KR100932968B1 - 호스트 컴퓨터의 개입이 없는 ｔｏｅ의 ｔｃｐ 재전송 처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 네트워크 어댑터(TOE)가 컴퓨터 네트워크 프로토콜인 TCP/IP를 처리하는 방법에 관한 것으로, 구체적으로 TOE(TCP/IP Offload Engine)가 TCP의 재전송 요구를 처리할 때, 호스트 컴퓨터의 개입 없이 TOE 자체적으로 처리할 수 있도록 한 호스트 컴퓨터의 개입이 없는 TOE의 TCP 재전송 처리 방법에 관한 것으로, 사용자 영역, 커널 영역, TOE 드라이버 영역으로 구현되고, TOE 드라이버 영역에서의 컴퓨터 네트워크 프로토콜 처리에 있어서, TCP의 재전송 요구 발생시에,사용자 메모리에서 DMA 해온 데이터를 프로토 타입 헤더와 함께 패킷화하여 네트워크로 전송하는 제 1 단계;재전송을 위한 데이터를 TOE 내부 메모리로 DMA하는 제 2 단계;를 포함하고, 패킷 전송과 재전송을 위한 DMA 수행을 하는 상기 제 1,2 단계를 라운드 로빈 방식으로 동시에 수행하여 호스트 컴퓨터의 개입 없이 TCP 재전송 처리를 하는 것이다.

네트워크 어댑터, TOE, TCP, 라운드 로빈, 호스트 컴퓨터, TCP 재전송

Description

호스트 컴퓨터의 개입이 없는 ＴＯＥ의 ＴＣＰ 재전송 처리 방법{Processing Method of a TCP Retransmission in a TCP/IP Offload Engine without a Host Intervention}

본 발명은 네트워크 어댑터(TOE)가 컴퓨터 네트워크 프로토콜인 TCP/IP를 처리하는 방법에 관한 것으로, 구체적으로 TOE(TCP/IP Offload Engine)가 TCP의 재전송 요구를 처리할 때, 호스트 컴퓨터의 개입 없이 TOE 자체적으로 처리할 수 있도록 한 호스트 컴퓨터의 개입이 없는 TOE의 TCP 재전송 처리 방법에 관한 것이다.

일반적으로 네트워크로 연결된 시스템 상호 간에는 서버와 클라이언트의 관계가 형성되어 진다. 서버와 클라이언트 상호 간의 통신을 위해서는 네트워크 프로그램과 같은 프로그램이 이용된다.

이러한 네트워크 프로그램은 소프트웨어로 작성된 통신 접속점이라 할 수 있는 소켓을 통하여 네트워크상에서 데이터를 송수신하게 된다.

소켓을 통한 데이터의 송신시 메모리에 저장되어 있는 데이터는 버스를 통해 네트워크 인터페이스의 송신 버퍼로 옮겨지고 컨트롤러를 통해 네트워크에 보내진다. 수신시에는 수신 버퍼를 거쳐 메모리로 데이터가 보내진다. 이런 과정들은 응 용프로그램을 거쳐 운영체제에 의해서 이루어진다.

운영체제에 의한 데이터 전송 과정은 응용프로그램의 메시지 생성 루틴에 의해 전송 데이터 저장을 위한 응용프로그램 버퍼가 생성되어 지며, 운영체제로 데이터 전송 명령의 전달시 해당 데이터들은 운영체제 커널의 소켓 버퍼에 복사되어 진다.

운영체제에서는 커널 버퍼의 데이터를 가지고 패킷을 구성하며, 구성된 패킷의 헤더와 데이터를 네트워크 인터페이스에 복사한 후 전송하게 된다.

이하에서 종래 기술의 전송 제어 프로토콜 오프로드 엔진(TOE) 및 TCP/IP 처리 과정을 설명한다.

도 1은 알라크리테크(Alacritech)社 TOE(INIC)의 구성도이고, 도 2는 알라크리테크(Alacritech)社 TOE(INIC)의 응답 버퍼 큐에 전송한 작업에 대한 결과를 실어 호스트 컴퓨터로 알려주는 방식을 나타낸 구성도이다.

그리고 도 3은 종래 기술의 TOE의 데이터 무복사 구조를 나타낸 구성도이다.

먼저, 도 1은 미국 Alacritech社 TOE(INIC)의 다이어그램을 나타낸 것으로, 내부의 DMA 컨트롤러(11)를 이용하여 호스트 컴퓨터와 연결된 PCI 버스(12)를 통해 보낼 데이터를 DRAM 영역(13)으로 DMA(Direct Memory Access)한 후, 패킷을 만들어 전송한다.

즉, 만들어진 패킷들은 TOE(INIC)에 장착된 네 개의 전송 큐들과 쌍으로 이루어진 MAC들을 통해 최종적으로 네트워크로 나가게 된다.

그리고 패킷을 전송한 후, 보낸 모든 패킷들에 대한 ACK를 원격 노드로부터 수신하였거나 혹은 재전송 타이머가 만료되어 재전송이 필요한 경우 INIC는 도 2의 응답(Response) 버퍼 큐(14)에 전송한 작업에 대한 결과를 Status(15)에 담아 호스트 컴퓨터 쪽으로 알려준다.

그리고 보낸 모든 패킷에 대한 ACK를 받았으면 송신 완료를 Status(15)에 셋팅하여 호스트 컴퓨터 쪽으로 알려주며, 재전송이 필요하면 Status(15)에 재전송이라고 셋팅하여 호스트 컴퓨터 쪽으로 알려준다. 특히 재전송인 경우에는 INIC의 DRAM 영역(13)에 있는 데이터를 가지고 해당 패킷을 다시 만들어 재전송한다.

이와 같이, Alacritech社 TOE (INIC)와 같은 방식은 재전송을 할 때, 호스트 컴퓨터의 데이터를 다시 가져오지는 않지만 재전송 중이라는 것을 호스트 컴퓨터에 Response 버퍼 큐(14)를 통해 알려줘야 한다.

호스트 컴퓨터로 알려주기 위해 INIC에서 호스트 컴퓨터 쪽으로 인터럽트를 걸어주며, 이러한 인터럽트를 받은 호스트 컴퓨터는 그 처리로 인해 부하가 발생하게 된다.

그리고 도 3은 한국전자통신원에서 개발한 TOE(30)의 데이터 전송 방식을 나타낸다.

도 3에서의 TOE(30)는 전송할 사용자 영역의 데이터에 대한 실제 메모리 주소와 메모리 크기로 이루어진 리스트(32)를 바탕으로 데이터를 TOE(30) 내부의 메모리(31)로 DMA한다.

DMA하는 동안 호스트 컴퓨터의 실제 메모리 공간에 위치한 데이터(33)가 스왑 아웃되지 않도록 TOE(30)는 리스트(32)에 포함된 모든 페이지에 대해서 페이지 맵 테이블을 검색하여 해당 페이지의 페이지 테이블의 Reserved 비트를 설정한다.

그러나 도 3의 TOE(30)는 설정한 Reserved 비트를 DMA를 완료할 때까지만 유지하는 것이 아니라, 모든 송신이 완료될 때까지 설정한 Reserved 비트를 유지한다.

즉, 보낸 패킷들에 대한 ACK를 모두 받았을 때와 재전송 타이머가 만료되어 TOE(30) 내부에 있는 메모리(31)에 있는 데이터를 이용하여 재전송을 완료할 때까지 Reserved 비트를 유지한다.

이러한 방식으로 모든 송신을 완료한 도 3의 TOE는 호스트 컴퓨터의 페이지 테이블에 세팅한 Reserved 비트를 해제하기 위해 해제 요청을 인터럽트를 통해 호스트 컴퓨터 쪽으로 알려주게 된다.

역시 이러한 인터럽트는 호스트 컴퓨터에 인터럽트 처리를 위한 부하를 야기한다.

본 발명은 본 발명은 네트워크 어댑터(TOE)가 컴퓨터 네트워크 프로토콜인 TCP/IP를 처리하는 과정에서 TOE(TCP/IP Offload Engine)가 TCP의 재전송 요구를 처리할 때, 호스트 컴퓨터의 개입 없이 TOE 자체적으로 처리할 수 있도록 한 호스트 컴퓨터의 개입이 없는 TOE의 TCP 재전송 처리 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 TOE(TCP/IP Offload Engine)가 TCP의 재전송 요구를 처리할 때, 호스트 컴퓨터의 개입 없이 TOE 자체적으로 처리함으로써 데이터 복사로 인한 메모리 액세스 횟수를 줄이고, 전송정보의 증가 및 재전송으로 인해 발생되는 시스템의 부하를 감소시키는 TOE 기반의 TCP 재전송 관리 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 호스트 컴퓨터의 개입이 없는 TOE의 TCP 재전송 처리 방법은 사용자 영역, 커널 영역, TOE 드라이버 영역으로 구현되고, TOE 드라이버 영역에서의 컴퓨터 네트워크 프로토콜 처리에 있어서, TCP의 재전송 요구 발생시에,사용자 메모리에서 DMA 해온 데이터를 프로토 타입 헤더와 함께 패킷화하여 네트워크로 전송하는 제 1 단계;재전송을 위한 데이터를 TOE 내부 메모리로 DMA하는 제 2 단계;를 포함하고,패킷 전송과 재전송을 위한 DMA 수 행을 하는 상기 제 1,2 단계를 라운드 로빈 방식으로 동시에 수행하여 호스트 컴퓨터의 개입 없이 TCP 재전송 처리를 하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 라운드 로빈 방식에 의해 수행되는 상기 제 1,2 단계는, TOE 드라이버 영역에 각각 나누어져 구성되는 제 2 DMA 컨트롤러와 제 1 DMA 컨트롤러에 의해 분리되어 처리되는 것을 특징으로 한다.

그리고 제 1 단계는,제 2 DMA 컨트롤러를 사용하여 데이터를 DMA해 오는 과정과,DMA해온 데이터를 기가비트 이더넷이 패킷 크기 단위로 나누는 과정과,프로토타입 헤더에 기반하여 패킷 헤더를 만들고 체크섬 계산을 수행해 패킷을 네트워크로 보내는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 TCP의 재전송 요구에 따른 전송시에 재전송의 시작은,IDLE상태에 있던 TOE가 패킷 전송 요구를 받으면 패킷을 전송하고 재전송 타이머를 모니터링하여 보낸 패킷에 대한 ACK를 받으면 다시 IDLE상태로 가고,타이머가 만료될 때까지 ACK를 받지 못하면 재전송을 시작하는 것을 특징으로 한다.

그리고 TCP의 재전송 요구에 따른 전송시에 타이머가 만료될 때까지 ACK를 받지 못하면, 가장 최근에 ACK를 받은 다음 패킷에 대한 헤더를 만들고, 재전송을 위해 TOE 내부 메모리에 복사한 데이터에 대한 옵셋을 찾아 DMA하여 이를 바탕으로 기가비트 이더넷은 재전송 패킷을 만들어 전송하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 따른 호스트 컴퓨터의 개입이 없는 TOE의 TCP 재전송 처리 방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.

본 발명은 TOE가 호스트 컴퓨터의 개입 없이 TCP 재전송 요구를 처리할 수 있다.

따라서, 재전송을 TOE 자체 내에서 모두 처리함으로써 호스트 컴퓨터로 인터럽트를 발생시키지 않으며, 따라서 호스트 컴퓨터에 부하를 발생시키지 않는 효과가 있다.

이하, 본 발명에 따른 호스트 컴퓨터의 개입이 없는 TOE의 TCP 재전송 처리 방법의 바람직한 실시예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 호스트 컴퓨터의 개입이 없는 TOE의 TCP 재전송 처리 방법의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 TOE 구성도이고, 도 5는 본 발명에 따른 호스트 컴퓨터의 개입 없이 TOE 자체적으로 재전송을 처리하는 동작 방식을 나타낸 구성도이다.

그리고 도 6은 두 개의 DMA 컨트롤러를 사용하여 패킷 전송과 재전송을 위한 데이터 복사가 동시에 진행될 때의 타이밍도이고, 도 7은 재전송 요구 발생 시의 TOE의 상태 전이 다이어그램이다.

본 발명은 TOE가 TCP의 재전송 요구를 처리할 때, 호스트 컴퓨터의 개입 없이 TOE 자체적으로 처리하여 호스트 컴퓨터에 부하가 걸리지 않도록 한 것이다.

즉, 재전송 요구 발생 시 또는 재전송 요구를 처리한 후, 호스트 컴퓨터로 인터럽트를 발생시키지 않고 TOE 내부 메모리에 저장된 데이터와 재전송 패킷 헤더를 생성하여 원격 노드로 패킷들을 재전송하는 방식이다.

본 발명에 따른 TOE(TCP/IP Offload Engine) 하드웨어 장치(40)가 임베디드 프로세서(41), 기가비트 이더넷(42), 내부 메모리(SDRAM)(43), 주 PCI 버스(44) 및 부 PCI 버스(45)에 각각 장착된 두 개의 제 1,2 DMA 컨트롤러(47)(48)와, PCI-to-PCI 브릿지 유닛(46)을 포함하고 구성된다.

구체적으로, TOE(TCP/IP Offload Engine) 하드웨어 장치(40)는 재전송을 위한 데이터 복사에 사용되는 제 1 DMA 컨트롤러(47)와, 내부 메모리(43)로부터 DMA해 온 데이터를 프로토타입 헤더와 함께 패킷화하여 네트워크로 전송하는 기능을 담당하는 제 2 DMA 컨트롤러(48)와, 호스트 컴퓨터에 연결되는 주 PCI 버스(44)와 기가 비트 이더넷(42)에 연결되는 부 PCI 버스(45)와, 주 PCI 버스(44)와 부 PCI 버스(45) 사이에 구성되는 PCI-to-PCI 브릿지 유닛(46)으로 구성된다.

도 5는 TOE(54)가 TCP의 재전송 요구를 처리할 때 호스트 컴퓨터의 개입 없이 TOE 자체적으로 처리하는 것을 나타낸 것이다.

TCP의 재전송 요구를 처리하기 위해서 재전송에 쓰일 데이터를 TOE(54) 내부 메모리(SDRAM) 영역(53)에 복사한다.

이때, TOE에 장착된 두 개의 제 1,2 DMA 컨트롤러(51)(52)를 동시에 사용하 여 하나는 패킷의 전송에 그리고 나머지 하나는 재전송을 위한 데이터 복사에 사용한다.

두 개의 제 1,2 DMA 컨트롤러(51)(52)가 동일한 사용자 메모리(50)의 주소를 DMA 해 오도록 프로그래밍 되지만, 제 2 DMA 컨트롤러(52)는 DMA해 온 데이터를 프로토타입 헤더와 함께 패킷화하여 네트워크로 전송하는 기능을 담당한다.

이에 반해 제 1 DMA 컨트롤러(51)는 재전송을 위한 데이터 복사에 사용된다.

동시에 시작한 두 개의 DMA 전송은 호스트의 PCI 버스 아비터(Arbiter)에 의해 라운드 로빈(Round-robin) 방식으로 처리된다.

도 6은 두 개의 DMA 컨트롤러를 사용하여 패킷 전송과 재전송을 위한 데이터 복사가 동시에 진행될 때의 타이밍도를 나타낸다.

이더넷이 제 2 DMA 컨트롤러를 사용하여 데이터를 DMA해 오고, 이를 기가비트 이더넷이 패킷 크기 단위로 나누고, 프로토타입 헤더에 기반하여 패킷 헤더를 만들고 체크섬 계산을 수행해 패킷을 네트워크로 보낸다.

그 후, 제 1 DMA 컨트롤러는 재전송을 위한 데이터를 TOE 내부 메모리로 DMA한다.

이러한 라운드 로빈 방식으로 패킷 전송과 재전송을 위한 DMA를 동시에 수행한다.

도 7은 재전송 요구 발생 시의 TOE의 상태 전이 다이어그램을 나타낸 것이다.

IDLE상태(70)에 있던 TOE가 패킷 전송 요구를 받으면 패킷을 전송하고 재전 송 타이머를 모니터링(71)하게 된다.

보낸 패킷에 대한 ACK를 받으면 다시 IDLE상태(70)로 가고 타이머가 만료될 때까지 ACK를 받지 못하면 재전송을 시작하게 된다.

재전송은 가장 최근에 ACK를 받은 다음 패킷에 대한 헤더를 만들고(72), 재전송을 위해 TOE 내부 메모리에 복사한 데이터에 대한 옵셋을 찾아 DMA해 온다.

이를 바탕으로 기가비트 이더넷은 재전송 패킷을 만들어 전송(73)하게 된다.

이와 같은 본 발명을 통해 TOE는 호스트 컴퓨터의 개입 없이 TCP 재전송 요구를 처리할 수 있다.

따라서, 재전송을 처리할 때, Response 버퍼 큐를 통해 호스트 컴퓨터로 인터럽트를 통해 알려주거나, 재전송을 포함한 모든 송신이 완료된 후, 호스트 컴퓨터의 페이지 테이블에 있는 Reserved 비트를 해제하기 위해 호스트 컴퓨터 쪽으로 인터럽트를 날리는 방식들에서 문제가 되는 호스트 컴퓨터의 부하 가중 문제를 해결할 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

도 1은 알라크리테크(Alacritech)社 TOE(INIC)의 구성도

도 2는 알라크리테크(Alacritech)社 TOE(INIC)의 응답 버퍼 큐에 전송한 작업에 대한 결과를 실어 호스트 컴퓨터로 알려주는 방식을 나타낸 구성도

도 3은 종래 기술의 TOE의 데이터 무복사 구조를 나타낸 구성도

도 4는 본 발명에 따른 TOE 구성도

도 5는 본 발명에 따른 호스트 컴퓨터의 개입 없이 TOE 자체적으로 재전송을 처리하는 동작 방식을 나타낸 구성도

도 6은 두 개의 DMA 컨트롤러를 사용하여 패킷 전송과 재전송을 위한 데이터 복사가 동시에 진행될 때의 타이밍도

도 7은 재전송 요구 발생 시의 TOE의 상태 전이 다이어그램

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

40. TOE 41. 임베디드 프로세서

42. 기가비트 이더넷 43. SDRAM

44. 주 PCI 버스 45. 부 PCI 버스

46. 브릿지 유닛 47. 제 1 DMA 컨트롤러

48. 제 2 DMA 컨트롤러

Claims (5)

1. 사용자 영역, 커널 영역, TOE 드라이버 영역으로 구현되고, TOE 드라이버 영역에서의 컴퓨터 네트워크 프로토콜 처리에 있어서,

   TCP의 재전송 요구 발생시에,

   사용자 메모리에서 데이터를 DMA 해오는 과정과, DMA해온 데이터를 패킷 크기 단위로 나누는 과정과, 프로토타입 헤더에 기반하여 패킷 헤더를 만들고 체크섬 계산하는 과정을 수행하여 패킷을 네트워크로 전송하는 제 1 단계;

   재전송을 위한 데이터를 TOE 내부 메모리로 DMA하는 제 2 단계;를 포함하고,

   패킷 전송과 재전송을 위한 DMA 수행을 하는 상기 제 1,2 단계를 라운드 로빈 방식으로 동시에 수행하여 호스트 컴퓨터의 개입 없이 TCP 재전송 처리를 하는 것을 특징으로 하는 호스트 컴퓨터의 개입이 없는 TOE의 TCP 재전송 처리 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 라운드 로빈 방식에 의해 수행되는 상기 제 1,2 단계는,

   TOE 드라이버 영역에 각각 나누어져 구성되는 제 2 DMA 컨트롤러와 제 1 DMA 컨트롤러에 의해 분리되어 처리되는 것을 특징으로 하는 호스트 컴퓨터의 개입이 없는 TOE의 TCP 재전송 처리 방법.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서, TCP의 재전송 요구에 따른 전송시에 재전송의 시작은,

   IDLE상태에 있던 TOE가 패킷 전송 요구를 받으면 패킷을 전송하고 재전송 타이머를 모니터링하여 보낸 패킷에 대한 ACK를 받으면 다시 IDLE상태로 가고,

   타이머가 만료될 때까지 ACK를 받지 못하면 재전송을 시작하는 것을 특징으로 하는 호스트 컴퓨터의 개입이 없는 TOE의 TCP 재전송 처리 방법.
5. 제 4 항에 있어서, TCP의 재전송 요구에 따른 전송시에 타이머가 만료될 때까지 ACK를 받지 못하면,

   가장 최근에 ACK를 받은 다음 패킷에 대한 헤더를 만들고, 재전송을 위해 TOE 내부 메모리에 복사한 데이터에 대한 옵셋을 찾아 DMA하여 이를 바탕으로 기가비트 이더넷은 재전송 패킷을 만들어 전송하는 것을 특징으로 하는 호스트 컴퓨터의 개입이 없는 TOE의 TCP 재전송 처리 방법.

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