KR101889574B1

KR101889574B1 - 최단 경로 브리징 네트워크 내의 부하 분산

Info

Publication number: KR101889574B1
Application number: KR1020137013714A
Authority: KR
Inventors: 데이비드 이안 알란; 스콧 앤드류 맨스필드; 에릭 그레이; 야노시 파르카스
Original assignee: 텔레호낙티에볼라게트 엘엠 에릭슨(피유비엘)
Priority date: 2010-10-29
Filing date: 2011-10-25
Publication date: 2018-09-20
Also published as: TWI596920B; EP2633654A1; US20140153403A1; JP5857058B2; JP2013546245A; TW201624967A; CN103181131B; WO2012056404A1; US8711703B2; BR112013009039A2; CN103181131A; EP2633654B1; US9197558B2; TWI595761B; TW201225579A; TWI554054B; KR20140059159A; TW201624966A; US20120106347A1

Abstract

플로우 분류(flow classification) 절차는 최단 경로 브리징 네트워크(shortest path bridging network)의 에지(edge)에서 사용되어 상기 네트워크에 들어오는 클라이언트 프레임(330)에 부착되기 위한 플로우 레이블(320)을 결정하게 하도록 한다. 임의의 몇몇 플로우 레이블(320)은 특정 출력 노드(egress node)까지 상기 네트워크를 횡단하는 클라이언트 프레임(330)에 할당될 수 있고, 상기 플로우 레이블들은 포워딩 노드들에 의해 복수의 등가 경로 중 하나를 선택하기 위해 사용된다. 몇몇 실시예에서, 상기 플로우 레이블은 클라이언트 프레임 콘텐츠의 함수로서 계산되는데, 이는 상기 플로우 레이블의 선택을 랜덤화하는 엔트로피(entropy source)를 제공한다. 이 엔트로피 소스는, 일부 실시예에서 클라이언트 프레임에서의 인터넷 프로토콜(Internet Protocol, IP) 헤더를 포함하지만, 다른 경우에 다른 클라이언트 프레임 콘텐츠를 포함할 수 있다.

Description

최단 경로 브리징 네트워크 내의 부하 분산{LOAD BALANCING IN SHORTEST-PATH-BRIDGING NETWORKS}

관련된 출원

본 출원은 35 U.S.C.§119(e) 하에서 2010년 10월 29일 출원된 가특허출원 일련번호 61/408,037에 대한 우선권을 주장하고, 또한 35 U.S.C.§119(e) 하에서 2011년 1월 6일 출원된 가특허출원 일련번호 61/430,281에 대한 우선권을 주장한다. 앞서 언급한 가출원들 각각의 전체 내용은 본 명세서에 참조로서 모두 포함된다.

배경기술

본 발명은 일반적으로 데이터 통신 네트워크에 관한 것으로서, 특히 최단 경로 브리징(bridging)을 활용하여 데이터 패킷 네트워크 백본(data packet network backbone) 내에서 부하 분산(load balancing)을 가능하게 하는 기술에 관한 것이다.

부하 분배(load distribution) 또는 부하 확산(load spreading)은 데이터 통신 대역이 더욱 효율적으로 활용되어 네트워크에서 전체 성능이 개선되도록 하는 방법이다. 더 구체적으로, 등가 다중경로(equal-cost multi-path, ECMP)는 라우팅된 네트워크들 내에서 유니캐스트 트래픽(unicast traffic)의 부하를 확산시키기 위한 하나의 일반적인 전략이다. ECMP는 패킷을 주어진 목적지까지 포워딩하는 방법에 대한 결정이 복수의 "등가" 경로들 중 임의의 경로를 정할 수 있도록 활용될 수 있는데, 복수의 등가 경로들 각각은 네트워크 통과 예상(network traversal calculations)을 해보았을 때 최단(또는 최저 비용) 경로가 된다. ECMP는 대부분의 유니캐스트 라우팅 프로토콜 및 요구되는 보조 데이터플레인(data plane) 하드웨어를 구비한 노드와 함께 사용될 수 있는데, 이는 ECMP가 단일 라우터에 한정되어 있으면서, 불규칙한 수신과 모든 중간 노드에서의 완전한 포워딩 테이블(forwarding table)을 가정하는 각 홉 별(per-hop) 결정에 의존하기 때문이다. ECMP가 네트워크 내의 주어진 노드에서 사용되는 경우, 그 노드로부터의 트래픽은 등가 넥스트홉 세트(set of equal-cost next hops)에 걸쳐 의사 균일하게(pseudo-evenly) 분할된다. 이 프로세스는 네트워크의 각각의 홉에서 독립적으로 구현되는데, 상기 네트워크에는 주어진 목적지까지 한 개보다 많은 경로가 존재한다.

많은 구현례에서, 복수의 등가 넥스트홉(next hops)이 존재하는 각각의 지점에서, 각각의 패킷은 인터넷 프로토콜(Internet Protocol, IP) 헤더와 같은 엔트로피의 소스(source of entropy)에 대하여 조사를 받게 되고, 헤더 정보의 해시(hash)는 특정 패킷을 위한 넥스트홉을 선택하기 위해 사용된다. 높게 집계된 트래픽에 대해서, 이 방법이 대체로 규칙적인 토폴로지(topologies)(예를 들어, 대칭되는 토폴로지)에서는 부하를 균일하게 분배할 것이고, 덜 규칙적인 토폴로지에서는 약간의 개선점을 제공한다.

최단 경로 브리징(shortest path bridging, SPB)에 관한 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.1aq 표준은 이더넷 네트워크 구조 내에서 풀메쉬(full-mesh) 최단 경로 접속의 구성이 가능하도록 하기 위하여 개발되어 왔다. SPB는 많은 제어 프로토콜들을 단일 링크 상태 라우팅 시스템(link state routing system)으로 통합하는데, 상기 시스템은 중간 시스템 간(intermediate system to intermediate system, IS-IS) 프로토콜에 의해 지원된다. 이 시스템은 통합된 그리고 일치하는 유니캐스트 및 멀티캐스트 포워딩의 계산을 위해 사용되어 기본 이더넷 LAN 접속을 구성하도록 한다.

이더넷 네트워크 구조는 802.1aq를 지원하는 것들을 포함하는데, 이는 상기 논의된 각 홉 별 다중경로 포워딩 접근법(per-hop multi-path forwarding approach)을 지원하지 않는다. 이러한 지원을 하지 않으므로 유니캐스트와 멀티캐스트 트래픽 간의 일치(congruence)를 필요로 하게 되는데, 그 원인은 멀티캐스트가 일반적으로 ECMP에 적합하지 않다는 데에 있다. 따라서, SPB를 지원하는 이더넷 네트워크 내의 부하 분산을 위하여 개선된 기술이 요구된다.

본 발명의 몇몇 실시예에서, 플로우 분류(flow classification) 프로세스는 최단 경로 브리징 네트워크의 에지(edge)에서 네트워크로 들어오는 클라이언트 프레임에 부착되기 위한 플로우 레이블(flow label)을 결정하기 위해 사용된다. 몇몇 플로우 레이블 중 임의의 것이 특정 출력 노드(egress node)까지 네트워크를 통과하는 클라이언트 프레임에 할당될 수 있기 때문에, 상기 플로우 레이블은 포워딩 노드들에 의해 복수의 등가 경로 중에서 선택하기 위하여 사용될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 플로우 레이블은 클라이언트 프레임 콘텐츠의 함수로서 계산되는데, 이는 상기 플로우 레이블의 선택을 랜덤화하는 엔트로피 소스를 제공한다. 일부 실시예에서, 이 엔트로피 소스는 클라이언트 프레임에서의 인터넷 프로토콜(IP) 헤더를 포함하지만, 다른 경우에는 프레임의 목적지-MAC 주소 및 출처-MAC 주소(frame's destination-MAC address and source-MAC address)와 같은 다른 클라이언트 프레임 콘텐츠를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, IP 헤더가 이용가능한 경우, 이는 엔트로피 소스로서 사용되고, 그렇지 않은 경우 목적지-MAC 주소/출처-MAC 주소 쌍(pair)이 사용된다.

본 명세서에 개시된 기술의 일부 실시예에서, 상기 포워딩 프로세스는 종래의 이더넷 라우팅과 유사하고, 이는 포워딩 데이터베이스(forwarding database)에서의 넥스트홉 인터페이스의 색인(lookup)을 포함하는데, 상기 포워딩 데이터베이스는 목적지 주소 및 플로우 레이블에 의해 인덱싱(indexed)된다. 이러한 접근법들의 변형에서, 상기 포워딩 데이터베이스는 대응하는 넥스트홉 인터페이스 세트와 짝을 이루는 목적지 주소를 포함하고, 상기 포워딩 프로세스는 플로우 레이블에 기초한 계산을 사용하여 넥스트홉 인터페이스 중 하나를 선택하는 것을 포함하고, 일부 실시예에서는 노드에 특정된 시드 값(node-specific seed value)에도 기초하여 계산한다.

최단 경로 브리징을 활용하여 데이터 패킷 네트워크 백본 내에서 부하 분산을 가능하게 하는 일 예시적인 방법은 하나 이상의 클라이언트 프레임을 상기 네트워크 백본의 입력 노드(ingress node)에서 수신하면서 시작된다. 플로우 오프셋 값(flow offset value)은 각각의 클라이언트 프레임에 대하여 상기 클라이언트 프레임의 콘텐츠의 함수로 계산되는데, 이 플로우 오프셋 값은 N 개의 미리 결정된 값들 중 하나이고, N은 클라이언트 프레임에 대하여 상기 입력 노드로부터 목적지-MAC 주소까지 가능한 경로들의 최대 개수로 규정된다. 상기 방법은 백본 가상 LAN 식별자(backbone virtual LAN identifier, B-VID)를 각각의 클라이언트 프레임에 계속하여 부착하는데, 상기 B-VID는 상기 클라이언트 프레임에 대하여 미리 결정된 B-VID 기준치 및 플로우 오프셋 값의 함수이다. 클라이언트 프레임은 그 다음 클라이언트 프레임에 대한 B-VID 및 백본 목적지-MAC 주소에 따라 포워딩된다.

일부 경우에, 플로우 오프셋 값은 클라이언트 프레임에서의 인터넷 프로토콜 헤더의 함수로서 생성된다. 예를 들어, 플로우 오프셋 값은 인터넷 프로토콜 헤더의 해시를 계산하여 그 계산된 해시를 N 개의 미리 결정된 값들 중 하나에 매핑(mapping)함으로써 생성될 수 있다. 일부 실시예에서, 이 매핑은 N으로 나누어진 해시의 모듈로 연산(modulo)의 나머지로서 상기 플로우 오프셋 값을 계산하는 것을 포함할 수 있고, 상기 B-VID는 미리 결정된 B-VID 기준치 및 플로우 오프셋 값의 합이다.

다른 경우에, 플로우 오프셋 값은 클라이언트 프레임에 대한 출처-MAC 주소와, 클라이언트 프레임에 대한 클라이언트 목적지-MAC 주소 또는 백본 목적지-MAC 주소의 함수로서 생성될 수 있다. 또 다른 경우에, 상기 방법은 가장 먼저 인터넷 프로토콜 헤더가 클라이언트 프레임에 존재하는지를 결정하고, 존재하는 경우 플로우 오프셋 값을 인터넷 프로토콜 헤더의 함수로 생성하고, IP 헤더가 존재하지 않는 경우 플로우 오프셋 값을 클라이언트 프레임에 대한 목적지-MAC 주소 및 출처 MAC-주소의 함수로 생성하는 것을 더 포함할 수 있다.

또 다른 예시적인 방법은 포워딩 데이터베이스를 네트워크 노드에 구축(populating)하는 기술과 관련된다. 이 방법에 따라서, 백본 목적지-MAC 주소에 대응하는 등가 넥스트홉의 개수가 결정된다. 미리 결정된 B-VID 세트에서의 각각의 백본 가상 LAN 식별자(B-VID)는 넥스트홉 인터페이스에 B-VID 및 등가 넥스트홉의 개수의 함수로 매핑된다. 마지막으로, 포워딩 데이터베이스는 백본 목적지-MAC 주소 및 B-VID의 각각의 조합에 대응하는 엔트리(entries)를 이용하여 구축되는데, 상기 엔트리는 B-VID에 매핑되는 넥스트홉 인터페이에 대한 식별자를 포함한다. 이 프로세스는 상기 네트워크 노드에 알려진 백본 목적지 주소들 각각에 대하여 반복될 수 있다.

일부 실시예에서, 미리 결정된 B-VID 세트는 미리 결정된 B-VID 범위가 된다. 이러한 실시예에서, 각각의 B-VID는 넥스트홉 인터페이스에 매핑될 수 있는데, 이는 상기 B-VID로부터 미리 결정된 B-VID 기준치를 뺄셈하여 플로우 오프셋 값을 얻도록 하고, 등가 넥스트홉의 개수를 모듈로 연산한 플로우 오프셋 값으로서 인터페이스 오프셋 값을 계산하며, 상기 B-VID를 상기 인터페이스 오프셋 값에 대응하는 넥스트홉 인터페이스에 매핑함으로써 이루어진다. 다른 실시예에서, 미리 결정된 B-VID 세트는 복수의 B-VID 범위를 포함하고, 각각의 B-VID 범위는 넥스트홉 인터페이스들 중 하나에 매핑된다.

앞에서 요약된 포워딩 데이터베이스를 네트워크 노드에 구축하는 방법의 또 다른 변형에서, 등가 넥스트홉 세트는 각각의 목적지-MAC 주소에 대하여 결정되고, 포워딩 데이터베이스가 엔트리를 이용하여 구축되는데, 상기 엔트리는 백본 목적지-MAC 주소를 대응 세트에서의 등가 넥스트홉들 각각에 대한 식별자에 매핑한다. 포워딩 데이터베이스를 구축하는 이 기술이 사용되는 경우, 포워딩 노드는 포워딩 프레임에 대한 수정된 기술을 사용한다. 더 구체적으로, 상기 포워딩 노드는 백본 가상 LAN 식별자(B-VID) 및 목적지-MAC 주소로 레이블된 데이터 프레임을 수신하고, 상기 목적지-MAC 주소와 연관하여 포워딩 데이터 베이스에 저장된 등가 넥스트홉 식별자 세트로부터 넥스트홉 식별자를 B-VID의 함수로서 선택한다. 상기 노드는 데이터 프레임을 선택된 넥스트홉 식별자에 대응하는 넥스트홉 인터페이스를 통해 포워딩한다. 이러한 실시예 중 일부에서, 상기 노드는 의사난수(pseudorandom number)를 상기 B-VID 및 노드에 특정된 시드 값의 함수로 계산함으로써 넥스트홉 식별자를 선택하고, 등가 넥스트홉 식별자 세트로부터의 상기 넥스트홉 식별자를 상기 의사난수의 함수로 선택한다.

이하에 요약된 발명 외에, 몇몇 변형이 더 구체적으로 이하의 상세한 설명에서 개시되고 설명된다. 이러한 방법의 하나 이상을 수행하도록 구성된 네트워크 노드가 또한 설명되어 있다. 그러므로, 본 발명은 상기 특징 및 이점들로 한정되지 않는다. 실제로, 당해 기술 분야의 통상의 기술자는 이하의 상세한 설명을 읽는다면, 그리고 첨부된 도면을 본다면 추가적인 특징 및 이점을 인식하게 될 것이다.

도 1은 루프를 방지하도록 스패닝트리(spanning tree)를 사용하는 네트워크를 도시한다.
도 2는 최단 경로 브리징을 사용하는 네트워크를 도시한다.
도 3은 플로우 식별자를 클라이언트 프레임에 부착하고 그것들을 최단 경로 브리징 네트워크 내에서 포워딩하는 예시적인 방법을 도시한 절차 흐름도이다.
도 4는 플로우 레이블의 예시적인 계산을 구체적으로 도시한 절차 흐름도이다.
도 5는 플로우 식별자를 클라이언트 프레임에 부착하고 그것들을 최단 경로 브리징 네트워크 내에서 포워딩하는 다른 예시적인 방법을 도시한 절차 흐름도이다.
도 6은 네트워크 노드에 포워딩 데이터베이스를 구축하는 방법을 도시한 절차 흐름도이다.
도 7은 네트워크 노드에 포워딩 데이터베이스를 구축하는 다른 방법을 도시한 절차 흐름도이다.
도 8은 데이터 패킷을 최단 경로 브리징 네트워크 내에서 포워딩하는 방법을 도시한 절차 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 일부 실시예에 따라 구성된 예시적인 네트워크 노드의 구성요소들을 도시한다.

이하의 설명은 본 발명의 몇몇 실시예를 나타내고 있지만 단지 예시적인 것임을 이해하여야 한다. 청구된 바와 같은 본 발명의 범위 내에서의 다양한 변경 및 변형은 당해 기술 분야의 통상의 기술자가 이하의 설명을 읽고 첨부된 도면을 본다면 명백하게 될 것이다.

IEEE는 최단 경로 브리징에 대한 802.1aq 표준을 개발하여 기본 지원되는 이더넷 기반시설 상에 논리 이더넷 네트워크를 제공하도록 해왔다. 802.1aq를 가능하게 하는 노드(SPB 가능한 브리지)는 중간 시스템 간(IS-IS) 링크 상태 프로토콜을 사용하여 논리 네트워크에서의 네트워크 토폴로지 및 멤버쉽(membership)을 공시하도록 한다. 이러한 주지의 라우팅 프로토콜은 네트워크에서의 노드가 노드들 간 최단 경로를 자동으로 결정할 수 있도록 한다. 효과적으로, 각각의 브리지는 알고 있는 노드들을 나머지 노드들 전부에 공시하고, 그럼으로써 상기 네트워크에서의 모든 브리지는 결국 유사한 네트워크의 뷰(view)를 갖게 된다. 각각의 노드는 타깃 노드(target node)까지의 최단(최저 비용) 경로를 계산할 수 있고, 프레임을 상기 최단 경로 내의 상기 넥스트홉으로 포워딩할 수 있다.

802.1aq 표준은 두 개의 SPB의 변형을 설명한다. SPBV(Shortest Path Bridging - VID)는 스패닝트리 프로토콜(Spanning Tree Protocol, STP)과 백워드 호환성(backwards compatible)을 갖는데, 이는 복수 스패닝트리 프로토콜(Multiple Spanning Tree Protocol, MSTP)의 "영역" 개념을 사용하며, 일반적으로 백 개 보다 적은 브리지를 갖는 소규모의 가상 근거리 통신망(Virtual Local-Area Networks, VLANs)에 적합하다. SPBM(Shortest Path Bridging - MAC)으로 알려진 다른 변형은 캐리어급(carrier-grade) 어플리케이션을 위해 설계되었는데, 이는 천 개 정도의 브리지를 갖는 대규모의 공급자 백본 브리지(Provider Backbone Bridge, PBB) 네트워크를 포함한다.

SPBM 네트워크에서, 부착된 이더넷 장치로부터 네트워크의 에지에서 수신되는 유니캐스트 프레임은 맥인맥(mac-in-mac) IEEE 802.1ah 헤더로 인캡슐레이팅(encapsulated)되는데, 이는 네트워크를 거쳐 프레임을 포워딩하기 위한 코어 브리지에 의해 사용된다. 프레임이 먼 쪽에서 SPBM 네트워크를 빠져나갈 때, 상기 IEEE 802.1ah 헤더가 제거된다. 논리 네트워크에서의 클라이언트 MAC(Client MAC, C-MAC) 주소의 출처 습득(learning)은 네트워크의 에지에서 수행되고, 따라서 프레임은 목적지 클라이언트에 가장 가까운 출력 노드에 대한 백본 MAC(backbone MAC, B-MAC) 주소로 포워딩된다. SPB 브리지를 찾기 위한 상기 B-MAC 주소는 제어 평면(control plane)에 의해 분배되고 그리고/또는 알고리즘적으로 구성되는데, 이는 B-MAC 습득에 대한 필요성을 없애준다. SPBM은 대칭적인 최단 경로 상에 있는 모든 라우팅에 대해 유니캐스트 및 멀티캐스트를 지원하고, 이 지원은 많은 등가 최단 경로를 위해 제공된다.

도 1 및 2는 SPB의 주요 이점들 중 하나를 도시한다. 도 1은 SPT에 의존하여 네트워크에서의 루프를 방지하도록 하는 간단한 세 계층(three-tier) 네트워크(100)를 도시한다. 클라이언트(110)에 의해 서버(120)로 전송된 프레임은 입력 노드(130)에서 네트워크로 들어오고 코어 네트워크 노드들(150)을 거쳐 출력 노드(140)까지 상기 네트워크를 통과하는데, 이는 모든 네트워크 노드들을 통과하는 단일 경로를 규정하는 연속된 링크들을 통과하고, 따라서 클라이언트(110)로부터 서버(120)까지 그리고 코어 네트워크 노드(150)를 통해 접근가능한 임의의 다른 클라이언트 노드들까지 단 한 개의 경로만이 존재하게 된다. 네트워크 노드들 간 대안적인 링크들(도 1에 점선으로 도시됨)은 망가진 링크를 대체할 필요가 없는 한 사용 불가능하다.

그와 달리, 도 2는 최단 경로 브리징을 활용한 네트워크(200)를 도시한다. 여기에서, 클라이언트(110)에 의해 서버(120)로 전송된 프레임은 입력(에지) 노드(230)에서 네트워크로 들어오지만 출력(에지) 노드(240)까지, 네트워크(100)에서 요구되었던 다섯 개의 홉 대신에 단 두 개의 홉으로 네트워크를 통과할 수 있다. 이 네트워크는 코어 네트워크 노드들(250) 간 링크들 모두를 활용할 수 있고, 따라서 프레임 최단 경로(최저 비용) 루트를 통과한다. 이는 네트워크에서의 혼잡을 완화하고 네트워크 성능 및 용량을 개선한다.

최단 경로 브리징의 한 이점은 메시 네트워크(mesh network)가 부하를 더욱 균등하게 네트워크 토폴로지에 걸쳐 분배하도록 형성될 수 있다는 것인데, 이는 병목지점들이 제거될 수 있기 때문이다. 불필요한 링크들이 실패시까지 유휴 상태로 있기보다는 실제로 사용된다. 개선된 효율은 현재 사용되는 네트워크를 평탄화(flatten)하기 위한 가능성을 제공하는데, 이는 하나 이상의 계층을 제거함으로써 이루어지고, 네트워크의 성능을 유지하거나 심지어 개선한다.

한편, SPB 네트워크는 종래의 이더넷 네트워크에 비하여 더욱 동적인데, 이는 트래픽 관리 및 네트워크 문제해결을 복잡하게 한다. 또한, 실제 네트워크에서의 부하 분산은 상당히 복잡할 수 있다. 도 2에 도시된 네트워크(200)는 상당히 단순하다. 더 많은 브리지를 포함하는 더 복잡한 네트워크에서는 입력 노드(230)와 출력 노드(240) 간 몇몇(또는 다수의) 등가 경로가 있을 수 있는데, 이는 이용가능한 링크들을 모두 사용할 수 있기 때문이다. 따라서, 네트워크 트래픽을 이러한 다수의 경로에 걸쳐 분산하기 위한 효율적이고 유연한 기술들이 요구된다.

한 가지 가능한 접근법은 ECMP 기술을 SPBM에 적용하는 것이다. 이는 많은 다양한 방법으로 이루어질 수 있고, 이용가능한 등가 경로들 간 선택을 위한 임의의 몇몇 엔트로피의 소스를 사용한다. 한 가지 가능성은 802.11ah 헤더에 포함된 B-MAC 주소들(출처-주소(source-address, B-SA) 및 목적지-주소(destination-address, B-DA))의 조합을 해싱(hash)하여 등가 경로들 중 하나를 선택하기 위한 엔트로피의 소스를 제공하도록 하는 것이다. 하지만, 이는 상대적으로 엔트로피의 저품질 소스이다. 엔트로피의 약간 더 나은 소스는 I-SID이고, 더 나은 선택은 C-MAC SA/DA 정보를 해싱하는 것이긴 하지만, 존재한다면 인터넷 프로토콜(IP) 5-튜플(5-tuple)을 해싱하는 것이 가장 좋은 선택이다. 엔트로피 소스의 해싱에 기초한 홉 선택은 각 홉 별 기준에 따라 수행될 수 있고(예를 들어, 각각의 포워딩 노드에서), 또는 브리징 네트워크의 에지에서 수행될 수 있는데, 이 경우 일부의 결과적인 정보의 토큰(token)은 해시를 개괄(summarize)하도록 데이터 패킷으로 운반된다.

복수의 등가 포워딩 인터페이스를 가로지르는 데이터 플로우를 랜덤화하는 고등의 엔트로피 소스는 더 나은 성능을 제공하고, 따라서 IP 페이로드(payload)의 해싱은 특히 라우터들이 이더넷 접속된 경우에 최적의 엔트로피를 제공하는데, 이는 단일 출처/목적지 라우터 MAC 주소 쌍이 다양한 IP 5-튜플을 갖는 패킷들을 만들어낼 것이기 때문이다. 하지만, IP 페이로드의 각 홉 별 해싱은 몇몇 이유로 인하여 문제가 많다. 먼저, 이 접근법은 계층 위반(layer violation)이다. 둘째로, 이 접근법은 현재 사용되는 이더넷 기술 기반에 적합하지 않다. 마지막으로, 이는 이더넷 동작, 운영 및 관리(Operations, Administration, and Management, OAM)를 매우 어렵게 만들고, 따라서 만약 불가능하지 않다면, OAM 프로토콜이 IP 패킷을 가장하여 네트워크 성능 데이터를 수집하도록 할 필요가 있다.

각 홉 별 해싱이 갖는 이러한 문제들로 인하여, 플로우를 이더넷 계층의 특정 플로우 레이블에 에지 기반(edge-based)으로 할당하는 것이 더 나은 접근법이 된다. 이러한 접근법에 따르면, 현재 사용되는 OAM 프로토콜이 동작하게 될 수 있고, 계층 위반은 에지 적응 함수(edge-adaptation function)로 제한되며, 전체적인 기술 기반에 대해 요구되는 변경을 최소화한다.

802.1aq 표준에 현재 문서화된 바와 같이 다수의 B-VID 식별된 ECT 세트를 사용하는 것이 플로우 레이블의 한 가지 변형으로 고려될 수 있다. 하지만, 이 기술은 링크 활용의 효율성에 대한 제약을 갖는다. ECT 세트 생성에 대하여 제안된 개선점들은 계산적인 기술을 적용하여 경로 선택의 효율을 개선하도록 하지만, 유니캐스트 및 멀티캐스트의 대칭적인 일치에 대한 요구는 경로 선택의 계산 복잡도를 높게 한다. IETF의(Internet Engineering Task Force's) TRILL 사양서는 유니캐스트 및 멀티캐스트 기술의 분리를 포함하여 유니캐스트 ECMP가 그 설계의 일부로서 될 수 있도록 하는데, TRILL은 멀티캐스트용 스패닝트리를 사용하여 계산 복잡도를 감소시키도록 한다. IETF의 PWE 사양서는 엔트로피 레이블의 개념을 포함하는데, 이는 IPv6 표준처럼 플로우 레이블로 고려될 수 있다.

본 명세서에 개시된 신규 기술은 만약 대칭적인 일치가 완화되는 경우 이더넷 기술 기반을 이용하여 유니캐스트 부하 확산을 위해 이루어질 수 있는 것의 탐구에 기초한다. 종래의 일치 요구에 관한 이러한 완화 하에서는, "가고" "오는" 경로들이 동일할 필요가 없다. 또한, 유니캐스트 및 플러딩된(flooded) 프레임들이 동일 경로를 따를 필요가 없다. 이하에 보여지는 바와 같이, 이 접근법은 경로 계산을 위하여 단순화된 계산 및 단순화된 동점 처리 규칙(tie-breaking rules)의 가능성을 고려한다.

현재 사용되는 이더넷 장치들에 대한 전체적인 변경을 최소화하기 위해, 본 명세서에 설명된 상기 기술은 백본 가상 LAN 식별자(B-VID)를 유니캐스트 플로우 레이블로서 사용할 것인데, 이는 멀티캐스트를 위해 사용되는 VID를 기술하는 것과 마찬가지이다. 더 구체적으로, B-VID 플로우 레이블은 SPB 네트워크의 에지에서 패킷들에 적용되는데, 이는 엔트로피 레이블과 유사하지만 각 홉 별 해싱을 위해 사용되지는 않는다. 더 정확히 말하면, 에지 노드는 유니캐스트 패킷에 대한 B-VID 플로우 레이블을 생성하기 위해 적합한 엔트로피 소스를 해싱한다. SPB 네트워크의 코어 노드는 간단하게 패킷들을 포워딩할 수 있는데, 이는 B-VID 플로우 레이블 및 목적지 B-MAC에 기초한 종래의 포워딩 데이터 베이스(forwarding database, FDB) 기술을 사용한다.

이 접근법을 사용하여, 단일 논리 네트워크는 몇몇 B-VID 플로우 레이블 값을 사용할 것이다. 따라서, 이 접근법을 구현하기 위하여, 논리 네트워크에 대한 B-VID에 기초한 플로우 레이블의 개수 및 값의 범위를 일치시키는 수단이 요구된다. 유사하게, 어떤 B-VID가 멀티캐스트 동작에 할당되었는지를 결정하기 위한 메커니즘이 필요하다. IS 간 인사(hellos)를 위하여 현재 사용되는 알고리즘 절충 프레임워크(algorithm negotiation framework)가 802.1aq에 규정되어 있는데, 이는 상기 메커니즘을 위한 기준을 제공할 수 있다. 이 메커니즘은 또한 B-VID들의 범위를 사용할 수도 있음에 유의하여야 하고, 이는 MSTP/SVL(Multiple Spanning Tree Protocol/Shared VLAN Learning) 동작에서 이루어지는 것과 같다.

상기 기술을 사용하는 네트워크에서 명목상의 데이터플레인 구성은 802.1aq 또는 802.1Qay에 명시된 바와 같고, 플로우 레이블로서 사용되는 모든 B-VID는 모든 인터페이스 상에서 차단해제(unblocked)되어 있다. 노드들은 알고리즘 및 토폴로지 정보를 현재 사용되는 802.1aq 및 IS 간 절차에 따라서 교환한다.

노드가 최단 경로를 계산할 때, 상기 노드는 포워딩 데이터베이스(FDB)를 구축하여 고유 엔트리가 각각의 DA-MAC/B-VID 튜플에 대하여 존재하도록 한다. 예시적인 알고리즘은 미리 결정된 기준치로부터 시작하는 B-VID 값 범위가 일치한다고 가정하여 시작한다. 랜덤한 프로세스가 되도록 되어 있는 것을 불필요하게 상호관련시키는 것을 방지하기 위해, 노드는 인터페이스 선택에 앞서 각 노드 별 랜덤 값을 플로우 레이블과 조합하도록 선택할 수 있다. 각각의 유니캐스트 플로우 레이블 B-VID에 대하여, 상기 노드는 등가 넥스트홉의 개수에 의한 B-VID 값(그리고 가능하다면 각 노드 별 랜덤 값)의 모듈로 연산을 수행한다. 그 결과는 목적지 MAC/B-VID 튜플이 FDB에서 가리킬 인터페이스(등가 인터페이스들 중 하나임)를 식별한다. FDB가 그에 따라 구축된다. 멀티캐스트 패킷들은 이 접근법 하에서 분리되어 처리된다. 그러므로, 네트워크는 또한 하나 이상의 멀티캐스트 분배트리(distribution trees)를 계산할 수 있고 이것들의 각각을 멀티캐스트 B-VID로 할당할 수 있는데, 이는 유니캐스트에 사용된 B-VID와 구별된다.

에지 노드들에서의 동작은 약간 더 복잡하다. 클라이언트 프레임을 수신하면, 에지 노드는 프레임 콘텐츠를 조사하여 "플로우 분류"의 방식을 수행하도록 하는데, 이는 플로우 레이블의 개수를 모듈로 연산하고 상기 기준치를 더한 값이 플로우 레이블을 선택하여 SPBM 적응의 일부로서 패킷에 적용되도록 하는 결과가 된다. 레이블된 프레임을 수신하는 코어 노드는 간단하게 FDB에서 B-DA를 찾아 넥스트홉 인터페이스를 B-VID 플로우 레이블 및 B-DA 포워딩 엔트리와 연관된 넥스트홉의 개수의 함수로서 선택한다.

당해 기술 분야의 통상의 기술자는 브로드캐스트 세그먼트(broadcast segments)가 유니캐스트 패킷을 중복시키지 않도록 보장하기 위한 기술을 필요로 함을 인지할 것이다. 포워딩 노드의 동작을 수정하지 않는 한, 브로드캐스트 세그먼트에 부착된 발신인(sender)을 제외한 모든 노드는 세그먼트 상에서 브로드캐스팅하는 프레임들을 수용할 것이다. 이것을 처리할 수 있는 몇 가지 방법이 있다. 가장 먼저, 주요 요구사항은 B-VID/DA 튜플에 대하여 브로드캐스트 세그먼트로부터 단 하나의 출력만이 존재하는 것이다. 하나의 해결책은 브로드캐스트 세그먼트/의사노드(pseudo-node)에 인접한 임의의 노드가 의사노드에 대한 최단 경로 제1 트리(Shortest Path First tree, SPF tree)도 계산하도록 요구하는 것인데, 상기 의사노드는 라우팅 시스템에서의 브로드캐스트 세그먼트를 나타낸다. 이 접근법에 따르면, 이 노드는 그것이 업스트림(upstream) 노드로부터의 DA/B-VID 튜플에 대한 최단 경로 상에 있는지를 결정하고, 그에 따라 입력 필터링을 설정할 수 있다. 만약 노드들이 로컬 랜덤 값을 플로우 선택과 조합하는 경우, 공유된 세그먼트에 부착된 모든 노드는 의사노드에 사용되는 랜덤 값의 일관된 뷰를 요구할 것이다. 본 발명의 핵심은 아니지만 이것이 달성될 수 있도록 할 수 있는 많은 잘 이해된 기술들이 존재한다.

도 3은 SPB 네트워크의 에지에서 수신된 클라이언트 프레임을 처리하는 절차 흐름을 도시하는데, 이는 본 발명의 일부 실시예에 따른 것이다. 절차 흐름(300)은 블럭(310)에 도시된 바와 같이 프레임을 클라이언트 네트워크 또는 에지에 부착된 노드로부터 수신하면서 시작한다. 블럭(320)에 도시된 바와 같이 에지 노드는 플로우 오프셋 값 및 플로우 식별자를 계산하고, 그 다음 블럭(330)에 도시된 바와 같이 플로우 식별자는 클라이언트 프레임에 부착되며, 블럭(340)에 도시된 바와 같이 포워딩된다.

상기 제안된 바와 같이, 플로우 식별자 계산은 바람직하게는 엔트로피의 좋은 소스에 기초하여 패킷들의 분배를 SPB 네트워크 내에서 다수의 등가 경로에 걸쳐 최적으로 랜덤화하도록 한다. 플로우 식별자는 효율적으로 이 엔트로피를 포착(captures)하고, 엔트로피 레이블의 한 유형이 된다. 하지만, 플로우 식별자가 이미 엔트로피 소스의 랜덤성을 반영하고 있기 때문에, 코어 노드는 패킷들을 포워딩하기 위한 복잡한 계산을 수행할 필요가 없고, 오히려 패킷들은 백본 목적지 주소 및 상기 플로우 식별자에 의해 구축된 FDB를 사용하여 포워딩될 수 있다.

도 4는 플로우 식별자를 계산하는 절차 흐름(400)을 도시하는데, 이는 상기 논의된 절차(300)의 일부 실시예에 사용하기 위한 것이다. 앞서 언급한 바와 같이, 클라이언트 프레임에서의 IP 헤더는 엔트로피의 좋은 소스이다. 따라서, 본 발명의 일부 실시예에서의 플로우 오프셋 값은 IP 헤더의 함수로서 생성된다. 블럭(410)에 도시된 바와 같이, 에지 노드는 상기 IP 헤더(예를 들어, IP 5-튜플)의 해시를 계산하고, 그 결과는 도 4에서 H로 표시된다. 해시 값 H는 그 다음 플로 식별자 값에 대한 N 개의 미리 결정된 값들 중 하나에 매핑되는데, 여기서 N은 상기 에지 노드(입력 노드)로부터 SPB 목적지 노드(출력 노드)까지의 가능한 경로들의 최대 개수로 규정된다. (N은 임의의 큰 값일 수 있다.) 이 매핑에 대한 하나의 접근법이 블럭(420)에 도시되어 있는데, 오프셋 값(OFFSET)은 네트워크를 통과하여 가능한 등가 경로의 개수(N)로 모듈로 연산한 해시 값으로서 계산된다. 따라서, 아래와 같다.

OFFSET=H mod N

이 접근법에 따라, 해시 값들은 OFFSET에 대하여 N 개의 가능한 값들(0에서 N-1까지)로 균등하게 나뉜다. 마지막으로, 블럭(430)에 도시된 바와 같이, 플로우 식별자(B- VID)는 오프셋 값을 미리 결정된 기준 플로우 식별자 값(BASE)에 더함으로써 계산된다.

B- VID=BASE+OFFSET

도 4에 도시된 접근법은 간단한 접근법으로, 일치하는 B-VID 세트가 주어진 논리 네트워크를 위해 마련될 수 있다는 가정에 기초한다. 이더넷 표준 내에서, B-VID 값의 범위를 능동 토폴로지에 할당하여 최대 64 개의 다수의 능동 토폴로지를 갖도록 하는 것이 가능하다. 예를 들어, 논리 네트워크는 64개의 일치하는 그룹 내에 할당된 B-VID 범위(유니캐스트 목적을 위함)일 수 있는데, 이는 현재 사용되는 이더넷 기술의 한계 내에서 최대 64개의 등가 경로(64*64=4096)가 SPB 네트워크에서 임의의 주어진 노드들의 입력/출력 쌍을 지원하도록 한다. 물론, 다른 크기의 그룹들도 사용될 수 있으며, 그룹에 대하여 일치하는 B-VID 식별자들의 사용이 엄격하게 요구되지는 않으나, 이는 B-VID 값들의 계산을 단순화한다. 그러한 접근법은 현재 사용되는 기술에 기반한 노드들이 현재 사용되는 구현례에 의해 도입된 64 개의 경로 제약을 초과할 수 있는 노드들과 매끄럽게 조합될 수 있다는 점에서 가치가 있다. 현재 사용되는 노드들은 플로우 랜덤화의 과제를 64개의 경로들로 제한되지 않는 노드들과 같이 잘 해내지는 않을 것이나, 여전히 이전 버전과 호환되는 방식으로 네트워크에 통합될 수 있다.

일부 경우에, 플로우 레이블을 생성하는 엔트로피의 소스는 처리될 패킷의 유형에 따라 다양할 수 있다. 도 5는 이 접근법에 따라 동작하는 절차(500)를 도시한다. 블럭(510)에 도시된 바와 같이, 클라이언트 프레임은 가장 먼저 에지 노드에서 수신된다. 에지 노드는 우선 백본-MAC 바인딩에 대한 클라이언트-MAC이 존재하는지, 즉 목적지 B-MAC 주소가 클라이언트-MAC 목적지 주소를 찾기 위해 습득되었는지를 확인한다. 이는 블럭(520)에 도시되어 있다. 만약 목적지 B-MAC 주소가 아직 알려지지 않았다면, 블럭(525)에 나타낸 바와 같이 멀티캐스트 절차가 개시되고, 따라서 B-MAC 주소를 습득할 수 있게 된다.

하지만 만약 B-MAC 바인딩에 대한 클라이언트-MAC이 이미 존재한다면, 블럭(530)에 도시된 바와 같이 에지 노드는 상기 패킷이 IP 헤더를 구비하였는지를 확인한다. 만약 그렇다면, 블럭(540)에 도시된 바와 같이 IP 헤더가 해싱되고, 그 결과는 블럭(550)에 도시된 바와 같이 B-VID를 계산하기 위해 사용된다. 다른 한편, 만약 IP 헤더가 존재하지 않는다면, 블럭(535)에 도시된 바와 같이 에지 노드는 대신에 B-MAC 출처 및 목적지 주소들을 해싱하고, 그 결과는 블럭(550)에서의 B-VID를 계산하기 위해 사용된다. B-VID는 일부 실시예에서 도 4의 블럭들(420 및 430)에 도시된 것과 동일한 방법으로 계산될 수 있고, 또는 다른 방법으로 상기 해시 함수로부터 유도된 플로우 오프셋이 N 개의 미리 결정된 B-VID 값들(또는 값의 범위)에 매핑될 수 있다. 임의의 경우에, B-VID는 클라이언트 프레임에 부착되고, 블럭(560)에 도시된 바와 같이 포워딩된다.

도 6은 본 발명의 일부 실시예에 따라 네트워크 노드에서의 포워딩 데이터 베이스를 최단 경로 브리지를 활용하는 데이터 패킷 네트워크 백본 내에 구축하는 절차(600)를 도시한다. 도시된 절차는 블럭(610)에 도시된 바와 같이 주어진 논리 네트워크에 대한 제1 (B-MAC) 목적지 주소를 이용하여 시작한다. 그 다음, 블럭(620)에 도시된 바와 같이 목적지 주소까지의 등가 경로들에 대응하는 서로 다른 넥스트홉의 개수가 계산된다. 상기 등가 경로들은 임의의 적절한 라우팅 메트릭(metric) 계산을 사용하여 식별될 수 있다.

블럭(630)에서 논리 네트워크에 할당된 B-VID 세트의 제1 B-VID를 이용하여 시작하여, B-VID가 블럭(640)에 도시된 바와 같이 상기 B-VID 및 넥스트홉의 개수에 기초하여 등가 경로들에 대한 넥스트홉 인터페이스들 중 하나에 매핑된다. 만약 세트에서의 B-VID들이 연속적인 값들이라면, 각각의 B-VID 값을 넥스트홉 인터페이스에 매핑하기 위한 하나의 간단한 방법은 기준 B-VID 값을 상기 B-VID 값으로부터 뺄셈하여 플로우 오프셋 값을 얻도록 하고, 등가 경로 넥스트홉의 개수로 모듈로 연산한 플로우 오프셋 값으로서 인터페이스 오프셋 값을 계산하며, 인터페이스 오프셋 값을 넥스트홉 인터페이스의 인덱스(index)로 사용하는 것이고, 상기 넥스트홉 인터페이스는 목적지 주소에 대한 등가 경로들에 대응하는 넥스트홉 인터페이스들 중 하나이다. 수학적인 용어로는 아래와 같이 나타낼 수 있는데, n은 목적지 주소까지의 등가 경로에 대응하는 노드에서의 넥스트홉 인터페이스의 개수이고, 대응하는 넥스트홉 인터페이스들은 next _ hop(0)에서 next _ hop(n)까지 인덱싱된다.

flow _ offset=BVID-BVID _BASE _{_} _VALUE

next _ hop _ index=flow _ offset mod n

로컬 랜덤성이 플로우 오프셋에 추가되어 플로우들을 처리하는 것 사이의 상관도를 감소시키도록 하는 경우, 일 예시는 아래와 같을 수 있다.

flow _ offset=BVID-BVID _BASE _{_} _VALUE

next _ hop _ index=(flow _ offset xor seed _ value) mod n

블럭(650)에 도시된 바와 같이, 포워딩 데이터베이스가 B-MAC 목적지 주소(DA-MAC), 상기 B-VID 및 상기 넥스트홉 인터페이스에 대한 식별자를 이용하여 구축된다. 만약 현재의 목적지 주소에 대한 B-VID 세트에 처리되지 않은 B-VID들이 더 있다면, 이 절차는 블럭들(660 및 665)에 도시된 바와 같이 반복된다. 그 다음, 이 절차는 상기 네트워크 노드에 알려진 각각의 나머지 목적지 주소에 대하여 블럭들(670 및 675)에 도시된 바와 같이 반복된다. 이 절차가 완료된 경우, 주어진 논리 네트워크에 대한 FDB는 각각의 목적지 주소에 대한 다수의 엔트리를 포함하는데, 각각의 엔트리는 상기 논리 네트워크에 유니캐스트 포워딩을 위해 할당된 B-VID들 중 하나에 대응한다.

표 1은 FDB의 소규모 부분에 대응하는 예시를 나타내는데, 여기에는 라우터 상에 I_0에서 I_3까지 번호가 붙여진 4 개의 인터페이스가 존재하며, 주어진 논리 네트워크를 위한 유니캐스트 포워딩에 할당된 B-VID_0에서 B-VID_8까지의 범위를 갖는 8 개의 B-VID가 있다.

목적지 MAC	플로우 레이블	넥스트홉 인터페이스
B-MAC-DA-a	B-VID0	I_0
	B-VID1	I_3
	B-VID2	I_0
	B-VID3	I_3
	B-VID4	I_0
	B-VID5	I_3
	B-VID6	I_0
	B-VID7	I_3
B-MAC-DA-b	B-VID0	I_1
	B-VID1	I_2
	B-VID2	I_1
	B-VID3	I_2
	B-VID4	I_1
	B-VID5	I_2
	B-VID6	I_1
	B-VID7	I_2
B-MAC-DA-c	B-VID0	I_0
…	B-VID1	I_4
…	…	…

이 (매우 단순화한) 예시에서, 각각의 목적지 주소에 대하여 두 개의 넥스트홉 인터페이스가 있지만, 넥스트홉 인터페이스들의 쌍은 나타낸 3 개의 목적지 주소의 각각마다 서로 다르다. 그러므로, I_0 및 I_3은 목적지 주소 B-MAC-DA-a로의 등가 경로들의 넥스트홉을 위한 식별자들이고, 한편 목적지 B-MAC-DA-b로의 등가 경로들을 위한 넥스트홉 식별자들은 I_1 및 I_2가 된다. 각각의 목적지 주소에 대하여, 8 개의 이용가능한 B-VID 값들은 두 개의 등가 넥스트홉 사이에서 나누어진다.

상기 기술들의 변형에 있어서, 개개의 B-VID들 중 한 개 이상이 B-VID 범위로 대체될 수 있다. 이 접근법은 주어진 논리 네트워크를 위해 이용가능한 플로우 레이블들이 다수 있는 경우 적합할 수 있는데, 이는 지원되는 등가 경로의 최대 개수와 비교된다. 예를 들어, 만약 4096 개의 이용가능한 플로우 레이블들(B-VIDs)이 존재하는데 단지 64 개의 가능한 등가 경로들이 있다면, B-VID들은 64 개의 "청크들(chunks)"에서의 넥스트홉 식별자들로 매핑될 수 있다. 그러므로, 표 1에서의 BVID0은, 예를 들어 BVID0 - BVID63의 범위로 대체될 수 있고, 한편 BVID1은 예를 들어 BVID64 - BVID127의 제2 범위로 대체된다.

상기 설명된 그리고 도 6 및 표 1에 도시된 기술들에 의하여 구축된 FDB에 있어서, B-VID 레이블된 패킷을 포워딩하는 것은 사소한 문제가 된다. 패킷을 수신한 네트워크 노드는 용이하게 B-VID 및 B-MAC-DA를 패킷으로부터 읽고, 대응하는 넥스트홉 인터페이스를 데이터베이스에서 검색하여, 들어오는 패킷을 송신한다.

백본 네트워크 노드에 FDB를 구축하는 상기 기술들은 현재 사용되는 이더넷 기술에 일반적으로 적합한데, 이는 패킷 처리가 간단한 검색 및 포워딩 접근법에 기초한다는 점에서 그러하다. FDB 및 패킷 포워딩에 대한 다른 접근법은 네트워크 노드 하드웨어에 대한 더 광범위한 수정을 요구할 수 있는데, 이는 도 7 및 8에 도시되어 있다.

도 7은 이 더 진보된 접근법의 일부 실시예에 따른 절차 흐름(700)을 도시하는데, 이는 플로우 레이블의 동적 처리를 필요로 한다. 처리 흐름(700)은 블럭(710)에 도시된 바와 같이 제1 목적지 주소를 이용하여 시작하고, 블럭들(740 및 745)에 도시된 바와 같이 노드에 알려진 각각의 목적지 주소에 대하여 반복된다. 블럭(720)에 도시된 바와 같이, 각각의 목적지 주소에 대하여, 노드는 목적지 주소에 대한 등가 경로들에 대응하는 넥스트홉 인터페이스 세트를 결정한다. 또, 등가 경로들과 그에 대응하는 인터페이스들은 종래의 라우팅 메트릭 계산을 사용하여 식별될 수 있다.

블럭(730)에 도시된 바와 같이, FDB는 목적지 주소 및 대응하는 넥스트홉 식별자 세트를 이용하여 구축된다. 이러한 FDB의 다양한 유형의 예시는 표 1에 나타낸 것과 동일한 상황에 대응하는데, 이를 표 2에 나타내었다. 이 접근법에 따른 FDB는 앞서 설명된 접근법에 따라 구축된 FDB에 비하여 더 적은 메모리를 사용한다는 것(예를 들어, 더 적은 상태 정보를 나타냄)이 즉시 인지될 것이다.

목적지 MAC	넥스트홉 인터페이스
B-MAC-DA-a	I_0, I_3
B-MAC-DA-b	I_1, I_2
B-BAC-DA-c	I_0, I_4
…	…

이러한 유형의 FDB에 대응하는 포워딩 절차(800)가 도 8에 도시되어 있다. 블럭(810)에 도시된 바와 같이, 포워딩 노드는 B-VID 및 목적지 주소로 레이블된 데이터 프레임을 수신한다. 블럭(820)에 도시된 바와 같이, 상기 노드는 넥스트홉 식별자를 목적지 주소와 연관된 세트로부터 선택하는데, 이때 상기 B-VID의 수학 함수를 사용한다. 그 다음, 블럭(830)에 도시된 바와 같이, 상기 프레임이 포워딩되는데, 이때 상기 선택된 넥스트홉 식별자에 대응하는 인터페이스를 사용한다.

일부 실시예에서, 상기 BVID에 기반하여 넥스트홉 식별자를 선택하는 것은 FDB를 구축하기 위한 상기 설명된 것과 유사한 수학적 접근법을 사용한다. 그러므로, 예를 들어 인덱스는 넥스트홉 인터페이스의 개수에 의한 BVID 값의 모듈로 나누기 연산을 사용하여 계산될 수 있고, 예를 들어 아래와 같다.

next _ hop _ index=(BVID-BVID _BASE _{_} _VALUE ) mod n

여기에서 n은 목적지 주소에 대응하는 세트에서의 넥스트홉 인터페이스의 개수이다. 하지만, 플로우 레이블의 이러한 동적 처리에 대한 한 가지 이점은 네트워크를 통과하는 패킷 플로우를 랜덤화하는 것이 시드 값(예를 들어, 노드에 특정된 시드 값)을 상기 넥스트식별 절차에 추가함으로써 개선될 수 있다는 것이다. 그러므로, 예를 들어 넥스트홉 인터페이스는 아래와 같은 공식을 사용하여 선택될 수 있다.

next _ hop _ index=(BVID-BVID _BASE _{_} _VALUE +seed) mod n

여기서, seed의 값은 노드마다, 또는 시간마다, 또는 둘 모두에 따라 변화한다.

한편, 상기 논의는 에지 노드(예를 들어, 에지 노드는 클라이언트 네트워크 및/또는 클라이언트 컴퓨터에 부착됨)에서 그리고 포워딩 노드(SPB 네트워크의 코어에서의 노드를 포함함)에서 수행되는 특정 절차들을 설명하고 있다. 물론, 에지 노드는 일부 경우에 포워딩 노드가 될 수도 있고, 그러므로 상기 기술들 중 하나 또는 몇몇이 주어진 노드에서 구현될 수 있다. 도 9는 예시적인 네트워크 노드의 기본 기능을 도시하는데, 이는 상기 설명된 에지 처리, 포워딩 데이터 베이스 구축 및 포워딩 기술 중 임의의 것 또는 그 모두를 실행하도록 구성될 수 있다. 더 구체적으로, 네트워크 노드(900)는 클라이언트/네트워크 인터페이스(910)를 포함하는데, 이 인터페이스 장치는 상기 SPB 네트워크로 그리고 그로부터의 그리고/또는 하나 이상의 클라이언트 네트워크 또는 장치로 그리고 그로부터의 접속 지점을 포함하고, 특히 이더넷 네트워크에 접속하기 위해 적응된 종래의 인터페이스 하드웨어를 포함할 수 있다. 네트워크 노드(900)는 처리 회로(920)를 더 포함하는데, 처리 회로(920)는 하나 이상의 마이크로프로세서(930) 및 메모리(940)를 포함하고, 메모리(940)는 차례대로 프로그램 코드(942), 프로그램 데이터(944) 및 포워딩 데이터베이스(946)를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 프로그램 코드(942)는 프로그램 명령어를 포함하는데, 이는 부하 분산을 데이터 패킷 네트워크 백본 내에서 최단 경로 브리징을 활용하여 가능하게 하는 상기 설명된 기술들 중 하나 또는 몇몇을 실행하기 위한 것으로, 플로우 레이블을 클라이언트 프레임에 부착하기 위해 설명된 기술들을 포함하며, 또한 포워딩 데이터베이스(946)를 구축하기 위한 것이고 프레임에 대하여 상기 부착된 플로우 레이블 및 목적지 MAC 주소를 따라 상기 프레임을 포워딩하기 위한 것이다.

더 일반적으로 말하자면, 이러한 컴퓨터 프로그램 명령어는 범용 컴퓨터, 전용 컴퓨터 또는 기계를 생산하기 위한 기타 다른 프로그램가능 데이터 처리 장치의 프로세서에 제공될 수 있고, 상기 명령어는 컴퓨터 또는 기타 다른 프로그램가능 데이터 처리 장치를 통해 실행될 수 있고, 본 명세서에 설명된 그리고 첨부된 블럭도 및 절차도에 도시된 기능들을 구현하는 수단을 창출한다. 이러한 컴퓨터 프로그램 명령어는 또한 컴퓨터에 사용가능한 또는 컴퓨터 판독가능한 메모리에 저장될 수 있는데, 상기 메모리는 컴퓨터 또는 기타 다른 프로그램가능 데이터 처리 장치가 특정한 방법으로 기능하도록 유도하고, 따라서 상기 컴퓨터에 사용가능한 또는 컴퓨터 판독가능한 메모리에 저장된 명령어들은 본 명세서에 설명된 기능들을 구현하는 명령어들을 포함한 제품을 만들어낸다. 본 명세서에 설명된 기능적인 실체들 중 몇몇은 단일 프로세서 또는 컴퓨터 상에서 같이 구현될 수 있고, 또는 분리된 프로세서들 또는 컴퓨터들 상에서 각각 구현될 수 있다. 당해 기술 분야의 통상의 기술자는 본 명세서에 설명된 기능들을 그룹화하거나 분산화하는 것의 이점과 단점을 인식할 것이다.

물론, 당해 기술 분야의 통상의 기술자는 상기 설명된 부하 분산 기술들이 단지 예시적인 것이며, 이러한 절차들의 다양한 변형 및 확장이 가능하다는 것을 인지할 것이다. 당해 기술 분야의 통상의 기술자는 또한 본 명세서에 설명된 네트워크 노드(900)의 기능적인 양상들이 많은 다양한 구성에서 효율적으로 사용될 수 있다는 것을 인식할 것인데, 이는 네트워크 구조, 운영자 사업 모델 및 기타 다른 요인들에 의존한다.

이것들과 기타 다른 변형 및 확장을 염두에 둔다면, 당해 기술 분야의 통상의 기술자는 전술한 설명 및 첨부한 도면들은 데이터 패킷 네트워크 내의 부하 분산을 가능하게 하기 위하여 본 명세서가 알려주고자 하는 시스템 및 장치의 비제한적인 예시를 나타낸다는 것을 인지할 것이다. 그와 같이, 본 발명은 전술한 설명 및 첨부한 도면들에 의해 제한되지 않는다. 그 대신, 본 발명은 이하의 청구항 및 법률이 인정하는 균등물에 의해서 제한될 뿐이다.

Claims

최단 경로 브리징(shortest path bridging)을 활용하여 데이터 패킷 네트워크 백본 내에서 부하 분산을 가능하게 하는 방법으로서,
하나 이상의 클라이언트 프레임을 상기 네트워크 백본의 입력 노드(ingress node)에서 수신하는 단계;
각각의 상기 클라이언트 프레임에 대한 플로우 오프셋 값(flow offset value)을 상기 클라이언트 프레임의 콘텐츠의 함수로서 계산하는 단계 - 상기 플로우 오프셋 값은 N 개의 미리 결정된 값들 중 하나이고, N은 상기 클라이언트 프레임에 대한 상기 입력 노드로부터 백본 목적지-MAC 주소(backbone destination-MAC address)까지의 가능한 경로들의 최대 개수를 규정함 - ;
백본 가상 LAN 식별자(backbone virtual LAN identifier)인 B-VID를 각각의 상기 클라이언트 프레임에 부착하는 단계 - 상기 B-VID는 상기 클라이언트 프레임에 대한 미리 결정된 B-VID 기준치(predetermined B-VID base value) 및 상기 플로우 오프셋 값의 함수임 - ; 및
각각의 상기 클라이언트 프레임을 상기의 클라이언트 프레임에 대한 상기 B-VID 및 상기 백본 목적지-MAC 주소에 따라 포워딩(forwarding)하는 단계
를 포함하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 플로우 오프셋 값을 계산하는 단계는 상기 플로우 오프셋 값을 상기 클라이언트 프레임에서의 인터넷 프로토콜(Internet Protocol) 헤더의 함수로서 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
제2항에 있어서,
상기 플로우 오프셋 값을 상기 인터넷 프로토콜 헤더의 함수로서 생성하는 단계는,
상기 인터넷 프로토콜 헤더의 해시(hash)를 계산하는 단계; 및
상기 계산된 해시를 상기 N 개의 미리 결정된 값들 중 하나에 매핑(mapping)하는 단계
를 포함하는, 방법.
제3항에 있어서,
상기 계산된 해시를 상기 N 개의 미리 결정된 값들 중 하나에 매핑하는 단계는 N으로 나누어진 상기 해시의 모듈로 연산(modulo)의 나머지로서 상기 플로우 오프셋 값을 계산하는 단계를 포함하고,
상기 B-VID는 상기 미리 결정된 B-VID 기준치 및 상기 플로우 오프셋 값의 합인, 방법.
제1항에 있어서,
상기 플로우 오프셋 값을 계산하는 단계는 상기 플로우 오프셋 값을 상기 클라이언트 프레임에 대한 출처-MAC 주소(source-MAC address)와, 상기 클라이언트 프레임에 대한 백본 목적지-MAC 주소 또는 클라이언트 목적지-MAC 주소의 함수로서 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
제1항에 있어서,
상기 입력 노드에서 수신된 두 개 이상의 상기 클라이언트 프레임의 각각에 대하여,
인터넷 프로토콜 헤더가 상기 클라이언트 프레임에 존재하는지를 결정하는 단계;
상기 인터넷 프로토콜 헤더가 존재한다는 결정에 응답하여, 플로우 오프셋 값을 상기 인터넷 프로토콜 헤더의 함수로서 생성하는 단계; 및
상기 인터넷 헤더 프로토콜 헤더가 존재하지 않는다는 결정에 응답하여, 상기 플로우 오프셋 값을 상기 클라이언트 프레임에 대한 출처-MAC 주소와, 상기 클라이언트 프레임에 대한 백본 목적지-MAC 주소 또는 클라이언트 목적지-MAC 주소의 함수로서 생성하는 단계
를 더 포함하는 방법.
최단 경로 브리징 네트워크 내에서 사용되는 네트워크 노드로서,
상기 네트워크 노드를 상기 최단 경로 브리징 네트워크 내의 하나 이상의 클라이언트 네트워크나 장치와 하나 이상의 다른 노드에 접속시키도록 구성된 네트워크 인터페이스 장치; 및
처리 회로
를 포함하고,
상기 처리 회로는,
하나 이상의 클라이언트 프레임을 상기 네트워크 인터페이스 장치를 통해 수신하고;
플로우 오프셋 값을 각각의 상기 클라이언트 프레임에 대하여 상기 클라이언트 프레임의 콘텐츠의 함수로서 계산하고 - 상기 플로우 오프셋 값은 N 개의 미리 결정된 값들 중 하나이고, N은 상기 클라이언트 프레임에 대한 입력 노드로부터 백본 목적지-MAC 주소까지의 가능한 경로들의 최대 개수를 규정함 - ;
백본 가상 LAN 식별자인 B-VID를 각각의 상기 클라이언트 프레임에 부착하고 - 상기 B-VID는 미리 결정된 B-VID 기준치 및 상기 클라이언트 프레임에 대한 상기 플로우 오프셋 값의 함수임 - ;
각각의 상기 클라이언트 프레임을 상기 네트워크 인터페이스 장치를 통해 상기 클라이언트 프레임에 대한 상기 B-VID 및 상기 백본 목적지-MAC 주소를 따라 포워딩하도록 구성된, 네트워크 노드.
제7항에 있어서,
상기 처리 회로는 상기 플로우 오프셋 값을 상기 클라이언트 프레임에서의 인터넷 프로토콜 헤더의 함수로서 계산하도록 구성된, 네트워크 노드.
제8항에 있어서,
상기 처리 회로는 상기 인터넷 프로토콜 헤더의 해시를 계산하고, 상기 계산된 해시를 상기 N 개의 미리 결정된 값들 중 하나에 매핑함으로써 상기 인터넷 프로토콜 헤더의 함수로서 상기 플로우 오프셋 값을 계산하도록 구성된, 네트워크 노드.
제9항에 있어서,
상기 처리 회로는 N으로 나누어진 상기 해시의 모듈로 연산의 나머지로서 상기 플로우 오프셋 값을 계산함으로써 상기 계산된 해시를 상기 N 개의 미리 결정된 값들 중 하나에 매핑하도록 구성되고,
상기 B-VID는 상기 미리 결정된 B-VID 기준치 및 상기 플로우 오프셋 값의 합인, 네트워크 노드.
제7항에 있어서,
상기 처리 회로는 상기 플로우 오프셋 값을 상기 클라이언트 프레임에 대한 출처-MAC 주소와, 상기 클라이언트 프레임에 대한 백본 목적지-MAC 주소 또는 클라이언트 목적지-MAC 주소의 함수로서 생성함으로써 상기 플로우 오프셋 값을 계산하도록 구성된, 네트워크 노드.
제7항에 있어서,
상기 처리 회로는 또한 상기 입력 노드에서 수신된 두 개 이상의 상기 클라이언트 프레임의 각각에 대하여,
인터넷 프로토콜 헤더가 상기 클라이언트 프레임에 존재하는지를 결정하고;
상기 인터넷 프로토콜 헤더가 존재한다는 결정에 응답하여, 플로우 오프셋 값을 상기 인터넷 프로토콜 헤더의 함수로서 생성하며;
상기 인터넷 헤더 프로토콜 헤더가 존재하지 않는다는 결정에 응답하여, 상기 플로우 오프셋 값을 상기 클라이언트 프레임에 대한 출처-MAC 주소와, 상기 클라이언트 프레임에 대한 백본 목적지-MAC 주소 또는 클라이언트 목적지-MAC 주소의 함수로서 생성하도록 구성된, 네트워크 노드.
네트워크 노드에서 최단 경로 브리징을 활용하여 데이터 패킷 네트워크 백본 내의 부하 분산을 가능하게 하는 방법으로서,
복수의 백본 목적지-MAC 주소의 각각에 대하여,
상기 백본 목적지-MAC 주소에 대응하는 등가 넥스트홉(next hops)의 개수를 결정하는 단계;
미리 결정된 B-VID 세트로부터의 각각의 백본 가상 LAN 식별자인 B-VID를 넥스트홉 인터페이스에 상기 B-VID 및 상기 등가 넥스트홉의 개수의 함수로서 매핑하는 단계 - 상기 미리 결정된 세트에서의 상기 B-VID의 개수는 상기 등가 넥스트홉의 개수를 초과함 - ; 및
백본 목적지-MAC 주소 및 B-VID의 각각의 조합에 대응하는 엔트리들(entries)을 이용하여 포워딩 데이터베이스(forwarding database)를 구축하는 단계 - 상기 엔트리들은 상기 B-VID들에 매핑되는 상기 넥스트홉 인터페이스에 대한 식별자들을 포함함 -
를 포함하는 방법.
제13항에 있어서,
상기 미리 결정된 B-VID 세트는 미리 결정된 B-VID 범위를 포함하고,
각각의 상기 B-VID를 넥스트홉 인터페이스에 매핑하는 단계는,
미리 결정된 B-VID 기준치를 상기 B-VID로부터 뺄셈하여 플로우 오프셋 값을 구하는 단계;
상기 등가 넥스트홉의 개수를 모듈로 연산한 상기 플로우 오프셋 값으로서 인터페이스 오프셋 값을 계산하는 단계; 및
상기 B-VID를 상기 인터페이스 오프셋 값에 대응하는 상기 넥스트홉 인터페이스에 매핑하는 단계
를 포함하는, 방법.
제13항에 있어서,
상기 미리 결정된 B-VID 세트는 복수의 B-VID 범위를 포함하고,
각각의 상기 B-VID 범위는 상기 넥스트홉 인터페이스 중 하나에 매핑되는, 방법.
최단 경로 브리징 네트워크 내에서 사용되는 네트워크 노드로서,
상기 네트워크 노드를 상기 최단 경로 브리징 네트워크 내의 하나 이상의 다른 노드에 접속시키도록 구성된 네트워크 인터페이스 장치; 및
처리 회로
를 포함하고,
상기 처리 회로는 복수의 백본 목적지-MAC 주소의 각각에 대하여,
상기 백본 목적지-MAC 주소에 대응하는 등가 넥스트홉의 개수를 결정하고;
미리 결정된 B-VID 세트로부터의 각각의 백본 가상 LAN 식별자인 B-VID를 넥스트홉 인터페이스에 상기 B-VID 및 상기 등가 넥스트홉의 개수의 함수로서 매핑하고 - 상기 미리 결정된 세트에서의 상기 B-VID의 개수는 상기 등가 넥스트홉의 개수를 초과함 - ;
백본 복적지-MAC 주소 및 B-VID의 각각의 조합에 대응하는 엔트리들(entries)을 이용하여 포워딩 데이터 베이스를 구축 - 상기 엔트리들은 상기 B-VID들에 매핑되는 상기 넥스트홉 인터페이스에 대한 식별자들을 포함함 -
하도록 구성된 네트워크 노드.
제16항에 있어서,
상기 미리 결정된 B-VID 세트는 미리 결정된 B-VID 범위를 포함하고,
상기 처리 회로는 각각의 상기 B-VID를 넥스트홉 인터페이스에 매핑하도록 구성되는데, 이는,
미리 결정된 B-VID 기준치를 상기 B-VID로부터 뺄셈하여 플로우 오프셋 값을 구하고;
상기 등가 넥스트홉의 개수를 모듈로 연산한 상기 플로우 오프셋 값으로서 인터페이스 오프셋 값을 계산하며;
상기 B-VID를 상기 인터페이스 오프셋 값에 대응하는 상기 넥스트홉 인터페이스에 매핑하는 것에 의하는, 네트워크 노드.
제16항에 있어서,
상기 미리 결정된 B-VID 세트는 복수의 B-VID 범위를 포함하고,
상기 처리 회로는 각각의 상기 B-VID 범위를 상기 넥스트홉 인터페이스들 중 하나에 매핑하도록 구성된, 네트워크 노드.
네트워크 노드에서 최단 경로 브리징을 활용하여 데이터 패킷 네트워크 백본 내의 부하 분산을 가능하게 하는 방법으로서,
복수의 백본 목적지-MAC 주소의 각각에 대하여,
상기 백본 목적지-MAC 주소에 대응하는 등가 넥스트홉의 세트를 결정하는 단계; 및
상기 세트에서의 상기 등가 넥스트홉들의 각각에 대하여 상기 백본 목적지-MAC 주소를 식별자들에 매핑하는 엔트리를 이용하여 포워딩 데이터베이스를 구축하는 단계
를 포함하는 방법.
최단 경로 브리징 네트워크 내에서 사용되는 네트워크 노드로서,
상기 네트워크 노드를 상기 최단 경로 브리징 네트워크 내의 하나 이상의 다른 노드에 접속시키도록 구성된 네트워크 인터페이스 장치; 및
처리 회로
를 포함하고,
상기 처리 회로는 복수의 백본 목적지-MAC 주소의 각각에 대하여,
상기 백본 목적지-MAC 주소에 대응하는 등가 넥스트홉 세트를 결정하고;
상기 세트에서의 상기 등가 넥스트홉들의 각각에 대하여 상기 백본 목적지-MAC 주소를 식별자들에 매핑하는 엔트리를 이용하여 포워딩 데이터베이스를 구축하도록 구성된, 네트워크 노드.
데이터 패킷 네트워크에서 데이터 프레임들을 포워딩하는 방법으로서,
백본 가상 LAN 식별자인 B-VID 및 백본 목적지-MAC 주소로 레이블된 데이터 프레임을 수신하는 단계;
넥스트홉 식별자를 상기 백본 목적지-MAC 주소와 연관되어 저장된 등가 넥스트홉 식별자 세트로부터 상기 B-VID의 함수로서 선택하는 단계; 및
상기 데이터 프레임을 상기 선택된 넥스트홉 식별자에 대응하는 상기 넥스트홉 인터페이스를 통해 포워딩하는 단계
를 포함하는 방법.
제21항에 있어서,
상기 넥스트홉 식별자를 선택하는 단계는,
의사난수(pseudorandom number)를 상기 B-VID 및 노드에 특정된 시드 값(node-specific seed value)의 함수로서 계산하는 단계; 및
상기 넥스트홉 식별자를 상기 등가 넥스트홉 식별자 세트로부터 상기 의사난수의 함수로서 선택하는 단계
를 포함하는, 방법.
최단 경로 브리징 네트워크 내에서 사용되는 네트워크 노드로서,
상기 네트워크 노드를 상기 최단 경로 브리징 네트워크 내의 하나 이상의 다른 네트워크 노드들에 접속시키도록 구성된 네트워크 인터페이스 장치; 및
처리 장치
를 포함하고,
상기 처리 장치는,
백본 가상 LAN 식별자인 B-VID 및 백본 목적지-MAC 주소로 레이블된 데이터 프레임을 상기 네트워크 인터페이스 장치를 통해 수신하고;
넥스트홉 식별자를 상기 백본 목적지-MAC 주소와 연관되어 저장된 등가 넥스트홉 식별자 세트로부터 상기 B-VID의 함수로서 선택하는 단계; 및
상기 데이터 프레임을 상기 선택된 넥스트홉 식별자에 대응하는 상기 넥스트홉 인터페이스를 통해 포워딩하는 단계
를 포함하는, 네트워크 노드.
제23항에 있어서,
상기 처리 회로는 의사난수를 상기 B-VID 및 노드의 특정 시드 값의 함수로서 계산하고, 상기 넥스트홉 식별자를 상기 등가 넥스트홉 식별자 세트로부터 상기 의사난수의 함수로서 선택함으로써 상기 넥스트홉 식별자를 선택하도록 구성된, 네트워크 노드.