KR20000026836A - Method for managing queue of router - Google Patents

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서평원
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Abstract

PURPOSE: A method for managing queue of a router is to in advance drop a packet of a terminal transmitting the most packets before queue is overflowed and thereby improve performance of the router and transmission velocity of a network. CONSTITUTION: A method for managing queue of a router comprises the steps of: watching packets inputted to a queue for designating a critical size of the queue(S0); computing a current size of the queue by allowing a RED(Random early detection) processor part to monitor the queue periodically(S1); comparing the critical size of the queue with the current size of the queue(S2,S3); and determining whether to drop the packet to be inputted to the queue. In the determining step, when the current size of the queue is smaller than a minimum critical size of the queue, the packet is inputted to the queue without performing the RED computation. And, when the current size of the queue is the same or greater than the minimum critical size and is smaller or the same than a maximum critical size of the queue, the packet is inputted to the queue after performing the RED computation, and when the current size is greater than the maximum critical size, the packet is dropped without performing the RED.

Description

라우터의 큐우 관리 방법How to manage queues on your router

본 발명은 라우터(Router)의 큐우(Quene) 관리 방법에 관한 것으로서, 특히 라우터 장치의 왠(WAN ; Wide Area Network) 포트(Port)의 큐우 관리 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a queue management method of a router, and more particularly, to a queue management method of a WAN (Wide Area Network) port of a router device.

일반적으로, 큐우(Queue)는 순서가 있는 원형 리스트로서, 데이터의 입력은 한쪽 끝에서만 일어나고 데이터의 출력은 다른 쪽 끝에서만 일어나는 자료구조를 말한다.In general, a queue is an ordered circular list in which data input occurs only at one end and data output occurs only at the other end.

한편, 라우터(Router)는 전용회선을 통해 랜(LAN ; Local Area Network)에 접속된 여러 시스템들이 동시에 인터넷을 사용할 수 있도록 하는 장치로서, 목적지까지 데이터가 전달될 수 있도록 하는 기능을 하며, 2개 이상의 네트워크를 접속할 때 사용하며 상호간의 데이터를 중계한다. 또한, 라우터는 라우팅(Routing) 정보를 참조하여 경로를 결정하여 데이터를 중계하며 서로 다른 네트워크를 연결해 준다. 대부분의 라우터는 IP(Internet Protocol ; 인터텟 프로토콜) 라우팅 기능과 랜용 프로토콜들의 브리징(Bridging) 기능뿐만 아니라 왠(WAN)용 프로토콜의 라우팅 기능도 제공한다. 여기에서, 라우팅은 패킷(Packet)을 목적지에 전달하기 위해서 경로정보를 이용하여 어느 노드(Node)에 전달하는 가를 각 노드가 판단할 수 있게 하고 그 정보에 따라서 패킷을 전달하게 하는 기능을 한다.Meanwhile, a router is a device that allows multiple systems connected to a local area network (LAN) to use the Internet at the same time through a dedicated line, and enables data to be delivered to a destination. It is used to connect the above network and relay data between each other. In addition, the router determines routing based on routing information, relays data, and connects different networks. Most routers provide Internet (Internet Protocol) routing and bridging of LAN protocols, as well as routing of WAN protocols. In this case, the routing function allows each node to determine which node to deliver the packet to using the route information to deliver the packet to the destination, and delivers the packet according to the information.

이와 같은 종래의 라우터는 왠 포트(Port)의 외부로 송신될 패킷을 처리하는 송신 큐우에 트래픽(Traffic)이 많아 큐우가 오버플로우(Overflow) 될 때에는 큐우에 입력되는 모든 패킷을 드롭(Drop)시킨다. 이때, 드롭되는 패킷은 아무런 기준이 없이 드롭되게 된다.Such a conventional router has a lot of traffic in a transmission queue processing a packet to be transmitted outside the WAN port, and when the queue overflows, all the packets input to the queue are dropped. . At this time, the dropped packet is dropped without any reference.

그리하여, 라우터에서 패킷이 드롭되게 되면 라우터 장치에 연결되어 있는 단말에 구현되어 있는 TCP(Transmission Control Protocol ; 전송 제어 프로토콜)는 전송하는 패킷의 수를 최소 패킷인 하나의 패킷으로 줄이게 되므로 라우터의 왠 포트 큐우는 순간적으로 비어 있는 상태가 된다. 예를 들어, TCP 프로토콜에 의해 전송되는 패킷의 수는 지수함수적(Exponential)인 증가율로 1개, 2개, 4개, 8개, 16개 … 식으로 전송하게 되어 있지만 단말과 연결되어 있는 라우터의 큐우의 오버플로우로 인해 패킷의 드롭이 발생되면 단말의 TCP 는 최소 패킷 수인 1개의 패킷만을 전송하게 된다. 이어, 다음 전송시에는 선형함수적(Linear)인 증가율에 의해 1개, 2개, 3개, 4개 … 식으로 단말의 TCP 는 라우터로 패킷을 전송하게 되는데, 이때 라우터의 큐우는 거의 비어있는 상태가 된다. 이런 패킷 전송 방식이 슬로우 스타트(Slow Start) 기법이다.Thus, when a packet is dropped from the router, TCP (Transmission Control Protocol) implemented in the terminal connected to the router device reduces the number of packets to be transmitted to one packet, which is a minimum packet. The cue is instantly empty. For example, the number of packets sent by the TCP protocol can be exponentially increased by one, two, four, eight, sixteen, .... Although the packet is dropped due to the overflow of the queue of the router connected to the terminal, the TCP of the terminal transmits only one packet, which is the minimum number of packets. Then, in the next transmission, 1, 2, 3, 4… In this way, the TCP of the terminal transmits a packet to the router, where the queue of the router is almost empty. This packet transmission method is a slow start technique.

일반적인 네트워크에서도 이러한 상황은 빈번히 발생하며, 따라서 라우터를 포함하는 네트워크는 휴지(Idle) 상태가 되어 라우터의 성능 및 네트워크의 사용율(Utilization)이 낮아지는 문제점이 있었다.Such a situation occurs frequently in a general network, and thus, a network including a router is in an idle state, thereby lowering router performance and utilization of the network.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 라우터에 RED(Random Early Detection ; 랜덤 초기 검출) 방식을 효율적으로 적용하여 큐우가 오버플로우 되기 전에 패킷을 가장 많이 전송하는 단말의 패킷을 미리 드롭시킴으로써 큐우가 항상 일정 수준 이상의 패킷을 보유하도록 하여 라우터의 성능 향상과 네트워크의 전송속도를 향상시킬 수 있는 라우터의 큐우 관리 방법을 제공하기 위한 것이다.An object of the present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and by applying RED (Random Early Detection) to the router efficiently, the packet is most transmitted before the queue overflows. By dropping the packet of the terminal in advance so that the queue always has a certain level or more packets to provide a router queue management method that can improve the performance of the router and the transmission speed of the network.

이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 큐우에 입력되는 패킷들을 관찰하여 임계 큐우 크기를 미리 설정하는 단계와, 상기 큐우의 현재 큐우 크기를 계산하는 단계와, 상기 현재 큐우 크기와 임계 큐우 크기를 비교하는 단계와, 상기 비교한 결과에 따라 상기 큐우에 입력될 패킷의 드롭여부를 결정하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method for observing packets input to a queuing to set a threshold queuing size, calculating a current queuing size of the queuing, and calculating the current queuing size and the critical queuing size. And determining whether to drop a packet to be input to the queue according to the comparing result.

바람직하게는, 상기 큐우의 현재 큐우 크기를 계산하는 단계는 RED 프로세스부가 큐우를 주기적으로 모니터링하여 계산한다. 또한, 상기 큐우에 입력될 패킷의 드롭여부를 결정하는 단계는 현재 큐우 크기가 최소 임계 큐우 크기보다 작을 경우에는 RED 연산을 수행함이 없이 큐우에 패킷을 입력시키고, 현재 큐우 크기가 최소 임계 큐우 크기보다 같거나 크고 최대 임계 큐우 크기보다 작거나 같을 경우에는 RED 연산을 수행한 후 큐우에 패킷을 입력시키며, 현재 큐우 크기가 최대 임계 큐우 크기보다 클 경우에는 RED 연산을 수행함이 없이 큐우에 입력될 패킷을 드롭시킨다.Preferably, the step of calculating the current size of the cue is calculated by the RED processor periodically monitors the cue. In addition, the step of determining whether to drop the packet to be input to the queue, if the current queue size is less than the minimum threshold queue size is entered into the queue without performing a RED operation, the current queue size is larger than the minimum threshold queue size If it is equal to or greater than and equal to or less than the maximum threshold queue size, the packet is input to the queue after performing a RED operation.If the current queue size is larger than the maximum threshold queue size, the packet to be input to the queue without performing the RED operation is Drop it.

도 1 은 본 발명에 따른 라우터 장치의 프로토콜 스택(Stack)과 연결관계를 나타낸 블록구성도.1 is a block diagram illustrating a connection relationship with a protocol stack of a router device according to the present invention.

도 2 는 본 발명에 따른 RED 프로세스부가 큐우에 입력될 패킷을 처리하는 과정을 나타낸 플로우 챠트.2 is a flowchart illustrating a process of processing a packet to be input to a queue by a RED process unit according to the present invention;

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

14 : 왠 포트 큐우 15 : RED 프로세스부14: WAN Port Kyu 15: RED process unit

이하, 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 구성 및 작용을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, the configuration and operation according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1 은 본 발명에 따른 라우터 장치의 프로토콜 스택(Stack)과 연결관계를 나타낸 블록구성도이다.1 is a block diagram showing a connection relationship with a protocol stack of a router device according to the present invention.

도 1 를 참조하여 설명하면, 일반적인 네트워크의 구성에서 랜 포트의 속도에 비해 왠 포트의 속도가 현저히 늦다. 예를 들면, 랜 포트의 속도가 10 Mbps 이고, 왠 포트의 속도는 56 Kbps 정도이다.Referring to FIG. 1, the WAN port speed is significantly slower than the LAN port speed in a general network configuration. For example, the speed of a LAN port is 10 Mbps, and the WAN port is about 56 Kbps.

따라서, 왠 포트 큐우(14)가 랜 포트 큐우(8)에 비해 용량이 부족하므로 오버플로우 될 확률이 높게 된다. 도 1 에 도시된 본 발명의 일 실시예는 왠 포트 큐우(14)가 오버플로우 되는 것을 방지하고 라우터의 성능 향상 및 네트워크의 효율성을 높이기 위해 RED(Random Early Detection ; 랜덤 초기 검출) 프로세스부(15)를 구비시켜 왠 포트 큐우(14)를 관리하도록 한다.Therefore, since the WAN port Qiu 14 has a smaller capacity than the LAN port QU 8, the probability of overflow is high. One embodiment of the present invention shown in FIG. 1 is a random early detection (RED) process unit 15 to prevent the WAN port queue 14 from overflowing and to improve router performance and network efficiency. ) To manage the WAN port Kyu (14).

여기에서, RED 는 높은 전송속도를 갖는 패킷 스위칭(Switching) 네트워크에서 패킷 간의 충돌을 방지하기 위해 제안된 메커니즘이다.Here, RED is a proposed mechanism for preventing collisions between packets in a packet switching network having a high transmission rate.

RED 는 평균 큐우 크기(Size)를 모니터링하고 큐우상태에 따라 패킷을 드롭시켜 큐우가 오버플로우 되지 않도록 한다. 특히, RED 는 큐우에 입력될 패킷을 드롭시킬려면 입력될 패킷에 드롭 비트(Drop Bit)를 추가시켜 패킷을 드롭시키게 된다. 또한, RED 는 큐우에 입력될 패킷의 드롭 여부를 검사한다.RED monitors the average queue size and drops packets according to the queue status to prevent the queue from overflowing. In particular, in order to drop a packet to be input to the queue, RED adds a drop bit to the packet to be input to drop the packet. In addition, RED checks whether or not to drop a packet to be input to the queue.

하지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 RED 프로세스부(15)는 RED 메커니즘을 라우터 장치에 적용시키기 위한 것으로서, 왠 프로토콜인 PPP(9)와 브리지(10)와 프레임 릴레이(11)로부터 생성되어 외부로 송신되는 패킷이 왠 포트 큐우(14)에 입력되는 것을 제어, 관리한다. 이때, RED 프로세스부(15)는 왠 프로토콜과 왠 포트 큐우(14) 사이에 위치시키면 시리얼(Serial)적인 연결이 되어 상기 RED 프로세스부(15)가 왠 프로토콜에서 생성되는 모든 패킷에 대해 RED 메커니즘을 적용시키게 되므로 라우터의 성능 및 속도가 저하되게 된다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 왠 포트 큐우(14)와 RED 프로세스부(15)가 병렬(Parallel)적으로 연결시켜 RED 프로세스부(15)가 왠 포트 큐우(14)를 제어,관리하도록 한다. 이러한 병렬적인 연결에 의해 RED 프로세스부(15)가 모든 패킷을 검사함에도 불구하고 큐우에서의 패킷 처리와 동시에 처리하게 되어 전체적인 라우터의 처리속도가 향상 될 수 있고, 라우터의 중앙처리장치(CPU)의 부하를 줄이기 위해 RED 프로세스부(15)에게 작업을 지시하는 RED 태스크(Task)는 낮은 우선순위(Low Priority)를 부여한다. 그리하여, RED 프로세스부(15)는 매번 왠 포트 큐우(14)를 모니터링 하는 것이 아니라 낮은 우선순위의 RED 태스크에 의해 주기적으로 왠 포트 큐우(14)를 모니터링 한다.However, the RED process unit 15 according to an embodiment of the present invention is for applying the RED mechanism to the router device, and is generated from the WAN protocol PPP 9, the bridge 10, and the frame relay 11 to be external. The packet transmitted to the WAN port queue 14 is controlled and managed. At this time, if the RED process unit 15 is located between the WAN protocol and the WAN port QU 14, the serial connection is established, and the RED process unit 15 performs a RED mechanism for all packets generated by the WAN protocol. As a result, the performance and speed of the router may be reduced. Therefore, in an embodiment of the present invention, the WAN port QU 14 and the RED process unit 15 are connected in parallel to allow the RED process unit 15 to control and manage the WAN port QU 14. . Through this parallel connection, the RED processor 15 processes all packets simultaneously with the packet processing in the queue even though all packets are examined, thereby improving the overall processing speed of the router. In order to reduce the load, the RED task instructing the RED process unit 15 gives a low priority. Thus, the RED process unit 15 does not monitor the WAN port queue 14 every time, but periodically monitors the WAN port queue 14 by a low priority RED task.

또한, 본 발명의 일 실시예에서는 RED 프로세스부(15)가 왠 포트 큐우(14)가 오버플로우가 발생할 조짐이 보이면 패킷에 드롭 비트를 추가하지 않고 곧바로 패킷을 드롭시킨다. 왜냐하면, 드롭 비트의 사용은 RED 프로세스부(15)를 사용하지 않는 장비와의 통신을 불가능하게 하기 때문이다. 그리고, 오버플로우가 발생될 조짐이 보이는 시점은 현재의 평균 큐우 크기가 최소 임계 큐우 크기보다 크고 최대 임계 큐우 크기보다 작은 경우이다. 이때. 패킷을 많이 전송하는 단말의 패킷이 드롭될 확률이 높도록 하는 EWMA(Exponential Weighted Moving Average) 기법에 의해 RED 프로세스부(15)가 드롭을 결정하게 된다.In addition, in one embodiment of the present invention, if the RED process unit 15 indicates that the WAN port queue 14 may overflow, the packet is immediately dropped without adding a drop bit to the packet. This is because the use of the drop bit makes communication with equipment not using the RED process unit 15 impossible. And, the time point at which the sign of overflow occurs is a case where the current average queue size is larger than the minimum threshold queue size and smaller than the maximum threshold queue size. At this time. The RED processor 15 determines the drop by an Exponential Weighted Moving Average (EWMA) technique in which a packet of a terminal transmitting a lot of packets has a high probability of dropping.

도 2 는 본 발명에 따른 RED 프로세스부가 큐우에 입력될 패킷을 처리하는 과정을 나타낸 플로우 챠트이다.2 is a flowchart illustrating a process of processing a packet to be input to a queue by a RED process unit according to the present invention.

도 2 를 참조하여 설명하면, 먼저 왠 포트 큐우(14)에 입력되는 패킷들을 계속 관찰하여 최소 임계 큐우 크기와 최대 임계 큐우 크기를 미리 설정한다(S0). 이때, 최소 임계 큐우 크기는 전체 큐우 크기의 10분의 5 로 설정하고, 최대 임계 큐우 크기는 전체 큐우 크기의 10분의 8 로 설정하는데, 상기 임계 큐우 크기를 일반적인 네트워크 상에서의 트래픽(Traffic) 양에 기초하여 설정할 수 있다.Referring to FIG. 2, first, packets that are input to the WAN port queue 14 are continuously observed to set a minimum threshold queue size and a maximum threshold queue size in advance (S0). In this case, the minimum threshold queue size is set to 5/10 of the total queue size, and the maximum threshold queue size is set to 8/10 of the total queue size, and the threshold queue size is set to the amount of traffic on a general network. Can be set based on.

상기 설정 이후에 왠 구동부(12)가 왠 포트 큐우(14)의 현재의 큐우 크기를 계산한다(S1).After the setting, the WAN driver 12 calculates the size of the current queue of the WAN port QU 14 (S1).

이어, 현재 큐우 크기와 최소 임계 큐우 크기를 비교하여(S2) 작을 경우에는 RED 연산을 수행하지 않고 곧바로 왠 포트 큐우(14)에 패킷을 입력시킨다(S5). 상기 작지 않을 경우에는 현재 큐우 크기와 최대 임계 큐우 크기를 비교하여(S3) 최소 임계 큐우 크기보다는 같거나 크고 최대 임계 큐우 크기보다 같거나 작을 경우에는 RED 프로세스부(15)에 의해 RED 연산을 수행하여(S4) 왠 포트 큐우(14)에 패킷을 입력할 것인지 드롭할 것인지를 결정한다. 그리고, 현재 큐우 크기가 최대 임계 큐우 크기보다 클 경우에는 RED 연산을 수행하지 않고 왠 포트 큐우(14)에 입력될 패킷을 무조건 드롭한다(S6).Subsequently, when the current queue size is compared with the minimum threshold queue size (S2), the packet is directly input to the WAN port queue 14 without performing a RED operation (S5). If the size is not small, the current queue size and the maximum threshold queue size are compared (S3). If the size is greater than or equal to the minimum threshold queue size and is less than or equal to the maximum threshold queue size, the RED operation is performed by the RED processor 15. (S4) Decide whether to input or drop a packet to the WAN port queue. If the current queue size is larger than the maximum threshold queue size, the packet to be input to the WAN port queue 14 is unconditionally dropped without performing a RED operation (S6).

여기서, 유의할 점은 일반적인 RED 메커니즘은 패킷을 바로 드롭시키지 않고 입력될 패킷에 드롭 비트를 추가시킨다는 것이다. 하지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 RED 프로세스부(15)에서는 바로 패킷을 드롭시킴으로써 패킷 처리 능률을 향상시킨다.Note that the general RED mechanism adds a drop bit to the incoming packet without dropping the packet directly. However, the RED processor 15 according to an embodiment of the present invention improves packet processing efficiency by directly dropping packets.

이와 같은 본 발명의 일 실시예에서는 큐우의 오버플로우가 발생할 확률이 높은 왠 포트의 큐우에 한정하여 설명하였지만, 이에 한정되지 않고 모든 큐우의 관리에 적용시켜 사용할 수 있다.Although one embodiment of the present invention described above is limited to the Kew of the WAN port having a high probability of overflow of the Kew, the present invention is not limited thereto and may be applied to the management of all Kew.

이상의 설명에서와 같은 본 발명은 라우터의 큐우가 오버플로우 되어 각 패킷 간에 충돌이 발생하기 전에 RED 프로세스부를 효율적으로 운용하여 미리 큐우에 입력될 패킷을 드롭시키므로 큐우 크기를 항상 일정한 크기로 유지하여 큐잉(Queueing) 지연(Delay)을 줄일 수 있고, 라우터의 성능과 처리속도와 전체 네트워크의 전송 속도를 증가시킬 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, since the queuing of the router overflows, the RED processing unit is efficiently operated before the collision between each packet occurs, thereby dropping the packets to be input to the queuing in advance so that the queuing size is always maintained at a constant size. It can reduce the delay and increase the router's performance, processing speed, and transmission speed of the entire network.

Claims (5)

큐우에 입력되는 패킷들을 관찰하여 임계 큐우 크기를 미리 설정하는 단계와;Observing packets input to the queue to preset a threshold queue size; 상기 큐우의 현재 큐우 크기를 계산하는 단계와;Calculating a current cue size of the cue; 상기 현재 큐우 크기와 임계 큐우 크기를 비교하는 단계와;Comparing the current queue size with a threshold queue size; 상기 비교한 결과에 따라 상기 큐우에 입력될 패킷의 드롭여부를 결정하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 라우터의 큐우 관리 방법.And determining whether or not to drop a packet to be input to the queue according to the result of the comparison. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 큐우의 현재 큐우 크기를 계산하는 단계는 RED 프로세스부가 큐우를 주기적으로 모니터링하여 계산하는 것을 특징으로 하는 라우터의 큐우 관리 방법.Computing the current queue size of the queue is a queue management method of the router, characterized in that the RED processor periodically monitors and calculates the queue. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 큐우에 입력될 패킷의 드롭여부를 결정하는 단계는 현재 큐우 크기가 최소 임계 큐우 크기보다 작을 경우에는 RED 연산을 수행함이 없이 큐우에 패킷을 입력시키는 것을 특징으로 하는 라우터의 큐우 관리 방법.Determining whether or not to drop the packet to be input to the queue, if the current queue size is less than the minimum threshold queue size, the packet management method of the router, characterized in that to input the packet to the queue without performing a RED operation. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 큐우에 입력될 패킷의 드롭여부를 결정하는 단계는 현재 큐우 크기가 최소 임계 큐우 크기보다 같거나 크고 최대 임계 큐우 크기보다 작거나 같을 경우에는 RED 연산을 수행한 후 큐우에 패킷을 입력시키는 것을 특징으로 하는 라우터의 큐우 관리 방법.Determining whether to drop the packet to be input to the queue is characterized in that the packet is input to the queue after performing a RED operation if the current queue size is greater than or equal to the minimum threshold queue size and less than or equal to the maximum threshold queue size. The queue management method of router to assume. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 큐우에 입력될 패킷의 드롭여부를 결정하는 단계는 현재 큐우 크기가 최대 임계 큐우 크기보다 클 경우에는 RED 연산을 수행함이 없이 큐우에 입력될 패킷을 드롭시키는 것을 특징으로 하는 라우터의 큐우 관리 방법.And determining whether to drop a packet to be input to the queue, if the current queue size is larger than the maximum threshold queue size, dropping a packet to be input to the queue without performing a RED operation.
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