KR102231040B1 - 링 구조의 이중화 이더넷을 위한 데이터 통신방법 - Google Patents

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Abstract

링 구조의 이중화 이더넷을 위한 데이터 통신방법이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 링 구조 이중화 이더넷에서의 데이터 통신 방법은, MAC 프레임을 복사하여 2개를 생성하고, MAC 프레임의 목적지 MAC 주소를 변형하여, 2개의 목적지 MAC 주소를 생성하ai. 생성된 2개의 목적지 MAC 주소를 2개의 MAC 프레임에 각각 수록하고 2개의 MAC 프레임을 링 구조의 이중화 이더넷에서 서로 다른 방향으로 각각 전송한다. 이에 의해, 가능한 현존하는 스위칭 IC 솔루션을 최대한 활용하고, 데이터링크 계층의 드라이버 소프트웨어의 최소한의 변경만을 이용해 링 토폴로지 환경에서의 이더넷 이중화를 구현할 수 있게 된다.

Description

링 구조의 이중화 이더넷을 위한 데이터 통신방법{Data Communication Method for Full Duplex Switched Ethernet in Ring Topology}
본 발명은 데이터 통신방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량, 철도 차량, 항공기 등에 구축되는 링 구조의 이중화 이더넷을 위한 데이터 통신방법에 관한 것이다.
ECN(Ethernet Consist Network)은 이더넷을 이용한 철도 차량용 네트워크로서 IEC 61375-3-4 규격이다. ECN은 Parallel networks 개념을 도입하여 네트워크 고장에 대비하고 있다.
구체적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, Dual-homing in parallel networks, dual homing in ring topology, dual homing in ladder topology 개념을 도입하여 네트워크 고장에 대비하고 있다.
기본적인 Addressing은 IP 주소를 이용하고, Ethernet 주소는 기존 인터넷 사용과 동일하며, IP주소로 MAC 주소를 알아내서(ARP: Address Resolution Protocol) 사용한다.
AFDX(Avionics Full DupleX switched Ethernet)는 ARINC 664 Part 7 규격의 Airbus Trademark로, ES(End System)는 이중화된 2개의 이더넷 인터페이스로 동일한 이더넷 프레임을 송신한다.
AFDX에서, 각각의 프레임은 각각의 네트워크로 스위칭되며 전송되고, 목적지에 도착할 때는 중복된 프레임이 수신되는데, 중복된 프레임은 중복 관리 회로에 의해서 하나는 버려지고 선택된 하나가 상위 계층으로 전달된다. AFDX는 기본적으로 Tree topology를 갖는 switched network에 적합하게 설계되었다.
도 2에 도시된 바와 같이, 하나의 End System에는 두개의 Ethernet 인터페이스가 있고, 동일한 데이터를 항상 동시에 보내므로(혹은 Skew라는 약간의 시간 차를 두고 보낼 수도 있음), 서로 다른 네트워크 A 와 네트워크 B 를 거처 목적지까지 데이터가 전달된다.
목적지 End System 역시 두개의 Ethernet 인터페이스가 있고, 네트워크 A&B에 모두 연결되어 있고, 중복된 프레임은 중복 관리 회로에 의해서 처리된다.
네트워크 A & B로 전달되는 프레임은, 도 3에 제시된 바와 같은 IEEE 802.3 이더넷 프레임 형식을 사용한다. 기존 IT 영역에서 사용하는 것과의 차이는 MAC 주소와 이더넷 Payload 마지막에 붙는 1바이트의 시퀀스 번호이다.
MAC 주소는 도 4에 제시된 방법에 따라 설정하는데, 중복된 프레임의 목적지 MAC 주소는 완전히 동일하고, 중복된 프레임의 송신지 MAC 주소는 Interface_ID (3-BIT) 값이 서로 다르다.
AFDX는 목적지 MAC 주소가 이중화 인터페이스에서 동일하게 사용한다는 특징 때문에, 링 형태로 네트워크 구성 시에 정상적으로 동작하지 않는데, 도 5를 참조하여 상세히 설명한다.
도 5에서 VL#1은 송신지가 ES#1이고 목적지가 ES#6 & ES#7 이다.
(1) 도시된 바와 같이, 동일한 목적지 MAC 주소(VL#1)를 갖는 이중화된 프레임이 ES#1에서 Interface A&B로 모두 송신되었다.
(2) ES#2와 ES#8은 각각 스위칭 테이블에 설정된 VL#1에 대한 포워딩 출력 포트를 보고 다음 노드로 전달한다. ES#8의 VL#1에 대한 출력포트는 Yellow로 설정되어 있어야 한다.
(3) ES#7에 도착할 경우에는 ES#7에서 수신하면서 동시에 ES#6 포트로 스위칭해 전달해야 한다. 이를 위해서 ES#7포트에는 VL#1에 대해서 출력포트가 Yellow로 설정되어 있어야 한다.
(4) ES#7의 스위칭 모듈은 ES#2를 거처 ES#7에 도착한 VL#1 프레임에 대해 처리할 때 문제가 발생한다. 현재 스위칭 테이블에는 VL#1에 대해서는 Yellow 포트로 출력하라고 되어 있는데, 이 프레임은 Red 포트로 전달되어야 하기 때문이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 기존의 이더넷 기술을 최대한 활용하여 이중화된 링 구조의 네트워크를 구성하되, 응용 계층에서의 로드를 줄이기 위해, 이중화를 데이터링크 계층에서만 처리하고 응용계층에서는 이중화를 인지하지 않아도 되도록 하기 위한 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 링 구조 이중화 이더넷에서의 데이터 통신 방법은, MAC 프레임을 복사하여 2개를 생성하는 제1 생성단계; MAC 프레임의 목적지 MAC 주소를 변형하여, 2개의 목적지 MAC 주소를 생성하는 제2 생성단계; 제2 생성 단계에서 생성된 2개의 목적지 MAC 주소를 2개의 MAC 프레임에 각각 수록하는 단계; 및 2개의 MAC 프레임을 링 구조의 이중화 이더넷에서 서로 다른 방향으로 각각 전송하는 단계;를 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 링 구조 이중화 이더넷에서의 데이터 통신 방법은, ARP를 이용하여 목적지 IP 주소에 해당하는 목적지 MAC 주소를 검색하는 단계;를 더 포함하고, 제1 생성 단계는, 검색 단계에서 검색된 목적지 MAC 주소를 변형하여, 2개의 목적지 MAC 주소를 생성할 수 있다.
그리고, 제2 생성 단계는, 목적지 MAC 주소를 구성하는 비트들 중 특정 위치의 비트들을 클리어하는 단계; 클리어된 위치에 2개의 인터페이스 ID를 각각 수록하여 2개의 MAC 주소를 생성하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 링 구조 이중화 이더넷에서의 데이터 통신 방법은, 검색된 목적지 MAC 주소에 시퀀스 번호를 추가하는 단계;를 더 포함하고, 클리어 단계는, 시퀀스 번호가 추가된 목적지 MAC 주소를 구성하는 비트들 중 특정 위치의 비트들을 클리어할 수 있다.
그리고, 본 발명의 실시예에 따른 링 구조 이중화 이더넷에서의 데이터 통신 방법은, 수신한 MAC 프레임을 전달하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 링 구조 이중화 이더넷에서의 데이터 통신 방법은, 수신한 MAC 프레임의 목적지 MAC 주소를 구성하는 비트들 중 특정 위치의 비트들을 클리어하는 단계; MAC 주소에서 특정 비트가 클리어된 MAC 프레임을 상위 계층으로 전달하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
그리고, MAC 프레임의 목적지 MAC 주소가 자신이면, 수신한 MAC 프레임을 전달하지 않을 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 링 구조 이중화 이더넷은, MAC 프레임을 복사하여 2개를 생성하고, MAC 프레임의 목적지 MAC 주소를 변형하여 2개의 목적지 MAC 주소를 생성하며, 생성된 2개의 목적지 MAC 주소를 2개의 MAC 프레임에 각각 수록하고, 2개의 MAC 프레임을 링 구조의 이중화 이더넷에서 서로 다른 방향으로 각각 전송하는 제1 ES(End System); 제1 ES로부터 2개의 MAC 프레임 중 하나를 수신하는 제2 ES; 및 제1 ES로부터 2개의 MAC 프레임 중 다른 하나를 수신하는 제3 ES;를 포함한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 가능한 현존하는 스위칭 IC 솔루션을 최대한 활용하고, 데이터링크 계층의 드라이버 소프트웨어의 최소한의 변경만을 이용해 링 토폴로지 환경에서의 이더넷 이중화를 구현할 수 있게 된다.
도 1은 ECN의 설명에 제공되는 도면,
도 2 내지 도 4는 AFDX의 설명에 제공되는 도면들,
도 5는 AFDX에서의 문제점 설명에 제공되는 도면,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 링 구조의 이중화 이더넷 프로토콜에서 목적지 MAC 주소 생성 및 MAC 프레임 전송 방법의 설명에 제공되는 도면,
도 7은 유니캐스팅의 경우, 목적지가 아닌 ES의 이더넷 스위칭 칩에 설정된 스위칭 테이블을 예시한 도면,
도 8은 멀티캐스팅이나 브로드캐스팅의 경우, 목적지가 아닌 ES의 이더넷 스위칭 칩에 설정된 스위칭 테이블을 예시한 도면, 그리고,
도 9는 목적지 ES의 이더넷 스위칭 칩에 설정된 스위칭 테이블을 예시한 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명의 실시예에서는, 이중화를 데이터링크 계층에서 모두 처리하고, 응용 계층에서는 이중화를 인지하지 않도록 하는, 링 토폴로지에서 2계층 스위칭을 통해 이중화 네트워크를 구성하는 방법을 제시한다.
또한, 본 발명의 실시예에서는, 가능한 현존하는 스위칭 IC 솔루션을 최대한 활용하고, 데이터링크 계층의 드라이버 소프트웨어의 최소한의 변경만으로 링 토폴로지 환경에서의 이더넷 이중화를 구현한다.
이를 위해, 본 발명의 실시예에서는, MAC 주소와 더불어 MAC 주소의 일부를 네트워크 식별 정보로 사용한다.
전술한 AFDX 송신지 MAC 주소에는 3비트의 Interface ID가 있어 해당 프레임이 어느 포트에서 온 것인지 확인할 수 있다. 하지만, 이더넷 스위칭 칩들은 목적지 MAC 주소만을 참조하여 스위칭하기 때문에, 송신지 MAC 주소는 스위칭에 반영되지 않는다.
따라서, 목적지 MAC 주소에 수록되는 송신지 MAC 주소와 같이 인터페이스 식별 정보를 추가하여 스위칭에 반영되도록 해야 하며, 이를 위해 데이터링크 계층의 드라이버 소프트웨어 변경이 필요하다.
변경된 데이터링크 계층의 드라이버 소프트웨어는, MAC 프레임을 복사하여 인터페이스 개수(본 발명의 실시예에서는 2개) 만큼 만들고, 각각의 MAC 프레임의 목적지 MAC 주소에 인터페이스 정보를 추가한다.
구체적으로, 도 6에 도시된 바와 같이, ARP(Address Resolution Protocol)를 이용하여 목적지 IP 주소에 해당하는 MAC 주소를 검색한다. 그리고, 검색된 MAC 주소를 이중화하기 위해, MAC 프레임의 시퀀스 번호를 추가하고, 2개의 MAC 주소로 분리시킨다.
MAC 주소의 분리는 목적지 MAC 주소를 구성하는 비트들 중 해당 위치의 특정 비트를 클리어하고, 클리어된 위치에 2개의 인터페이스 ID를 각각 수록하여, 2개의 목적지 MAC 주소를 생성함을 의미한다.
이와 같이 생성된 2개의 목적지 MAC 주소는 2개의 MAC 프레임에 각각 수록된다. 그리고, 2개의 MAC 프레임은 링 구조의 이중화 이더넷에서 서로 다른 방향의 옆 ES(End System)들로 각각 전송된다.
유니캐스팅의 경우, 목적지가 아닌 ES의 이더넷 스위칭 칩에는, 도 7에 도시된 바와 같은 스위칭 테이블이 설정되어 있게 된다. 도 7에 도시된 바와 같이, RED 포트로 입력되어 도착한 MAC 프레임의 목적지 MAC 주소는 GREEN 포트이다.
이에 따라, ES의 RED 포트로 입력되어 도착한 MAC 프레임은 GREEN 포트를 통해 옆의 ES로 전달된다.
멀티캐스팅이나 브로드캐스팅의 경우, 목적지가 아닌 ES의 이더넷 스위칭 칩에는, 도 8에 도시된 바와 같은 스위칭 테이블이 설정되어 있게 된다. 도 8에 도시된 바와 같이, RED 포트로 입력되어 도착한 MAC 프레임의 목적지 MAC 주소는 GREEN 포트와 YELLOW 포트이다.
이에 따라, ES의 RED 포트로 입력되어 도착한 MAC 프레임은, GREEN 포트를 통해 옆의 ES로 전달되는 한편, YELLOW 포트를 통해 ES의 상위 계층으로도 전달된다.
상위 계층으로 전달하기 위해서는, 먼저, 수신된 MAC 프레임의 목적지 MAC 주소를 구성하는 비트들 중 인터페이스 ID가 수록된 비트들을 클리어(마스킹)하고, 필터링을 거친다.
한편, MAC 프레임의 목적지가 자신인 ES의 이더넷 스위칭 칩에는, 도 9에 도시된 바와 같은 스위칭 테이블이 설정되어 있게 된다. 도 9에 도시된 바와 같이, RED 포트로 입력되어 도착한 MAC 프레임의 목적지 MAC 주소는 YELLOW 포트이다.
이에 따라, ES의 RED 포트로 입력되어 도착한 MAC 프레임은, YELLOW 포트를 통해 ES의 상위 계층으로만 전달될 뿐이며, GREEN 포트를 통해 옆의 ES로 전달되지 않는다.
지금까지, 링 구조의 이중화 이더넷을 위한 데이터 통신방법에 대해 바람직한 실시예를 들어 상세히 설명하였다.
위 실시예에서는, 기존의 이더넷 기술을 최대한 활용하여 이중화된 링 구조의 네트워크를 구성하되, 응용 계층에서의 로드를 줄이기 위해, 이중화를 데이터링크 계층에서만 처리하고 응용계층에서는 이중화를 인지하지 않아도 되도록 하기 위한 방법을 제시하였다.
구체적으로, 본 발명의 실시예에서는, 목적지 주소의 특정 영역을 인터페이스 식별 정보로 사용하고, 이중화를 데이터링크 계층에서 모두 처리하여 응용계층에서는 이중화를 인지하지 않아도 되도록 하였다.
이에 의해, 가능한 현존하는 스위칭 IC 솔루션을 최대한 활용하고, 데이터링크 계층의 드라이버 소프트웨어의 최소한의 변경만을 이용해 링 토폴로지 환경에서의 이더넷 이중화를 구현할 수 있게 된다.
본 발명의 실시예에서 제시한 링 구조의 이중화 이더넷을 위한 데이터 통신방법은, 차량, 철도 차량, 항공기 등에 구축되는 링 구조의 이중화 이더넷에 적용될 수 있음은 물론, 그 밖의 다른 네트워크에 대해서도 확장적으로 적용이 가능하다.
한편, 본 실시예에 따른 장치와 방법의 기능을 수행하게 하는 컴퓨터 프로그램을 수록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있음은 물론이다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 기술적 사상은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 형태로 구현될 수도 있다. 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터에 의해 읽을 수 있고 데이터를 저장할 수 있는 어떤 데이터 저장 장치이더라도 가능하다. 예를 들어, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광디스크, 하드 디스크 드라이브, 등이 될 수 있음은 물론이다. 또한, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 저장된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 또는 프로그램은 컴퓨터간에 연결된 네트워크를 통해 전송될 수도 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
Full Duplex Switched Ethernet
Network A, Network B
End System
Ethernet Switching

Claims (8)

  1. MAC 프레임을 복사하여 2개를 생성하는 제1 생성단계;
    MAC 프레임의 목적지 MAC 주소를 변형하여, 2개의 목적지 MAC 주소를 생성하는 제2 생성단계;
    제2 생성 단계에서 생성된 2개의 목적지 MAC 주소를 2개의 MAC 프레임에 각각 수록하는 단계;
    2개의 MAC 프레임을 링 구조의 이중화 이더넷에서 서로 다른 방향으로 각각 전송하는 단계;를 포함하고,
    제2 생성 단계는,
    목적지 MAC 주소를 구성하는 비트들 중 특정 위치의 비트들을 클리어하는 단계;
    클리어된 위치에 2개의 인터페이스 ID를 각각 수록하여 2개의 MAC 주소를 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 링 구조 이중화 이더넷에서의 데이터 통신 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    ARP를 이용하여 목적지 IP 주소에 해당하는 목적지 MAC 주소를 검색하는 단계;를 더 포함하고,
    제1 생성 단계는,
    검색 단계에서 검색된 목적지 MAC 주소를 변형하여, 2개의 목적지 MAC 주소를 생성하는 것을 특징으로 하는 링 구조 이중화 이더넷에서의 데이터 통신 방법.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    검색된 목적지 MAC 주소에 시퀀스 번호를 추가하는 단계;를 더 포함하고,
    클리어 단계는,
    시퀀스 번호가 추가된 목적지 MAC 주소를 구성하는 비트들 중 특정 위치의 비트들을 클리어하는 것을 특징으로 하는 링 구조 이중화 이더넷에서의 데이터 통신 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    수신한 MAC 프레임을 전달하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 링 구조 이중화 이더넷에서의 데이터 통신 방법.
  6. 청구항 4에 있어서,
    수신한 MAC 프레임의 목적지 MAC 주소를 구성하는 비트들 중 특정 위치의 비트들을 클리어하는 단계;
    MAC 주소에서 특정 비트가 클리어된 MAC 프레임을 상위 계층으로 전달하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 링 구조 이중화 이더넷에서의 데이터 통신 방법.
  7. 청구항 4에 있어서,
    MAC 프레임의 목적지 MAC 주소가 자신이면, 수신한 MAC 프레임을 전달하지 않는 것을 특징으로 하는 링 구조 이중화 이더넷에서의 데이터 통신 방법.
  8. MAC 프레임을 복사하여 2개를 생성하고, MAC 프레임의 목적지 MAC 주소를 변형하여 2개의 목적지 MAC 주소를 생성하며, 생성된 2개의 목적지 MAC 주소를 2개의 MAC 프레임에 각각 수록하고, 2개의 MAC 프레임을 링 구조의 이중화 이더넷에서 서로 다른 방향으로 각각 전송하는 제1 ES(End System);
    제1 ES로부터 2개의 MAC 프레임 중 하나를 수신하는 제2 ES; 및
    제1 ES로부터 2개의 MAC 프레임 중 다른 하나를 수신하는 제3 ES;를 포함하고,
    제1 ES는,
    목적지 MAC 주소를 구성하는 비트들 중 특정 위치의 비트들을 클리어하고, 클리어된 위치에 2개의 인터페이스 ID를 각각 수록하여 2개의 MAC 주소를 생성하는 것을 특징으로 하는 링 구조 이중화 이더넷.
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