KR101075462B1 - 서브넷에서 마스터 노드를 선출하는 방법 - Google Patents

서브넷에서 마스터 노드를 선출하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 서브넷에서 마스터 노드를 선출하는 방법에 관한 것으로서, 본 발명에서는 제한된 수의 노드를 갖는 복수 개 서브넷으로 구성되는 네트워크에서, 하나의 서브넷에 있는 복수 개 정상 노드들 중에서 마스터 노드를 선정하는 방법으로서, 복수 개 정상 노드를 후보 노드와 투표 노드로 분류하는 제 1단계와, 후보 노드는 일정한 단위 시간 내에 상기 투표 노드로부터 투표 메세지를 전송받는 제 2단계 및 후보 노드가 상기 투표 노드로부터 받은 투표 메세지의 수가 정상 노드 수의 일정 비율 이상이 될 경우 후보 노드를 제 1차 마스터 노드로 선정하는 제 3단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 서브넷에서 마스터 노드를 선정하는 방법이 제공된다.
서브넷; 마스터 노드

Description

서브넷에서 마스터 노드를 선출하는 방법{METHOD TO ELECT MASTER NODES FROM NODES OF A SUBNET}
본 발명은 서브넷에서 마스터 노드를 선출하는 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 하나의 서브넷에서 자신이 속한 서브넷의 정보(노드들의 상태, 링크의 상태 정보)를 수집하고 관리하는 마스터 노드를 선출하는 방법에 관한 것이다.
네트워크 인프라 구조는 많은 수의 노드에 대해 확장 가능하여야 한다. 또한, 네트워크는 여러 가지 형태의 노드 고장 또는 링크의 사용 불능한 상태에 대한 대처 방안을 가져야 한다. 이더넷은 개방형 네트워크를 위한 현실적인 방안인데 이러한 이더넷 기반 네트워크가 고장에 적응하는 방안은 크게 두 가지가 있다. 그 중 하나가 다중 포트 네트워크 인터페이스 카드를 갖는 것이다. 네트워크 인터페이스 카드의 펌웨어는 활성화된 포트의 고장을 감지하고 스탠바이 포트를 활성화한다. 다른 방안은 고장을 감지하고 리커버리 알고리듬을 수행하는 소프트웨어를 구비하는 것이다. 대부분의 소프트웨어적인 접근은 주기적인 심장박동(heartbeat) 메카니즘을 적용하는 것이다.
이러한 종래 심장박동 기반의 구성은 내재적으로 확장성의 문제점을 가지고 있었다. 따라서 본원 발명자는 이러한 확장성의 문제점을 해결하기 위해 다중 서브넷 아키텍쳐를 제안하였다. 다중 서브넷 아키텍쳐는 확장성과 빠른 고장 극복을 제공하기 위해서 네트워크를 복수 개의 서브넷으로 나누고 하나의 서브넷이 포용할 수 있는 노드 수를 제한한다. 따라서 네트워크는 서브넷을 추가함으로써 계속 확장할 수 있다. 하나의 서브넷에 있는 모든 노드는 서로 이터넷 기반의 심장박동을 주고 받는다. 노드는 다른 노드로부터 전송된 심장박동을 체킹함으로써 경로상의 고장을 감지하고 극복할 수 있다. 그런데 심장박동은 이더넷 프레임이고 서브넷 사이에서 전송될 수 없으므로 서브넷 사이의 고장을 복구하기 위해 각 서브넷에서 마스터 노드를 지정하고 관리하여야 한다. 마스터 노드는 서브넷 상태를 교환하기 위해 아이피 패킷을 이용하여 상호 통신한다. 하나의 서브넷에서 고장이 발생하면, 마스터 노드는 심장박동을 통해 고장을 감지하고 상호 연결된 서브넷 통신 경로 상의 고장을 복구하기 위해 이를 다른 마스터 노드에 통지하는 중요한 역할을 담당한다. 일반적으로 마스터 노드는 각 서브넷에서 관리자에 의해 직접 지정된다. 또한 일반적인 네트워크 시스템에서는 노드 고장이 자주 발생하지 않기 때문에 고장 발생을 고려하지 않는다. 또한 고장이 발생하는 경우에도 네트워크 관리자가 고장을 발견하고 회복하는 작업을 수행하는 것이 일반적이다. 그러나 함정의 네트워크 시스템과 같은 특수한 경우에는 전투 중에 상대방의 공격 등에 의해 고장이 발생할 수 있으며 고장을 자동적으로 신속하게 회복시켜야 하기 때문에 마스터 노드를 관리자가 임의로 지정하는 대신 노드들 사이에서 자동으로 신속하게 선정하고, 마스터 노드가 고장 날 경우 이를 대신할 마스터 노드를 지정할 필요성이 대두 되었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 하나의 서브넷 상에서 정해진 시간 내에 가능한 신속하게 마스터 노드를 선정하고, 마스터 노드의 고장에 대비하여 제 2의 마스터 노드를 미리 지정하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 상기 목적은 제한된 수의 노드를 갖는 복수 개 서브넷으로 구성되는 네트워크에서, 하나의 서브넷에 있는 복수 개 정상 노드들 중에서 마스터 노드를 선정하는 방법으로서, 복수 개 정상 노드를 후보 노드와 투표 노드로 분류하는 제 1단계와, 후보 노드는 일정한 단위 시간 내에 상기 투표 노드로부터 투표 메세지를 전송받는 제 2단계 및 후보 노드가 상기 투표 노드로부터 받은 투표 메세지의 수가 정상 노드 수의 일정 비율 이상이 될 경우 상기 후보 노드를 제 1차 마스터 노드로 선정하는 제 3단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 서브넷에서 마스터 노드를 선정하는 방법에 의해서 달성 가능하다.
본 발명의 또 다른 목적은 복수 개의 노드를 갖는 복수 개 서브넷으로 구성되는 네트워크에서, 하나의 서브넷에 있는 복수 개 정상 노드들 중에서 인터넷 프로토콜 주소가 가장 작은 노드를 후보 노드로 선정하고, 나머지 노드들을 투표 노드로 선정한 후 해당 서브넷에서 상기 후보 노드를 마스터 노드로 선정하는 방법으로서, 일정한 MASTER_TIMER라는 기간을 설정하는 제 1단계와, 투표 노드로부터 투 표 메세지를 수신하는 제 2단계와, MASTER_TIMER라는 기간 동안 상기 투표 노드로부터 수신된 투표 메세지 수가 복수 개 노드들의 일정 비율 이상이 되는지 카운팅하는 제 3단계 및 제 3단계에서 일정 비율을 넘을 경우 상기 MASTER_TIMER를 삭제하고 해당 후보 노드를 마스터 노드로 설정하는 제 4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 서브넷에서 마스터 노드를 선정하는 방법에 의해서도 달성 가능하다.
본 발명에서 제시하는 방식은 관리자에 의해 인위적으로 마스터 노드가 지정되는 종래 방식에 비해 네트워크 노드 사이에서 단위 시간 내에 자율적으로 투표에 의해 신속히 마스터 노드를 선출할 수 있으므로 마스터 노드에 고장이 발생하는 경우에도 즉시 새로운 마스터 노드를 선출하여 임무를 수행할 수 있는 이점이 있다.
특히 본 발명에 따른 마스터 노드를 선출하는 방법은 고장 발생이 치명적인 네트워크 시스템에 가장 유익하게 적용할 수 있으며 특히 제 1차 마스터 노드가 제 2차 마스터 노드 또는 제 3차 마스터 노드를 미리 지정함으로써 제 1차 마스터 노드가 고장날 경우에도 신속히 대응할 수 있도록 하였다.
이하에서, 본 발명의 장점, 특징 및 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명에 적용되는 시스템 구성도이다. 본 발명이 적용되는 시스템은 복수 개 서브넷으로 구성된다. 네트워크 확장을 원할 경우 서브넷을 추가함으로써 용이하게 달성할 수 있도록 하였다. 하나의 서브넷은 적정한 수의 노드와 랜 스위치로 구성하며, 노드들은 랜 스위치로 연결되어 서로 통신한다. 하나의 서브넷에 포함되는 적정한 노드 수는 마스터 노드를 설정하는데 소요되는 시간 및 네트워크 복잡도에 의해 정해지는데 이는 본 발명의 대상이 아니므로 상세한 설명은 생략하기로 한다. 각 서브넷은 자신이 속한 정상(normal) 노드 중에서 적어도 하나의 마스터 노드를 선정한다. 하나의 서브넷 내에 하나의 마스터 노드를 구비하여도 무방하나 바람직하게는 하나의 서브넷 내에 제 1마스터 노드, 제 2마스터 노드 및 제 3마스터 노드 등으로 복수 개 마스터 노드를 두는 것이 고장에 효율적으로 대처할 수 있다.
마스터 노드는 하나의 서브넷 노드들 사이에서 정보 경로를 유지하는 역할을 하며, 다른 서브넷의 마스터 노드와 정보를 교환하는 역할을 한다. 마스터 노드는 FTE(Fault Tolerant Ethernet) 기능을 가지므로, 서브넷 내의 다른 노드로부터 심장박동 프레임 기반의 이더넷을 전송받는다. 다른 노드로부터 전송받은 심장박동을 사용함으로써 노드 사이의 사용가능한 경로 정보를 알 수 있다.
시작 시 또는 모든 마스터 노드가 고장이 날 경우, 서브넷 내의 각 노드는 마스터 노드를 선정하기 위한 투표를 수행한다. 마스터 노드가 고장난 경우를 간단히 설명하기로 한다. 본 발명에 따른 마스터 노드는 WIN 메시지를 주기적으로 브로드캐스트 하도록 하였다. 마스터 노드를 제외한 다른 노드들은 이 메시지를 정해진 타임아웃 시간 내에 수신하지 못하면 마스터 노드의 고장으로 판단하게 되고, 마스터 노드 선정 절차를 수행하게 된다. 따라서, 각 노드들은 자체적으로 이러한 조건을 검사하며 조건이 성립하는 경우 마스터 노드 선정 절차를 수행하게 된다. 이때, 자신이 최소의 IP 어드레스를 갖는 노드가 아니라면 투표(VOTE) 노드가 되고, VOTE 메시지를 후보(candidate) 노드에게 송부한다. 자신이 최소 IP 주소를 갖는 노드라면 후보 노드가 되고 VOTE 메시지를 기다리게 된다.
도 2는 본 발명에 따른 하나의 서브넷 내의 노드들 사이에서 마스터 노드를 선정하기 위한 상태 천이도이다. 각 노드는 정상 노드 상태에서 시작한다. 먼저 마스터 노드로 선출할 후보 노드를 정한다. 후보 노드는 서브넷 내에서 제일 작은 인터넷 프로토콜(IP, Internet Protocol) 주소를 가진 노드로 정한다. 본 발명에서는 각 노드들은 부팅 후에 자기 IP 주소 등의 내용을 주기적으로 브로드캐스트하게 되어 있어 이를 통해서 다른 노드들의 IP 주소를 알고 있다는 가정하에 설명하기로 한다. 자신이 제일 작은 인터넷 프로토콜 주소를 가진 노드이면 후보 노드 상태로 전이하여 후보 노드가 된다. 다른 노드들은 투표 노드 상태로 전이하여 투표를 시작한다.
도 3은 후보 노드 상태의 상태 변이를 설명하는 C-언어이며, 도 4는 투표 노드 상태의 상태 변이를 설명하는 C-언어이다. 우선, 도 3을 이용하여 후보 노드 상태에서 정상 노드 상태 또는 마스터 노드 상태로의 상태 천이 과정에 대해 설명하기로 한다.
MASTER_TIMER라는 임의의 시간을 설정한다(STEP 1). MASTER_TIMER라는 기간 동안 수신된 메세지가 VOTE이면, 전체 정상 노드 중에서 50%로부터 VOTE 메세지를 받는 경우에는 해당 후보 노드가 마스터 노드가 되는 것이므로 타이머를 삭제하고 WIN 메세지를 브로드캐스트(broadcast)한다(STEP 2). MASTER_TIMER라는 기간 동안 수신된 메세지가 WIN이면, 다른 후보 노드가 이미 마스터 노드로 선정되었음을 알리는 것이므로 타이머를 삭제하고 메세지를 송부한 노드를 마스터 노드로 결정한다(STEP 3).
해당 후보 노드가 마스터 노드가 된 후, VOTE 메세지를 수신할 경우에는 이를 무시한다. 해당 후보 노드가 마스터 노드가 된 후, WIN 메세지를 수신하고 해당 후보 노드의 IP 주소가 송신자의 IP 주소보다 클 경우에는 해당 후보 노드는 마스터 노드로서의 지위를 포기하고, WIN 메세지를 수신하였으나 해당 후보 노드의 IP 주소가 송신자의 IP 주소보다 크지 않은 경우에는 해당 후보 노드가 마스터 노드이므로 해당 메세지를 무시한다(STEP 4).
만약 MASTER_TIMER가 종료되면, STEP 1 내지 STEP 4 단계를 2 ~ 3 번 반복하고, 반복 후에도 해당 후보 노드가 마스트 노드로 선정되지 않을 경우에는 다음 후보 노드에 대해서 STEP 1 내지 STEP 4 단계를 반복 수행한다(STEP 5).
다음으로, 도 4를 이용하여 투표 노드 상태에서 정상 노드 상태로의 상태 천 이 과정에 대해 설명하기로 한다.
가장 적은 IP 주소를 갖는 노드를 후보 노드로 결정하고, 해당 후보 노드에 VOTE 메세지를 전송하고, 임의의 VOTE_TIMER 기간을 설정한다(ST 1).
VOTE_TIMER 기간 동안, VOTE 메세지를 받을 경우 이를 무시한다(ST 2). VOTE_TIMER 기간 동안, WIN 메세지를 받을 경우 WIN 메세지를 전송한 노드를 마스터 노드로 결정한다(ST 3). 마스터 노드를 가지고 있을 때, VOTE 메세지를 수신할 경우 이를 무시하고, WIN 메세지를 수신하면 가장 적은 IP 주소를 갖는 노드를 마스터 노드로 결정한다(ST 4).
만약 VOTE_TIMER 기간이 종료되면 ST 1 내지 ST 4 단계를 2~3 번 더 수행한다. 현재 후보 노드를 마스터 노드로 선출하는 것이 실패하게 되면 다른 후보 노드를 지정하고 ST 1 내지 ST 4 단계를 반복 수행하게 된다(ST 5).
상기에서 본 발명의 특정한 실시예가 설명 및 도시되었지만, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당업자에 의하여 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다.
도 1은 본 발명에 적용되는 시스템 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 하나의 서브넷 내의 노드들 사이에서 마스터 노드를 선정하기 위한 상태 천이도.
도 3은 후보 노드 상태의 상태 변이를 설명하는 C-언어 코드의 일 실시예.
도 4는 투표 노드 상태의 상태 변이를 설명하는 C-언어 코드의 일 실시예.

Claims (12)

  1. 제한된 수의 노드를 갖는 복수 개 서브넷으로 구성되는 네트워크에서, 하나의 서브넷에 있는 복수 개 정상 노드들 중에서 마스터 노드를 선정하는 방법으로서,
    복수 개 정상 노드를 후보 노드와 투표 노드로 분류하는 제 1단계;
    상기 후보 노드는 일정한 단위 시간 내에 상기 투표 노드로부터 투표 메세지를 전송받는 제 2단계; 및
    상기 후보 노드가 상기 투표 노드로부터 받은 투표 메세지의 수가 정상 노드 수의 일정 비율 이상이 될 경우 상기 후보 노드를 제 1차 마스터 노드로 선정하는 제 3단계를 포함하며,
    상기 제 3단계 이후에 선정된 상기 제 1차 마스터 노드가 자신의 고장에 대비하여 마스터 노드로 순차적으로 운영될 제 2차 마스터 노드를 임의로 선정하는 제 4단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 서브넷에서 마스터 노드를 선정하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1단계에서 상기 후보 노드와 투표 노드의 분류는 인터넷 프로토콜 주소를 가지고 수행하는 것을 특징으로 하는 서브넷에서 마스터 노드를 선정하는 방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 후보 노드를 제일 작은 인터넷 프로토콜 주소를 갖는 노드로 선정하고, 상기 제 1단계 이전에 각 정상 노드는 부팅 후에 자신의 인터넷 프로토콜 주소를 포함한 정보를 주기적으로 브로드캐시팅하는 제 1-1단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 서브넷에서 마스터 노드를 선정하는 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 3 단계의 상기 일정 비율을 50%로 하는 것을 특징으로 하는 서브넷에서 마스터 노드를 선정하는 방법.
  5. 삭제
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 제 4단계에서 상기 제 1차 마스터 노드는 제 2차 마스터 노드가 고장 날 경우를 대비하여 제 3차 마스터 노드를 임의로 더 선정하는 것을 특징으로 하는 서브넷에서 마스터 노드를 선정하는 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    제 3단계 이후에 상기 제 1 마스터 노드는 주기적으로 WIN 메세지를 전송하는 제 5단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 서브넷에서 마스터 노드를 선정하는 방법.
  8. 복수 개의 노드를 갖는 복수 개 서브넷으로 구성되는 네트워크에서, 하나의 서브넷에 있는 복수 개 정상 노드들 중에서 인터넷 프로토콜 주소가 가장 작은 노드를 후보 노드로 선정하고, 나머지 노드들을 투표 노드로 선정한 후 해당 서브넷에서 상기 후보 노드를 마스터 노드로 선정하는 방법으로서,
    일정한 MASTER_TIMER라는 기간을 설정하는 제 1단계;
    상기 투표 노드로부터 투표 메세지를 수신하는 제 2단계;
    상기 MASTER_TIMER라는 기간 동안 상기 투표 노드로부터 수신된 투표 메세지 수가 복수 개 노드들의 일정 비율 이상이 되는지 카운팅하는 제 3단계; 및
    상기 제 3단계에서 일정 비율을 넘을 경우 상기 MASTER_TIMER를 삭제하고 해당 후보 노드를 마스터 노드로 설정하는 제 4단계를 포함하며,
    상기 제 4단계 이후에 선정된 상기 제 1차 마스터 노드가 자신의 고장에 대비하여 마스터 노드로 순차적으로 운영될 제 2차 마스터 노드를 임의로 선정하는 제 5단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 서브넷에서 마스터 노드를 선정하는 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제 3 단계의 상기 일정 비율을 50%로 하는 것을 특징으로 하는 서브넷에서 마스터 노드를 선정하는 방법.
  10. 삭제
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 제 5단계에서 상기 제 1차 마스터 노드는 제 2차 마스터 노드가 고장 날 경우를 대비하여 제 3차 마스터 노드를 임의로 더 선정하는 것을 특징으로 하는 서브넷에서 마스터 노드를 선정하는 방법.
  12. 제 8항에 있어서,
    제 4단계 이후에 상기 제 1 마스터 노드는 주기적으로 WIN 메세지를 전송하는 제 6단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 서브넷에서 마스터 노드를 선정하는 방법.
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