KR101507197B1 - Ｐ2ｐ 네트워크를 위한 최적화된 결함 내성 메커니즘 - Google Patents

Ｐ2ｐ 네트워크를 위한 최적화된 결함 내성 메커니즘 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 다른 통신 요소(E1)를 포함하는 통신 네트워크(NTEL)와의 적어도 하나의 인터페이스와, 다른 통신 요소로부터의 요청(Req)을 프로세싱하기 위한 P2P 네트워크(Np2p)를 포함하는 통신 요소(E2)에 관한 것이고, P2P 네트워크는 프로세싱 장치 세트 간에 분산되고, 원형으로 배열된 노드(N1, N2, N3, N4, N5)로 구성된다. 통신 요소는 새로운 노드를 P2P 네트워크 내에 삽입하는 가입 수단을 포함하는 관리 장치와 연관되어 있다. 또한, 통신 요소는, 상기 요청을 처리하는데 사용되는 콘텍스트 정보가 상기 노드에 저장되도록 되어 있으며, 가입 수단은 동일 프로세싱 장치 상에 전개된 한 쌍의 인접 노드를 결정하도록, 또한 상기 한 쌍의 2개의 노드 사이에 상기 새로운 노드를 삽입하도록 설계되어 있다.

Description

Ｐ2Ｐ 네트워크를 위한 최적화된 결함 내성 메커니즘{OPTIMIZED FAULT TOLERANCE MECHANISM FOR PEER-TO-PEER NETWORK}
본 발명은 프로세싱 장치 세트 상에서의 P2P 네트워크의 전개에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 통신 애플리케이션을 위한 이들 P2P 네트워크의 사용에 관한 것이다.
특정의 통신 애플리케이션을, 특히, 프로세싱 노드 세트 상에 분산하는 것이 알려져 있다. 이러한 방식으로, 각각의 노드는 그 애플리케이션에 보낼 요청의 일부를 단지 처리하고, 동적으로 필요한 경우에, 이들 요청을 처리하는데 필요한 리소스에 근거하여 노드의 개수를 필요한 크기로 할 수 있다. 또한, 이러한 구조는 애플리케이션이 노드 간의 고유 리던던시를 통해 결함에 내성이 있도록 용이하게 제조될 수 있음을 의미한다.
그러나, 특정 애플리케이션에 있어, 이러한 노드 세트 내에의 콘텍스트 정보의 위치선정에는 여전히 문제가 있다. 시그널링 요소 등의 특정 애플리케이션은 송신되는 2개의 메시지 간의 콘텍스트 저장을 필요로 할 수 있다. 이러한 콘텍스트는 후속하는 메시지를 적절히 처리하는데 사용될 수 있다. 이는 SIP 세션(SIP는 "세션 개시 프로토콜"을 나타냄)의 상태에 근거하여 요청을 처리해야 하는 SIP 또는 "프록시 SIP" 시그널링 요소에 대한 경우이다.
이러한 유형의 애플리케이션에 있어, 또한, 1차적으로 이러한 콘텍스트 정보를 저장하고, 2차적으로 상기 정보를 적절한 순간에 위치선정 할 수 있게 하는 것이 필요하다.
하나의 가능한 접근법은, 노드 각각이 액세스를 가지고 있어, 관리하는 세션에 대한 콘텍스트 정보를 저장하고 검색하는 집중식 데이터베이스를 구비하는 것과 관련되어 있다.
그러나, 이러한 집중식 데이터베이스가 하드디스크 또는 등가의 하드웨어 지원 상에서 구현될 때, 정보 액세스 시간은 제한적이 되고, 이러한 해결책은 통신 애플리케이션 등과 같이 매우 짧은 응답 시간을 필요로 하는 애플리케이션에 대해서는 부적합할 수 있다.
데이터베이스를 메모리에 구현하면 이러한 액세스 시간에 대한 문제점은 해결되지만, 액세스의 부하를 분산시키고 결함에 내성이 있는 조건을 충족시키기 위해 리던던시를 포함시킬 필요가 있어 시스템을 복잡하게 할 수 있다. 사실상, 프로세싱 노드 세트와는 독립된 베이스의 네트워크를 구성하는 것과 관련되어 있다. 이러한 접근법은 지적 수준에서 매우 만족스러운 것으로 보이지 않는다는 사실 외에도, 구성의 문제를 야기하며 관리에 있어서 유연성도 있지 않고 용이하지도 않다.
P2P 네트워크는, 분산된 해시표(hash table)의 사용을 통해, 애플리케이션의 개발자와, 애플리케이션의 외부에 있고 상기 애플리케이션과 통신해야 하는 장치가 이들 문제점을 자동 및 투명한 방식으로 해결하는데 사용된다.
도 1은 N개의 노드(X1, X2, X3, X4...XN)를 포함하는 P2P 네트워크를 다이어그램 형태로 도시한다.
저장될 콘텍스트 정보는 이러한 노드 세트에 걸쳐 분산되는 키와 연관되어 있다. 통상적으로, 이러한 분산은, 이들 노드 간의 양호한 부하 분산을 획득하면서, 키의 스페이스를 노드의 스페이스에 투영하는데 사용되는 해시 함수에 의해 실행된다.
그 키로부터 콘텍스트 정보를 찾을 수 있다. 동일한 해시 함수의 애플리케이션은 이러한 키와 연관된 노드를 결정하고, 이 노드 상에 저장되고 그 키와 연관된 정보를 검색하는 데 사용된다.
시스템이 결함에 내성이 있도록 하기 위해, 통상적으로, 키와 콘텍스트 정보 간의 각각의 연관성이 제 2 노드 상에 복제되도록 한다. 이러한 방식으로, 제 1 노드가 더 이상 동작하지 않으면, 콘텍스트 정보는 제 2 노드로부터 검색될 수 있다.
어느 노드가 콘텍스트 정보의 사본을 저장해야 하는지를 결정하는데 통상 사용되는 단순 알고리즘은 후행자(successor), 즉, P2P 네트워크의 순서를 따르는 노드를 선택하는 것과 연관되어 있다. 이러한 선택의 장점은, 노드의 고장시에, 콘텍스트 정보의 사본에 대한 위치가 즉시 파악된다는 것이다. 이로써, 실패에 따른 불확실성의 기간을 회피하고, 요청에 대한 부정확한 응답에 대한 위험성없이 이 기간을 정확히 관리하는 추가 과정을 필요로 한다.
그러므로, 필요한 키에 적용되는 해시 함수가 노드(X2)를 표시하고, 이 노드가 더 이상 액세스할 수 없거나 오작동에 후속하는 정보를 더 이상 포함하지 않으면, 시스템은 필요한 콘텍스트 정보의 사본이 노드(X3)에 위치하고 있음을 자동으로 결정한다.
P2P 네트워크의 이들 구현은, 2001년 8월, 샌디에고, ACM SIGCOMM 2001, lan Stoica, Robert Morris, David Karger, M. Frans Kaashoek 및 Hari Balakrishnan의 문헌 "Chord: A Scalable Peer-to-peer Lookup Service for Internet Application"의 pp. 149-160에 상세히 설명되어 있다.
그러나, 실질적으로, 결함 내성의 기술적인 문제는 계속된다. P2P 네트워크는 실질적으로 프로세싱 장치 네트워크 상에 전개된다. 이들 장치는 점점 더 강력해지기 때문에, 몇몇 노드를 동일 장치에 전개하는 것이 바람직하다. 도 1의 예에서, 노드(X2 및 X3)는 장치(M2) 상에 위치되고, 노드(X1 및 XN)는 장치(M1)에 위치되고, 노드(X4)는 장치(M3) 상에 위치된다.
결과적으로, 프로세싱 장치가 오작동되면, 제시된 노드는 영향을 받아 더 이상 동작하지 않을 것이다. 그러므로, 프로세싱 장치(M2)가 고장나면, 2개의 노드(X2 및 X3)는 더 이상 동작하지 않는다.
후임 노드 상에 정보의 사본을 위치시키는 것을 수반하는 종래의 알고리즘에 따르면, 노드(X2) 상에 저장된 정보는 노드(X3) 상에 복제된다. 결과적으로, 현 기술의 결함 내성의 메커니즘에도 불구하고, 노드와 연관된 콘텍스트 정보는 더 이상 이용가능하지 않다.
그러므로, 현 기술은 충분한 결함 내성을 제공하기에는 부적절하다. 본 발명의 목적은 P2P 네트워크의 관리를 개선함으로써, 이러한 부적절성을 극복하는 것이다.
이를 달성하기 위해, 본 발명의 제 1 목적은, 프로세싱 장치 간에 분산되고, 각 노드가 고유의 후행자 노드를 갖도록 원형으로 배열된 노드 세트를 포함하는 P2P 네트워크 관리 장치를 제공하는 것이다. 관리 장치는 새로운 노드를 P2P 네트워크 내에 삽입하는 가입 수단(admission means)(가입 요소)을 포함한다. 또한, 가입 수단은 동일 프로세싱 장치 상에 전개된 한 쌍의 인접 노드를 결정하도록, 또한 결정된 한 쌍의 2개의 노드 사이에 이러한 새로운 노드를 삽입하도록 되어 있는 것을 특징으로 한다.
가입 수단은, 예를 들어, 상기 노드와 상이한 장치에 의해 구현되는 가입 요소, 또는 P2P 네트워크의 모든 노드 또는 일부 노드에 의해 구현되는 가입 요소일 수 있다.
또한, 본 발명은, 다른 통신 요소를 포함하는 통신 네트워크와의 적어도 하나의 인터페이스와, 이들 다른 통신 요소로부터의 요청을 프로세싱하기 위한 P2P 네트워크를 포함하는 통신 요소를 제공하는 목적을 가진다. P2P 네트워크는, 프로세싱 장치 세트 간에 분산되고, 각 노드가 고유의 후행자 노드를 갖도록 원형으로 배열되는 노드로 구성되어 있다. 또한, 이러한 P2P 네트워크는 새로운 노드를 P2P 네트워크에 삽입하는 가입 수단을 포함하는 관리 장치와 연관되어 있다.
본 발명에 따른 통신 요소는, 요청을 프로세싱하는데 사용되는 콘텍스트 정보가 노드에 저장되도록 되어 있으며, 가입 수단은 동일 프로세싱 장치 상에 전개되는 한 쌍의 인접 노드를 결정하고, 관련 한 쌍의 2개의 노드 사이에 새로운 노드를 삽입하도록 되어 있는 것을 특징으로 한다.
콘텍스트 정보는 후행자 노드에서 복제될 수 있다.
가입 수단은, 예를 들어, 상기 노드와 상이한 장치에 의해 구현되는 가입 요소, 또는 네트워크의 모든 노드 또는 일부 노드에 의해 구현되는 가입 요소일 수 있다.
통신 네트워크와의 인터페이스는 SIP 프로토콜을 따르는 시그널링 메시지를 송신하기에 적합할 수 있다.
본 발명에 따르면, P2P 네트워크 관리의 기존의 메커니즘을 근본적으로 변경하지 않고 기술적인 문제점을 해결할 수 있다.
본 발명은 첨부 도면을 참조하여, 이하의 설명에서 보다 명확하게 나타날 것이다.
도 1은 앞서 충분히 설명된, 현 기술에 따른 P2P 네트워크를 다이어그램 형태로 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 프로세싱 장치 세트 상에 전개되는 P2P 네트워크를 다이어그램 형태로 도시한다.
도 3a 및 도 3b는 P2P 네트워크에 저장되는 정보의 분산을 예시한다.
도 4는 본 발명에 따른 통신 요소를 예시한다.
먼저, P2P 네트워크와 관리 장치가 개시되고, 이후에 통신 요소 내의 그들의 애플리케이션이 개시된다.
도 2는 3개의 프로세싱 장치(M1, M2, M3)로 구성되는 네트워크 상에 전개되는 P2P 네트워크를 도시한다. P2P 네트워크는, 각 노드가 고유의 후행자 노드(및 고유의 선행자(predecessor) 노드)를 갖도록, 원형으로 배열된 노드 세트(N1, N2, N3, N4)로 구성되어 있다.
이러한 P2P 네트워크에는, 특히 가입 수단을 포함하는 관리 장치가 부착된다. 이들 가입 수단은 P2P 네트워크 내에 새로운 노드를 삽입하는 것을 담당한다. 노드가 임의의 시점에 부가되거나 제거될 수 있고, 네트워크는 자체 조직화하도록 설계되어야 한다는 점에서, 업그레이드 가능성은 P2P 네트워크의 필수적인 특성이다.
임의의 시점에 네트워크는 노드(N1, N2, N3)로 구성된다고 가정하면, 새로운 노드(N4)의 가입은, 노드 세트 내의 키의 새로운 분산의 결정뿐만 아니라, 이미 구성된 네트워크 내에서의 인커밍(incoming) 노드의 위치의 결정과 관련되어 있다. 이러한 분산은 특히, 프로세싱과 저장 리소스에 대한 새로운 노드의 기여로부터 차감함으로써 부하를 분산하는 데 사용된다.
도 3a 및 도 3b는 키의 새로운 분산의 결정을 보다 명확하게 예시한다.
각 수평선은 키의 스페이스를 나타낸다. 새로운 네트워크에 존재하는 노드는 이들 수평선 위에 위치된다. 이들 노드 각각은, 저장하는 키에 대응하는 키의 서브세트와 연관되어 있다.
도 3a는 네트워크가 노드(N1, N2, N3)로 구성되는 제 1 환경에 대응한다. 노드 각각은 키의 전체 세트의 1/3에 대응하는 서브세트를 저장한다. 이 서브세트는, 도 3a 상에서, 이전 노드 또는 수평선의 시작점에까지, 자신의 좌측에 위치한 수평선의 일부에 대응한다.
노드(N4)가 P2P 네트워크에 부가될 때, 가입 수단은, 네트워크 내에서 해당 노드가 차지해야 하는 위치와 키의 분산을 결정한다.
프로세싱 장치(M1, M2, M3, M4) 상에서의 노드 전개의 위치는 가입 수단에 의해 트리거될 수 있지만, 통상적으로 이 위치의 결정은 관리 시스템의 다른 모듈의 담당이다. 예를 들어, 이러한 위치는, 이를 제어하는 수단을 갖는 가입 수단이 아닌, 운영 시스템에 의해 결정되도록 할 수 있다.
가입 수단은 피어 투 네트워크의 노드와 상이한 장치에 의해 구현될 수 있는 가입 요소이다. 가입 수단은 또한 이들 노드의 전부 또는 일부에 의해 구현될 수 있다. 그러므로, 새로운 인커밍 노드는 네트워크의 기존 멤버인 임의의 노드에, 또는 이들 노드 중 특별한 가입 롤을 가지는 일부 노드로 어드레싱될 수 있다.
본 발명에 따르면, 가입 요소는 동일 프로세싱 장치 상에 전개되는 한 쌍의 인접 노드를 결정하도록 되어 있다. P2P 네트워크 내에서 하나의 노드가 다른 노드의 후행자인 경우에, 2개의 노드가 인접한다. 예를 들어, 노드로 구성된 네트워크의 경우에, 네트워크는 임의의 주어진 시점에 노드(N1, N2, N3)로 구성된다고 가정하면, 노드(N1 및 N2)는 인접하고, 노드(N2 및 N3)는 인접하고, 노드(N1 및 N3)는 인접한다. 노드(N2 및 N3)는 동일 프로세싱 장치(M2) 상에 전개된 단 한 쌍의 인접 노드를 형성한다.
그 다음, 가입 요소는 이들 쌍의 2개의 노드(N2, N3) 사이에 새로운 노드(N4)를 삽입하도록 되어 있다.
새로운 P2P 네트워크는 N1, N2, N4, N3의 순서의 노드를 포함하는 원을 형성한다. 그러므로, 인접 노드 쌍(N2, N3)은 파괴되고, 동일 프로세싱 장치 상에 전개된 인접 노드 쌍은 더 이상 없다. 보다 일반적으로, 새로운 노드의 가입은 이들 쌍의 개수를 1 단위만큼 감소시키는 데 사용된다.
이러한 유형의 쌍이 없었다면, 가입 구성은 현 기술에 따라서 동작할 것이며, 예를 들어, 네트워크에 의해 형성된 원의 최종 노드와 제 1 노드 사이에 새로운 노드를 삽입할 수 있다.
도 3b는 노드(N2 및 N3) 사이에 부가되는 노드(N4)를 도시한다. P2P 네트워크는, 노드(N3)와 이전에 연관된 키의 서브세트가 2개의 부분으로 분할되도록 자신을 구성하며, 좌측에 가장 먼 부분은 새로운 노드(N4)와 연관되어 있으며, 우측에 가장 먼 부분은 노드(N3)와 연관되어 있다. 이들 2개의 부분은 대략 동일 크기이다.
노드(N4)와 새롭게 연관된 키의 부분은 노드(N3)로부터 이러한 새로운 노드로 전달된다. 이들 키와 함께, 이들과 연관된 정보가 또한 전달된다. 이 정보는 이하에 설명되는 통신 요소를 가진 애플리케이션의 경우에 콘텍스트 정보일 수 있다.
P2P 네트워크의 결함 내성을 확보하기 위해, (콘텍스트) 정보는 후행자 노드 상에 복제된다. 후행자 노드는 네트워크(N1, N2, N4, N3)의 원형 순서에서의 다음 노드이다.
새로운 노드가 P2P 네트워크에 삽입되는 방식으로 인해, 각 노드의 후행자는 이러한 노드와 동일한 프로세싱 노드 상에 위치하지 않는다.
그러므로, 현재, 노드(N2)의 후행자는 프로세싱 장치(M3) 상에 전개되는 노드(N4)이다.
프로세싱 장치(M2)가 오작동되면, 장치(M3) 상에 위치한 노드(N4)는 노드(N2)로부터의 정보의 사본을 제공할 수 있으며, 장치(M1) 상에 위치한 노드(N1)는 노드(N3)로부터의 정보의 사본을 제공할 수 있다.
따라서, 노드(N4)의 가입에 앞서 네트워크의 상태에서 노드(N2 및 N3)에 의해 제기되는 문제점이 해결된다.
도 4는 통신 요소를 구비한 본 발명에 따른 P2P 네트워크의 애플리케이션을 도시한다. 이는, IMS("IP Multimedia Subsystem") 구조 등의 통신 구조의 애플리케이션 서버일 수 있다. 또한, IETF의 RFC 3261에 의해 명시된 SIP 프로토콜, 도는 IMS 구조 내의 CSCF 함수("Call Session Control Function")를 따르는 프록시 등의 시그널링 요소일 수 있다.
이러한 통신 요소(E2)는 통신 네트워크(NTEL)를 통해 다른 요소(E1)로부터 들어오는 요청(Req)을 수신하는 수단을 갖는다. 요청(Req)은 부하 분산 모듈(LB)에 의해 처리되고, 통신 세션의 각각의 제 1 요청에 대해, 어느 노드(N1, N2, N3, N4, N5)가 그 요청을 처리해야 하는지를 결정하도록 되어 있다. 상술한 바와 같이, 이들 노드는 P2P 네트워크(Np2p)를 형성한다.
요청의 프로세싱은, 동일 세션에 속하는 다른 요청의 프로세싱에 유용하거나 필요할 수 있는 콘텍스트 정보의 생성을 유발할 수 있다. 그러므로, 키와 연관되어 있으며, 이 키에 대응하는 노드 상에 저장한다.
연관성은 세션 식별자(예를 들어, 이슈의 통신 요소(E1)의 IP 어드레스, SIP 요청의 "콜 ID" 헤더 등)에 적용되는 해시 함수에 의해 이루어진다. 이러한 해싱 함수의 결과는 노드 모듈의 개수를 네트워크의 개수로 직접 주어질 수 있다. 현 기술 상태에서 이들 상이한 메커니즘이 알려져 있어, 본 특허 명세서에 상세히 개시되어 있지 않다. 앞서 언급되고 "코드(Chord)" 메커니즘에 관한 목록은 이들 상세의 일부를 획득하기 위해 찾아 볼 수 있다.
도 4의 예에서, 콘텍스트 정보(C)는 노드(N2)에 저장되어 있다. 이 정보는 자신의 후행자, 즉 노드(N3)에서 복제된다. 앞서 살펴본 바와 같이, P2P 네트워크(Np2p)의 관리 장치의 가입 모듈은, 인접 노드(N2, N3)가 동일 프로세싱 장치 상에 전개되지 않도록 되어 있다.
이러한 방식으로, 동일 세션에 속하는 다음 요청은 노드(N2), 및 이 노드의 고장시에는, 후행자 노드(N3) 상에 존재하는 텍스트 정보를 복원함으로써 처리될 수 있다.
2개의 노드(N2, N3)는 동일 프로세싱 장치 상에 없기 때문에, 이들의 동시 고장의 가능성은 매우 낮다.
따라서, 본 발명은 P2P 네트워크 관리의 기존의 메커니즘을 근본적으로 변경하지 않고 기술적인 문제점을 해결한다.

Claims (8)

  1. 한 세트의 프로세싱 장치(M1, M2, M3) 간에 분산되고, 각 노드가 고유의 후행자(successor) 노드를 갖도록 원형으로 배열된 한 세트의 노드(N1, N2, N3, N4)를 포함하는 P2P(Peer-to-Peer) 네트워크의 관리 장치로서,
    상기 관리 장치는 새로운 노드를 상기 P2P 네트워크 내에 삽입하는 가입 수단(admission means)을 포함하며,
    상기 가입 수단은 또한, 동일 프로세싱 장치 상에 전개된 한 쌍의 인접 노드들을 결정하고, 상기 한 쌍의 2개의 노드 사이에 상기 새로운 노드를 삽입하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는
    P2P 네트워크의 관리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가입 수단은 상기 P2P 네트워크의 노드와는 상이한 장치에 의해 구현되는 가입 구성요소인
    P2P 네트워크의 관리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 가입 수단은 상기 P2P 네트워크의 노드의 전부 또는 일부에 의해 구현되는 가입 구성요소인
    P2P 네트워크의 관리 장치.
  4. 다른 통신 요소(E1)를 포함하는 통신 네트워크(NTEL)와의 적어도 하나의 인터페이스와, 상기 다른 통신 요소로부터의 요청(Req)을 프로세싱하기 위한 P2P 네트워크(Np2p)를 포함하는 통신 요소(E2)로서,
    상기 P2P 네트워크는, 한 세트의 프로세싱 장치 간에 분산되고 각 노드가 고유의 후행자(successor) 노드를 갖도록 원형으로 배열된 노드(N1, N2, N3, N4)를 포함하고, 새로운 노드를 상기 P2P 네트워크 내에 삽입하는 가입 수단을 포함하는 관리 장치와 연관되어 있으며,
    상기 통신 요소는 상기 요청을 프로세싱하는 데 사용되는 콘텍스트 정보가 상기 P2P 네트워크의 노드에 저장되도록 하고,
    상기 가입 수단은 또한, 동일 프로세싱 장치 상에 전개된 한 쌍의 인접 노드를 결정하고, 상기 한 쌍의 2개의 노드 사이에 상기 새로운 노드를 삽입하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는
    통신 요소.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 콘텍스트 정보는 후행자 노드에서 복제되는
    통신 요소.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 가입 수단은 상기 P2P 네트워크의 노드와는 상이한 장치에 의해 구현되는 가입 구성요소인
    통신 요소.
  7. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 가입 수단은 상기 P2P 네트워크의 노드의 전부 또는 일부에 의해 구현되는 가입 구성요소인
    통신 요소.
  8. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    통신 네트워크와의 상기 인터페이스는 SIP 프로토콜을 따르는 시그널링 메시지를 송신하기에 적합한
    통신 요소.
KR1020107027747A 2008-06-11 2009-05-11 Ｐ2ｐ 네트워크를 위한 최적화된 결함 내성 메커니즘 KR101507197B1 (ko)

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