KR101098003B1 - Ｉｐ 헤더 압축 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 IP(Internet Protocol) 헤더 압축 방법에 관한 것이다.
본 발명은 협소한 대역폭을 가지는 데이터 링크 네트워크에서 IP(Internet Protocol) 통신을 적용하기 위하여 IP 헤더 정보를 압축하고, 데이터 링크 네트워크를 IP의 서브 네트워크로 구성하여 IP 네트워크를 데이터 링크 체계에 적용하는 방법을 제안한다.

Description

ＩＰ 헤더 압축 방법{IP Header Compression Method}
본 발명은 IP(Internet Protocol) 헤더 압축 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 IP 헤더 압축을 통한 무선 데이터 링크 네트워크에서 IP 통신 적용방법에 관한 것이다.
현재 거의 모든 통신 체계에서는 IP(Internet Protocol) 통신이 적용되면서, IP(Internet Protocol)의 활용을 통한 데이터 링크 네트워크에서의 IP(Internet Protocol)통신 적용 방안이 검토되고 있다.
협소한 대역폭을 가지는 무선 데이터 링크 네트워크에서는 IP(Internet Protocol)보다 단순화된 자체 통신 프로토콜을 이용하여 통신이 이루어진다.
데이터 링크 네트워크에 IP(Internet Protocol)통신을 적용하기 위해서는 협소한 대역폭 문제가 선행적으로 해결되어야 한다.
즉, IP(Internet Protocol) 헤더를 그대로 데이터 링크 네트워크에 적용할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 대역폭이 협소한 매체를 이용한 무선 데이터 링크 네트워크에서 IP(Internet Protocol)통신을 제공하기 위한 방법을 제공한다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 데이터 링크 네트워크에서의 IP 헤더 압축 방법의 일 실시예는, 인터넷 프로토콜 (IP : Internet Protocol)주소의 세번째 옥텟(Octet)을 단일 데이터 링크 네트워크의 넷넘버(Net Number)로 지정하는 넷넘버 지정단계; 상기 인터넷 프로토콜 (IP : Internet Protocol)주소의 네번째 옥텟(Octet)을 상기 단일 데이터 링크 네트워크의 유니트넘버(Unit Number)로 설정하는 유니트넘버 설정 단계; 상기 단일 데이터 링크 네트워크에서 운용되는 패킷 전체 길이를 바이트 단위로 표시하는 전체 길이 (Total Length) 표시 단계; 상기 패킷에 포함된 헤더의 길이를 바이트 단위로 표시하는 헤더 길이(Header Length) 표시 단계; 상기 단일 데이터 링크 네트워크에서 운용 가능한 프로토콜을 정의하는 프로토콜 정보 표시단계; 상기 패킷이 여러 조각으로 분할되었을 경우 각 조각을 구분하기 위한 정보를 부여하는 아이덴티피케이션(Identification) 정보 표시 단계; 상기 패킷의 단편화(Fragmentation) 정보를 부여하는 단편화(Fragmentation) 정보 표시 단계; 및 상기 패킷의 전송과정에서의 오류 정정을 위한 체크섬(Checksum)을 부여하는 체크섬(Checksum)부여단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 단일 데이터 링크 네트워크에서의 맥(MAC)주소는 상기 넷넘버(Net Number)인 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 패킷 전체 길이는 최대 255 바이트, 상기 헤더는 최대 60바이트까지 확장 가능하고, 상기 아이덴티피케이션(Identification) 정보 표시 단계에서 상기 각 조각을 구분하기 위한 정보는 1 바이트 크기로 부여되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 본 발명에 따른 데이터 링크 네트워크에서의 IP 헤더 압축 방법은 외부 인터넷 프로토콜 (IP : Internet Protocol) 네트워크에 상기 패킷을 송신 및 수신하기 위한 발신지 및 목적지 주소를 설정하는 발신지/목적지 주소 설정단계; 및 상기 발신지 포트 번호 및 상기 목적지 포트 번호를 부여하는 포트 번호 부여단계; 를 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 패킷의 단편화(Fragmentation)는 최대 15개까지 가능하며, 상기 패킷은 3,825바이트인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 IP 헤더 압축 방법에 의하면, 기존 데이터 링크 네트워크를 IP 네트워크에 적용시켜 사용하며, 원래 약 40여 바이트로 이루어지는 IP 헤더를 12 바이트로 압축하여 대역폭이 부족한 데이터 링크 네트워크에서 IP 헤더를 사용할 수 있는 효과가 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 데이터 링크 네트워크와 외부의 IP 네트워크간의 통신 개념도를 보여주는 도면이다.
도 2 는 UDP/IP를 적용하는 네트워크에서의 데이터 패킷의 구조를 보여주는 도면이다.
도 3 은 본 발명에 따른 데이터 링크 네트워크의 헤더 구조를 보여주는 도면이다.
도 4 는 본 발명에 따른 데이터 링크 네트워크의 IP 헤더 압축 방식의 흐름도를 보여주는 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 따른 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
데이터 링크 네트워크는 서로 다른 넷넘버(Net Number)를 가지는 127개의 단일 네트워크(single network)로 이루어지며 단일 네트워크(single network)들이 모여 스택 네트워크(stacked network)를 이루게 된다.
한 개의 단일 네트워크 (single network)는 각각 다수의 타임 슬롯 (timeslot)을 가지는 TDMA(time division multiple access) 방식으로 운용된다.
따라서 각 타임슬롯(timeslot)에 전송 가능한 데이터의 크기는 일정한 크기 이하로 제약을 받는다.
각각의 단일 네트워크 (single network)는 타임슬롯(timeslot)을 이용하여 서로 다른 여러 기능을 가지는 그룹(group)으로 나뉘어 사용될 수 있으며 이것이 Network Participation Group(NPG)가 된다.
데이터 링크 네트워크에 IP(Internet Protocol) 통신을 적용하기 위해서는 IP 주소 체계가 데이터 링크 네트워크에 적용 가능해야 하며, 해당 데이터가 각 타임슬롯(timeslot)에 전송이 가능하도록 데이터 크기가 결정되어야 한다.
데이터 링크 네트워크와 외부의 IP 네트워크간의 통신이 가능하도록 데이터 링크 네트워크의 IP 적용이 필요하며, 이는 데이터 링크 네트워크를 구성하는 데이터 링크 단말로 이루어진다.
제한된 상황하에서의 IP 통신을 적용하기 위해 IPv4(Internet Protocol ver. 4) 주소 체계가 적용된다고 가정하였고, 또 무선 통신상의 특성을 감안하여 IP의 상위 프로토콜은 UDP(User Datagram Protocol)/ARP(Address Resolution Protocol) 가 적용된다고 가정하였다.
도 1 은 본 발명에 따른 데이터 링크 네트워크와 외부의 IP 네트워크간의 통신 개념도를 보여주는 도면이다.
IP 네트워크(110)에서의 헤더(120)는 MAC 주소 , IP 헤더, UDP 헤더를 포함하며, 데이터 링크 네트워크(130)에서의 헤더(140)는 IP 네트워크(110)에서의 헤더(120)에서 일부를 생략하거나 정보 표시를 나타내는 크기를 줄임으로써 헤더압축이 가능하다.
- 네트워크 적용 방안
데이터 링크 네트워크의 단일 네트워크 (single network)를 한 개의 IPv4 Class C 네트워크에 mapping하여 사용하게 된다.
즉, IPv4 주소 체계에서 1, 2번째 Octet은 미리 정의(predefine)되며, 3번째 옥텟(Octet)을 각 단일 네트워크(single network)의 넷넘버(net number)로 지정하고, 4번째 옥텟(octet)을 해당 네트워크에 속하는 유니트넘버 (Unit Number)로 설정하여 이를 각 단말의 주소로 사용하게 된다.
- 헤더 적용 방안
도 2 는 UDP/IP를 적용하는 네트워크에서의 데이터 패킷의 구조를 보여주는 도면이다.
UDP/IP를 적용하는 네트워크에서의 데이터 패킷의 헤더 및 MAC 주소는 도2와 같다.
UDP/IP를 적용하는 네트워크에서의 각 헤더 길이는 MAC 주소 16byte, IP 헤더 20~60 byte, UDP 헤더 8 byte가 된다.
UDP/IP를 적용하는 네트워크에서의 각 헤더 중 데이터 링크 네트워크의 각 단일 네트워크(single network)에 이미 결정되어 있는 값을 제외하여 헤더를 구성하게 된다.
최종적으로 구성된 데이터 링크 네트워크의 헤더 길이는 12~16 byte를 이루게 되어 UDP/IP를 적용하는 네트워크에서의 헤더 길이의 약 1/3 길이로 IP 주소 mapping을 가능하게 해준다.
도 2 의 각 필드에 대한 설명은 해당 표준인 RFC 791(IP), RFC 768(UDP)를 따른다.
도 2의 각 필드에서 음영 처리된 부분이 생략된 부분이며, 그 내용은 다음과 같다.
- MAC 주소(210)
Ethernet Network에서 패킷은 각 6 byte의 Destination(211)/Source Mac주소 (212)와 IPv4임을 나타내는 2 byte의 Type 정보(0x0080)(213), 그리고 전체 패킷의 CRC 값(214)을 패킷의 trailer로 붙이게 된다.
본 발명에 따른 데이터 링크 네트워크의 헤더 압축 방식에서는 MAC 주소 체계를 모두 생략하며, 각 단말의 유니트 넘버(Unit Number)를 이용하여 식별하게 된다.
- IP 헤더(220)
도 2 의 각 필드에서 음영 처리된 부분을 생략이 가능하다. 자세한 내용은 다음과 같다.
① Version 필드 (221)
IP 프로토콜의 버전을 나타내는 필드로서 본 발명에 따른 데이터 링크 네트워크의 헤더 압축 방식에서는 생략이 가능하다.
② Internet Header Length(IHL)(222)
IP 헤더의 길이를 4 bit로 나타내며, 본 발명에 따른 데이터 링크 네트워크의 헤더 압축 방식에서도 이 필드는 유지한다.
③ Type of Service(TOS)(223)
IP 서비스 유형을 나타내며 현재 IP 통신 체계에서 많이 사용되지 않으므로 본 발명에 따른 데이터 링크 네트워크의 헤더 압축 방식에서는 생략이 가능하다.
④ Total Length(224)
전체 IP 패킷의 길이를 나타내는 필드로 2 byte를 사용하고 있으나, 본 발명에 따른 데이터 링크 네트워크의 헤더 압축 방식에서는 1 byte로 줄여서 사용한다.
⑤ Identification(225)
Identification 값은 IP 패킷에서 주로 Fragmentation/Reassemble에 사용되는 2 byte의 값을 사용하나, 본 발명에 따른 데이터 링크 네트워크의 헤더 압축 방식에서는 1 byte로 줄여서 적용한다.
⑥ Flags(226)
Flags 필드 역시 Fragmentation/Reassemble에 사용되는 필드로 본 발명에 따른 데이터 링크 네트워크의 헤더 압축 방식에서는 이를 삭제한다.
⑦ Fragmentation offset(227)
Fragmentation/Reassemble에 사용되는 필드로 12 bits를 사용하나, 본 발명에 따른 데이터 링크 네트워크의 헤더 압축 방식에서는 이를 줄여서 1 byte로 적용한다.
⑧ Time To Live(TTL)(228)
IP 패킷이 최대 전송될 수 있는 hop수를 의미하며, 최종적으로 무선상으로 전달되는 데이터 링크의 특성상 본 발명에 따른 데이터 링크 네트워크의 헤더 압축 방식에서는 삭제가 가능하다.
⑨ Protocol(229)
해당 IP 패킷이 전달하는 protocol의 종류를 나타내는 필드로, 원래 1 byte인 필드를 본 발명에 따른 데이터 링크 네트워크의 헤더 압축 방식에서는 4 bit로 줄여서 적용한다.
⑩ Header Checksum(230)
IP 헤더에 대한 checksum 값으로, 본 발명에 따른 데이터 링크 네트워크의 헤더 압축 방식에서는 1 byte checksum으로 줄여서 전체 패킷에 적용한다.
⑪ Source Address/Destination Address(231)
4 byte의 IP 주소를 Net Number/Unit Number로 나누어 본 발명에 따른 데이터 링크 네트워크의 헤더 압축 방식에서는 1 byte로 적용한다.
⑫ Option & Padding(231)
데이터 길이 압축을 위해 본 발명에 따른 데이터 링크 네트워크의 헤더 압축 방식에서는 Option과 Padding 부분은 생략한다.
- UDP 헤더(240)
① Source/Destination Port(241)
UDP 헤더에서 사용되는 4 byte의 port 번호는 본 발명에 따른 데이터 링크 네트워크의 헤더 압축 방식에서도 그대로 적용한다.
② Length(242)
UDP 헤더의 길이를 나타내는 필드이며, 본 발명에 따른 데이터 링크 네트워크의 헤더 압축 방식에서는 1 byte로 대체하여 적용한다.
③ Checksum(243)
UDP 헤더의 checksum값을 나타내며, 본 발명에 따른 데이터 링크 네트워크의 헤더 압축 방식에서는 1 byte checksum으로 줄여서 전체 패킷에 적용한다.
- ARP 적용 방안
IP 환경에서 상대방의 MAC 주소를 알아내기 위한 ARP 프로토콜은 데이터 링크 네트워크에서 그대로 적용하며, 각 단말의 MAC 주소는 그 단말의 Unit Number가 된다.
즉, 1 byte의 Unit Number를 LSB부터 채워서 사용하며, 상위 bit들은 모두 0으로 채워서 사용한다.
도 3 은 본 발명에 따른 데이터 링크 네트워크의 헤더 구조를 보여주는 도면이다.
- 데이터 링크 헤더
최종적으로 데이터 링크 네트워크에서 사용되는 데이터링크 헤더의 모습은 도 3 과 같다.
① Destination/Source Address (311)
각 단말의 IP 주소 체계에서 4번째 octet을 Unit Number로 설정하며, 이 Unit Number가 동시에 MAC 주소의 역할도 맡게 된다.
② Total Length(312)
전체 패킷의 길이를 byte 단위로 나타낸다. 최대 255 byte 까지 표현이 가능하다.
③ Header Length(313)
IP 패킷에서의 Header Length 필드의 형태와 동일하게 4 byte 단위로 표현한다. 최대 60 byte(15*4) 까지 표현이 가능하다.
④ Protocol(314)
패킷에 담기는 상위 계층의 프로토콜을 정의한다.
원래 IP네트워크 패킷에서는 1 byte의 필드를 사용하나, 데이터 링크 네트워크에서 운용이 가능한 프로토콜들로 한정하여 4 bit의 필드로 줄여서 사용한다. 최대 15 종류의 프로토콜을 표시할 수 있다.
⑤ Identification(315)
IP 패킷에서 주로 Fragmentation/Reassemble에 사용되는 2 byte의 값으로, 본 발명에 따른 데이터 링크 네트워크의 헤더 압축 방식에서는 이를 1 byte로 줄여서 적용한다.
즉, 2 byte의 Identification 값을 256으로 나누어서 1 byte가 초과하지 않도록 사용하며, 이를 통해 Fragmentation/Reassemble을 수행한다.
⑥ Fragmentation(316)
IP네트워크의 패킷에서 Fragmentation/Reassemble 과정은 Fragmentation Offset과 Flags 필드를 이용하여 이루어진다.
즉, Flags 필드의 'more fragment' 비트 값에 따라 fragmentation의 끝을 표시하고, Fragmentation Offset 필드로 각 fragmentation의 위치를 계산한다.
본 발명에 따른 데이터 링크 네트워크의 헤더 압축 방식에서는 Fragmentation Field는 1 byte의 필드를 4 bit씩 두개로 잘라서, MSB쪽의 4 bit를 전체 Fragmentation의 개수로 설정하고, LSB쪽의 4 bit를 각 fragmentation의 인덱스로 사용한다.
즉, 최대 15개의 Fragmentation이 가능하며, 이를 Total Length에 대입하면 전체 3,825 byte크기의 패킷 전송이 가능하다.
이때, 상위 IP 프로토콜의 MTU는 해당 데이터 링크의 timeslot당 최대 전송 가능한 Total Length로 설정하게 된다.
⑦ Net Number(317)
해당 데이터 링크의 Net number를 나타내며, 이 번호는 IP 주소 체계에서 3번째 octet을 의미하게 된다.
⑧ Source/Destination Address(318)
데이터 링크가 아닌, 외부 IP 망에 송/수신되는 패킷의 경우 명시되게 된다. 이를 통해 데이터 링크의 단말이 외부 IP 망의 플랫폼과 통신이 가능하다.
⑨ Source/Destination Port(319)
UDP 헤더에서 사용되는 4 byte의 port 번호를 그대로 적용한다.
⑩ Checksum (320)
패킷의 마지막 부분에 trailer로 붙으며, 전체 패킷에 대한 checksum 값을 제공하여 오류정정을 제공한다.
도 4 는 본 발명에 따른 데이터 링크 네트워크의 IP 헤더 압축 방식의 흐름도를 보여주는 도면이다.
인터넷 프로토콜 (IP : Internet Protocol)주소의 세번째 옥텟(Octet)을 단일 데이터 링크 네트워크의 넷넘버(Net Number)로 지정한다(S410).
상기 인터넷 프로토콜 (IP : Internet Protocol)주소의 네번째 옥텟(Octet)을 상기 단일 데이터 링크 네트워크의 유니트넘버(Unit Number)로 설정한다(S420).
상기 단일 데이터 링크 네트워크에서 운용되는 패킷 전체 길이를 바이트 단위로 표시한다(S430)
상기 패킷에 포함된 헤더의 길이를 바이트 단위로 표시한다(S440).
상기 단일 데이터 링크 네트워크에서 운용 가능한 프로토콜을 정의한다(S450).
상기 패킷이 여러 조각으로 분할되었을 경우 각 조각을 구분하기 위한 정보를 부여하여 아이덴티피케이션(Identification) 정보 표시한다(S460).
상기 패킷의 단편화(Fragmentation) 정보를 부여하여 단편화(Fragmentation) 정보 표시한다(S470).
상기 패킷의 전송과정에서의 오류 정정을 위한 체크섬(Checksum)을 부여한다(S480).
본 발명에 따른 데이터 링크 네트워크의 IP 헤더 압축 방식은 추가적으로 외부 IP 네트워크와의 통신을 위하여 발신지/목적지 주소 설정단계(S490) 및 포트 번호 부여단계(S495)를 더 포함할 수 있다.
외부 인터넷 프로토콜 (IP : Internet Protocol) 네트워크에 상기 패킷을 송신 및 수신하기 위한 발신지 및 목적지 주소를 설정한다(S490).
상기 발신지 포트 번호 및 상기 목적지 포트 번호를 부여한다(S495).
본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 본 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 상기의 설명에 포함된 예들은 본 발명에 대한 이해를 위해 도입된 것이며, 이 예들은 본 발명의 사상과 범위를 한정하지 않는다.

Claims (5)

  1. 인터넷 프로토콜 버전 4(IPv4 : Internet Protocol ver. 4)주소의 세번째 옥텟(Octet)을 단일 데이터 링크 네트워크의 넷넘버(Net Number)로 지정하는 넷넘버 지정단계;
    상기 인터넷 프로토콜 버전 4(IPv4 : Internet Protocol ver.4)주소의 네번째 옥텟(Octet)을 상기 단일 데이터 링크 네트워크의 유니트넘버(Unit Number)로 설정하는 유니트넘버 설정 단계;
    상기 단일 데이터 링크 네트워크에서 운용되는 패킷 전체 길이를 바이트 단위로 표시하는 전체 길이 (Total Length) 표시 단계;
    상기 패킷에 포함된 헤더의 길이를 바이트 단위로 표시하는 헤더 길이(Header Length) 표시 단계;
    상기 단일 데이터 링크 네트워크에서 운용 가능한 프로토콜을 정의하는 프로토콜 정보 표시단계;
    상기 패킷이 여러 조각으로 분할되었을 경우 각 조각을 구분하기 위한 정보를 부여하는 아이덴티피케이션(Identification) 정보 표시 단계;
    상기 패킷의 단편화(Fragmentation) 정보를 부여하는 단편화(Fragmentation) 정보 표시 단계; 및
    상기 패킷의 전송과정에서의 오류 정정을 위한 체크섬(Checksum)을 부여하는 체크섬(Checksum)부여단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 링크 네트워크에서의 IP 헤더 압축 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 단일 데이터 링크 네트워크에서의 맥(MAC)주소는 상기 넷넘버(Net Number)인 것을 특징으로 하는 데이터 링크 네트워크에서의 IP 헤더 압축 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 패킷 전체 길이는 최대 255 바이트, 상기 헤더는 최대 60바이트까지 확장 가능하고, 상기 아이덴티피케이션(Identification) 정보 표시 단계에서 상기 각 조각을 구분하기 위한 정보는 1 바이트 크기로 부여되는 것을 특징으로 하는 데이터 링크 네트워크에서의 IP 헤더 압축 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    외부 인터넷 프로토콜 (IP : Internet Protocol) 네트워크에 상기 패킷을 송신 및 수신하기 위한 발신지 및 목적지 주소를 설정하는 발신지/목적지 주소 설정단계; 및
    상기 발신지 포트 번호 및 상기 목적지 포트 번호를 부여하는 포트 번호 부여단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 링크 네트워크에서의 IP 헤더 압축 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 패킷의 단편화(Fragmentation)는 최대 15개까지 가능하며, 상기 패킷은 3,825바이트인 것을 특징으로 하는 데이터 링크 네트워크에서의 IP 헤더 압축 방법.
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