KR19990061604A

KR19990061604A - 케이블모뎀 시스템의 패킷 데이터 pdu 전송 방법

Info

Publication number: KR19990061604A
Application number: KR1019970081883A
Authority: KR
Inventors: 김덕년
Original assignee: 전주범; 대우전자 주식회사
Priority date: 1997-12-31
Filing date: 1997-12-31
Publication date: 1999-07-26

Abstract

본 발명은 케이블모뎀 시스템의 패킷 데이터 PDU 전송 방법에 관한 것으로, 다수의 가입자가 각각 케이블모뎀을 이용하여 케이블망을 통해 케이블모뎀 단말 시스템(CMTS,30)과 연결되고, CMTS(30)와 케이블모뎀간에 MAC 프레임을 이용하여 데이터를 주고받는 케이블모뎀 시스템에 있어서, CMTS에서 케이블망을 통해 패킷 데이터를 전송할 때 목적지 주소에 상응하는 서비스 ID를 MAC 프레임의 확장 헤더 필드에 실어보내고, 케이블모뎀은 수신된 패킷 데이터의 서비스 ID를 검사하여 수신 여부를 판단하여 패킷을 폐기시키거나 또는 이더넷으로 브리징시킨다.

따라서, 종래에 패킷 데이터 전송시 상위 계층까지 데이터를 전송하여 수신 여부를 판단하였던 것에 반해, 본 발명은 확장 필드에 서비스 ID 정보를 실어 보내고 MAC 부계층에서 서비스 ID 검출에 의하여 데이터 수신 여부를 판단함으로써, 상위 계층까지 데이터를 전송하지 않고도 데이터 수신 여부를 확인할 수 있으며, 불필요한 데이터 패킷 데이터의 수신을 방지하는 효과가 있다.

Description

케이블모뎀 시스템의 패킷 데이터 ＰＤＵ 전송 방법(Method of transferring a packet data PDU in a cable modem system)

본 발명은 케이블모뎀을 이용하여 구축한 시스템에 관한 것으로, 특히 다운스트림에서 패킷 데이터 PDU를 전송시 목적지 주소에 알맞은 서비스 ID를 전송하고, 케이블모뎀이 서비스 ID를 검출하여 패킷 데이터의 수신 여부를 검사하여 불필요한 데이터의 수신을 방지할 수 있도록 된 케이블모뎀 시스템의 패킷 데이터 PDU 전송 방법에 관한 것이다.

케이블모뎀 네트워크는 종합정보통신망(ISDN), 멀티디지털가입자회선(xDSL) 등의 원격지 접속 분야 네트워크 시스템으로서, 인터넷, 인트라넷에 접속하여 Mbps 급의 고속 데이터 전송 속도로 가입자에게 재택근무, 영상회의, 웹검색 등의 다양한 서비스를 제공한다.

케이블모뎀 네트워크의 개념은 케이블 TV망을 데이터 통신분야에 끌어들인 것으로서 동축케이블을 이용한다는 측면에서는 서로 유사하지만, 케이블 TV는 외부의 동축케이블을 셋톱박스로 연결한 후 이 셋톱박스에 TV를 접속시키는 반면 케이블모뎀 네트워크는 케이블모뎀으로 동축케이블과 PC를 연결하는 방식이다. 이때 케이블모뎀에 접속되는 PC는 1 대일 수도 있고 여러 대일 수도 있다.

케이블모뎀은 워크그룹용, 멀티유저용, 및 개인용으로 구분된다. 워크그룹 케이블모뎀은 PC를 접속시킬 수 있는 포트 수가 4개, 8개 등으로 소규모 그룹을 대상으로 하고, 이를 통해 소형 LAN을 구축할 수 있으며, 멀티유저 케이블모뎀은 도서관, 학교, 공장 등 비교적 규모가 큰 곳에 사용된다.

도 1은 일반적인 케이블모뎀을 이용하여 구축한 네트워크를 도시한 도면으로, 케이블망(20)에 다수개의 케이블모뎀(CM,11~14)이 연결되고 케이블모뎀(11~14)에는 각각 PC가 연결되어 있어, 가입자가 백본망(40)으로부터 인터넷 등의 서비스를 제공받으며, 케이블모뎀 단말시스템(30,CMTS:Cable Modem Termination System)은 헤드엔드에 위치하여 상향 채널 및 하향 채널을 제공하는 역할을 한다. 상기 CMTS(30)는 하향 채널에서 500kbps~30Mbps의 전송 속도로 광대역의 데이터를 브로드캐스팅(broadcasting) 방식으로 전송하고, 각 CM은 상향 채널에서 96kbps~10Mbps의 속도로 협대역의 질의데이터를 점대점 방식으로 전송한다.

케이블모뎀이 다루는 프로토콜은 인터넷 프로토콜(IP:Internet Protocol)로서, 케이블모뎀 시스템은 IP 메시지의 투명한 전송을 위하여 다음의 표 1과 같은 계층적인 구조를 가지고 있다.

계 층	부 계 층
네트워크 계층	-
데이터 연결 계층	논리 연결 제어(LLC) 부계층
	연결 보안 부계층
	매체 접속 제어(MAC) 부계층
물리 계층	전송 수렴(TC) 부계층
물리 계층	물리 매체 종속(PMD) 부계층

케이블모뎀 시스템의 계층 구조는 상기 표 1과 같이 네트워크 계층, 데이터 연결 계층, 물리 계층과 같이 수직적인 구조로 구분된다. 또한, 상기 데이터 연결 계층은 논리 연결 제어(LLC:Logical Link Control) 부계층, 연결 보안(link-security) 부계층, 및 매체 접속 제어(MAC:Medium Access Control) 부계층으로 구분되고, 상기 물리 계층은 전송 수렴(TC:Transmission Convergence) 부계층과 물리 매체 종속(PMD:Physical Medium Dependent) 부계층으로 구분된다.

상기에서 네트워크 계층은 인터넷 프로토콜(IP) 계층으로서 IP 트래픽을 전송한다. 데이터 연결 계층의 논리 연결 제어(LLC) 부계층은 이더넷 표준을 확립하고, 매체 접속 제어(MAC) 부계층은 가변 길이의 PDU를 지원하며, MAC 프로토콜은 CMTS에 의하여 대역할당을 제어하고 상향에서 일정 시간 간격의 미니슬롯으로 스트림을 나누고 가변 길이의 패킷을 지원하여 대역할당의 효율을 증가시키는 등의 특징을 가지고 있다.

물리 계층의 전송 수렴(TC) 계층은 하향의 경우에만 존재하여 디지털 비디오와 같은 추가의 서비스를 제공하며, 연속된 188바이트의 MPEG 패킷을 정의한다. 그리고, 물리 매체 종속 (PMD) 부계층은 하향의 경우 64QAM과 256QAM의 변조방식, 리드솔로몬과 트렐리스의 에러정정코드 등의 기능을 지원하고 상향의 경우 QPSK와 16QAM의 변조방식, TDMA, 고정길이 프레임과 가변길이 PDU 등을 지원한다.

그런데, 케이블모뎀은 CMTS로부터 케이블 망을 통해 데이터 패킷을 수신할 경우, 케이블 물리 매체 종속(PMD) 계층, 하향(Downstream) 전송 수렴(TC) 계층, 케이블 매체 접속 제어(MAC) 계층, 링크 보안 계층, 논리 연결 제어(LLC) 계층을 거친 후에 목적지 검출에 의해 비로소 수신 여부를 결정하여 폐기 또는 이더넷으로 브리징시킨다. 즉, 데이터를 폐기시키거나 폐기시키지 않는 모든 경우에 대하여 상위 계층까지 가서 데이터의 수신 여부를 결정하므로, 이때 폐기시킬 데이터를 상위계층까지 전달한 후 폐기시키는 것은 케이블모뎀의 자원을 낭비하는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 케이블모뎀 단말 시스템으로부터 케이블모뎀으로 데이터 패킷을 전송시, MAC 계층에서 데이터 수신여부를 검사할 수 있도록 된 케이블모뎀 시스템의 패킷 데이터 PDU 전송 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 다수의 가입자가 각각 케이블모뎀을 이용하여 케이블망을 통해 케이블모뎀 단말 시스템(CMTS)과 연결되고, 상기 CMTS와 케이블모뎀간에 MAC 프레임을 이용하여 데이터를 주고받는 케이블모뎀 시스템에 있어서, 상기 케이블모뎀 단말 시스템이 패킷 데이터를 전송시 MAC 프레임의 확장 헤더 필드(EHDR)에 목적지 주소와 상응하는 서비스 ID를 실어보내고, 상기 케이블모뎀이 패킷 데이터를 수신시 상기 확장 헤더 필드로부터 서비스 ID를 읽어와, 패킷 데이터의 수신 여부를 결정하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 일반적인 케이블모뎀 네트워크와 그 주변 장치를 도시한 도면,

도 2는 일반적인 MAC 프레임의 헤더구조를 도시한 도면,

도 3은 확장헤더를 갖고 있지 않은 패킷 PDU MAC 프레임의 구조를 도시한 도면,

도 4는 본 발명의 케이블모뎀 시스템의 패킷 데이터 PDU 전송 방법에 따른 MAC 프레임의 구조를 도시한 도면이다.

＊도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예에 대하여 자세히 살펴보기로 한다.

먼저, CMTS와 CM간의 데이터 전송에 대하여 살펴보기로 한다.

케이블모뎀 단말 시스템(CMTS)과 케이블모뎀(CM)은 매체 접속 제어(MAC) 부계층에서 상향 및 하향의 양방향으로 기본 전송 단위인 MAC(Medium Access Control) 프레임을 이용하여 데이터를 주고 받는다. 이때, MAC 부계층에서는 각 하향 채널에 대하여 단일의 송신부, 즉 CMTS로 제한하고, 모든 케이블모뎀은 햐향 채널을 통해 전송된 프레임을 읽어본 뒤, 자신의 목적지와 동일한 프레임만을 받아들인다. 또한, 상향 채널에서는 다수개의 송신부, 즉 케이블모뎀(CM)과 하나의 수신부, 즉 CMTS간의 데이터 전송을 특징으로 하며, 일정 간격의 미니슬롯으로 시간 프레임을 구성하고 이 시간 프레임을 단위로 대역을 할당하도록 되어 있어, CMTS가 하향 채널에서 상향의 대역 할당 관리를 위한 시간 참조 및 제어 정보를 제공하면, 각 케이블모뎀은 일정 간격의 시간 프레임을 이용하여 데이터를 전송한다.

상기 MAC 프레임의 구조는 MAC 프레임의 내용을 정의하는 MAC 헤더, 및 MAC 헤더에 따라 그 길이와 존재 여부가 정해지는 데이터 PDU(Protocol data Unit)로 구성되는데, 상기 MAC 프레임은 상향스트림의 경우 MAC 헤더 앞에 물리 매체 종속(PMD) 부계층 오버헤드가 붙고, 하향스트림의 경우 MPEG 전송 헤더가 붙어서 전송된다.

도 2는 MAC 프레임의 헤더 구조를 나타낸 도면으로, 도 2에 도시된 바와 같이 MAC 프레임의 헤더는 1바이트의 FC(Frame Control), 1 바이트의 MAC_PARM (Parameter), 2바이트의 LEN(Length), 가변 길이의 EHDR(Extended MAC Header), 2바이트의 HCS(MAC Header Check Sequence)로 구성된다.

상기 FC는 MAC 헤더의 타입을 정의하는 것으로서, 2비트의 MAC 프레임 제어 타입 필드 FC_TYPE, 5비트의 파라메터 비트 FC_PARM, 상기 EHDR 필드가 존재하는지의 여부를 나타내는 1비트의 EHDR_ON로 구분된다. 상기 MAC_PARM은 파라메터 필드로서, 상기 EHDR_ON이 '1'로서 EHDR 필드가 존재함을 나타낼 경우 EHDR 필드의 길이를 나타내며, 상기 LEN은 MAC 프레임의 길이를 나타내는 것으로, MAC 헤더가 요구(Request) 헤더일 경우에는 서비스를 정의하기 위한 SID(Service IDentifier)로 이용되고, 상기 HCS는 MAC 프레임 내의 비트 오류를 검출한다.

상기 EHDR 필드는 하나 이상의 EH(확장 헤더) 엘리먼트로 구성되며, 상기 EH 엘리먼트는 4비트의 EH_TYPE, 4비트의 EH_LEN, 0 내지 15바이트의 EH_VALUE로 구성된다. 상기 EH_TYPE은 16(=2⁴)개 값중에서 0부터 7까지의 값을 가지면 케이블모뎀과 CMTS간의 단방향 전송시에 사용되고, 다음 7개의 값을 가지면 MAC 부계층안에서 점대점 전송을 위한 것이고, 나머지 하나의 값을 가지면 더 많은 확장 헤더 타입 및 값(Value)을 갖는 확장 헤더에 사용된다.

여기서, FC_TYPE에 따른 MAC 헤더의 타입을 살펴보면, FC_TYPE이 '00'이면 MAC 헤더가 패킷 PDU MAC 헤더임을 나타내고 '01'이면 ATM 셀 MAC 헤더임을 나타내고 '10'이면 예약 PDU MAC 헤더임을 나타내고 '11'이면 특정한 MAC 프레임의 제어를 목적으로 한 MAC 헤더임을 나타낸다.

한편, MAC 부계층은 가변 길이의 이더넷 타입의 패킷 데이터 PDU(Protocol Data Unit)를 지원하며, 확장헤더(EHDR 필드)를 갖고 있지 않은 패킷 PDU MAC 프레임의 구조를 살펴보면 도 3에 도시된 바와 같다.

즉, FC 필드를 구성하는 2비트의 FC TYPE는 MAC 헤더의 타입이 패킷 PDU 헤더이므로 앞서 설명한 바와 같이 '00'으로 표시되며, FC_PARM의 5비트중에서 FC_PARM[4]는 보안 헤더가 있으면 1, 없으면 0으로 셋되고, FC_PARM[3:0]은 예약되어 있는 비트로서 '000'으로 셋되어있다. 그리고 EHER_ON 필드는 EHDR 필드가 존재하지 않으므로 0으로 표시된다. 또한, 패킷 PDU 데이터 구조는 도 3에 도시된 바와 같이 목적지 주소를 나타내는 6바이트의 DA(Destination Address) 필드와, 출발지 주소를 나타내는 6바이트의 SA(Source Address) 필드, 이더넷 타입 또는 길이를 나타내는 2바이트의 Type/Len 필드, 가변 길이의 사용자 데이터(User Data), 및 오류 검출을 위한 4바이트의 CRC 필드로 구성된다.

케이블모뎀은 이와 같은 구조의 패킷 MAC 프레임을 CMTS로부터 전송받아, 논리 연결 제어(LLC) 계층에서 상기 목적지 주소에 따라 데이터를 전달하거나 폐기하게 되는데, 본 발명은 MAC 프레임 전송시 확장 필드에 목적지 주소와 상응하는 서비스 ID(Service IDentifier)를 실어보내, MAC 계층에서 데이터 수신 여부를 결정하도록 하기 위한 것이다.

도 4는 본 발명의 케이블모뎀 시스템의 패킷 데이터 PDU 전송 방법에 따른 MAC 프레임의 구조를 도시한 것으로서, EHDR 확장 필드를 포함한 MAC 프레임 헤더와, 패킷 PDU로 구성되어 있다.

상기 MAC 프레임 헤더의 FC 필드중에서 FC_TYPE 필드는 MAC 헤더가 패킷 PDU의 MAC 헤더이므로 '00'이 되고, EHDR 필드가 존재하는지의 여부를 나타내는 1비트의 EHDR_ON 필드는 확장 필드가 존재하므로 '1'로 셋된다. MAC_PARM 필드는 EHDR 필드의 길이를 바이트 단위로 표시하고, LEN 필드는 EHDR 필드를 포함한 MAC 프레임의 길이를 바이트 단위로 표시한다.

EHDR 필드는 앞서 설명한 바와 같이, 4비트의 EH_TYPE와 4비트의 EH_LEN, 및 0부터 15바이트의 가변 길이를 갖는 EH_VALUE로 구성되는데, 본 발명에 따라 2바이트의 서비스 ID를 전송하기 위하여 EH_TYPE는 단방향 전송으로 예약되어 있는 3, 즉 '0011'로 셋시킨다. 또한, 본 발명에 따른 확장 필드는 4비트의 EH_TYPE 필드와, 4비트의 EH_LEN 필드, 및 2바이트의 서비스 ID를 전송하도록 된 EH_VALUE 필드로 구성되어 그 길이가 총 3비트이므로 EH_LEN은 3, 즉 '0011'로 셋시킨다.

상기 서비스 ID는 장치 정의와 서비스 등급 관리를 제공하는 것으로서, 특히 CMTS에 의해 케이블모뎀에 대역을 할당하는 특별한 매핑을 정의하기 위하여 상향 대역 할당에 필수적이다.

따라서, 케이블모뎀 단말 시스템(CMTS)은 패킷 PDU MAC 프레임 전송시, 이와 같은 서비스 ID 정보를 상기와 같이 MAC 프레임의 확장 필드 EHDR에 실어 보내고, 케이블모뎀(CM)은 MAC 부계층에서 상기 서비스 ID를 읽은 후 해당 서비스 ID가 아니면 MAC 프레임의 나머지 부분, 즉 HCS 필드와 패킷 PDU를 수신하지 않고 바로 폐기시키면 된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 방법은 CMTS에서 케이블모뎀으로 패킷 데이터 PDU를 전송시, 확장 필드에 서비스 ID 정보를 실어 보내고 케이블모뎀이 MAC 부계층에서 서비스 ID 검출에 의하여 데이터 수신 여부를 판단함으로써, 상위 계층까지 데이터를 전송하지 않고도 데이터 수신 여부를 확인할 수 있으며, 불필요한 데이터 패킷 데이터의 수신을 방지하는 효과가 있다.

Claims

다수의 가입자가 각각 케이블모뎀을 이용하여 케이블망을 통해 케이블모뎀 단말 시스템(CMTS,30)과 연결되고, 상기 CMTS(30)와 케이블모뎀간에 MAC 프레임을 이용하여 데이터를 주고받는 케이블모뎀 시스템에 있어서,

상기 케이블모뎀 단말 시스템이 패킷 데이터를 전송시 MAC 프레임의 확장 헤더 필드(EHDR)에 목적지 주소와 상응하는 서비스 ID를 실어보내고, 상기 케이블모뎀이 패킷 데이터를 수신시 상기 확장 헤더 필드로부터 서비스 ID를 읽어와, 패킷 데이터의 수신 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 케이블모뎀 시스템의 패킷 데이터 PDU 전송 방법.