 포트의 MAC 계층을 통해 포워딩(S7단계)함으로서, 포워딩된 IPv6 패킷(C)은 루프백되어 다시 수신된 패킷으로 간주된다. 루프백 포워딩된 패킷(D)을 수신한 패킷 포워딩 엔진(114)은 그 패킷이 IPv4 패킷인지 IPv6 패킷인지 재판별(S3단계)한다.

판별 결과 IPv6 패킷으로 판별되면 IPv6 패킷용 포워딩 테이블(FIBV6)을 룩-업(S8단계)한다. 룩-업 결과 결과값이 터널 캡슐화이고 넥스트 홉(next hop)이 a.b.c.d로 지정되어 있다면(S9단계) 패킷 포워딩 엔진(114)은 룩-업 결과에 따라 IPv4 터널 헤더를 캡슐화(S10단계)하고, IPv4 헤더 캡슐화된 패킷(E)을 포워딩(S11단계)한다. 이후 IPv4 헤더 캡슐화된 패킷(E)은 출력단 라인카드인 이그레스 라인카드를 통해 출력되며 IPv4망을 통해 결과적으로 통신 상대방인 IPv6 단말(20) 측으로 전송된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 IPv4 망을 통해 전달되는 터널 헤더 부가된 IPv6 패킷을 우선적으로 IPv4 포워딩 테이블을 룩-업하여 디캡슐화하고 이를 MAC 계층을 통해 다시 루프백 포워딩한다. 그리고 루프백 포워딩된 IPv6 패킷을 다시 룩-업하여 IPv4 터널 헤더를 캡슐화하여 전송함으로서, 제한된 길이의 헤더만을 파싱하는 기존 패킷 포워딩 엔진들의 제약사항을 극복할 수 있게 되는 것이다.

참고적으로 도 5에서는 IPv4 망을 통해 전달되는 터널 헤더 부가된 IPv6 패킷(F)을 우선적으로 IPv4 포워딩 테이블(FIBV4)을 룩-업하여 디캡슐화하고 이를 MAC 계층을 통해 다시 루프백 포워딩하여 IPv6 패킷(G)을 룩-업한 결과 IPv4 터널 헤더의 캡슐화 없이 바로 전송하는 경우를 도시한 것이다. 이 경우는 통과하는 망이 IPv6 망임을 나타낸다.

한편 본 발명의 실시예에서는 하나의 라인카드의 포트를 지정하여 루프백이 이루어지는 간단한 실시예를 설명하였으나, 시스템내 구비된 모든 라인카드 각각에서 수신 패킷의 루프백이 이루어지도록 시스템 설정할 수도 있으며, 시스템 성능을 고려하여 하나의 라인카드에서만 수신 패킷의 루프백이 이루어지도록 시스템을 설정할 수도 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

도 1은 본 발명이 적용되는 IPv4/IPv6 통합망으로서의 라우팅 시스템 및 그 주변 구성 예시도.

도 2는 도 1중 라인카드의 구성 예시도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 라인카드에서 실행 가능한 데이터 포워딩 처리 흐름도.

도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 패킷 흐름 예시도.

Claims (6)

1. 터널 헤더가 캡슐화되어 있는 패킷을 수신하여 포워딩 테이블 룩-업 결과에 따라 선택적으로 터널 헤더를 디캡슐화하는 제1단계와;

   디캡슐화된 패킷을 루프백 포워딩하는 제2단계와;

   루프백 포워딩된 패킷을 수신하여 포워딩 테이블 룩-업 결과에 따라 선택적으로 터널 헤더를 캡슐화하여 포워딩하는 제3단계;를 포함함을 특징으로 하는 IPv4/IPv6 통합망에서의 데이터 포워딩 방법.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 터널 헤더와 디캡슐화된 패킷은 각각 IPv4 헤더와 IPv6 패킷임을 특징으로 하는 IPv4/IPv6 통합망에서의 데이터 포워딩 방법.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 디캡슐화된 패킷은 라인카드의 지정된 포트의 MAC 계층을 통해 루프백 포워딩됨을 특징으로 하는 IPv4/IPv6 통합망에서의 데이터 포워딩 방법.
4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 제1단계 내지 제3단계는 IPv4/IPv6 통합망을 구성하는 라우팅 시스템내의 라인카드 각각 혹은 다수의 라인카드중 어느 하나의 라인카드에서만 실행됨을 특징으로 하는 IPv4/IPv6 통합망에서의 데이터 포워딩 방법.
5. IPv4/IPv6 통합망에서의 데이터 포워딩 방법에 있어서,

   운영자 명령에 따라 지정된 포트의 MAC 계층을 루프백 모드로 설정하는 제1단계와;

   수신된 패킷이 IPv4 패킷인지 IPv6 패킷인지 판별하는 제2단계와;

   판별 결과에 따라 IPv4 패킷용 혹은 IPv6 패킷용 포워딩 테이블을 룩-업하는 제3단계와;

   룩-업 결과에 따라 IPv4 터널 헤더를 캡슐화하거나 IPv4 터널 헤더를 디캡슐화하는 제4단계와;

   디캡슐화된 IPv6 패킷을 루프백 포워딩하는 제5단계와;

   IPv4 터널 헤더 캡슐화된 패킷을 포워딩하는 제6단계;를 포함함을 특징으로 하는 IPv4/IPv6 통합망에서의 데이터 포워딩 방법.
6. 청구항 5에 있어서, 상기 단계들은 IPv4/IPv6 통합망을 구성하는 라우팅 시스템내의 라인카드 각각 혹은 다수의 라인카드 중 어느 하나의 라인카드에서만 실행됨을 특징으로 하는 IPv4/IPv6 통합망에서의 데이터 포워딩 방법.

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