KR20020025427A

KR20020025427A - 아이피 패킷 포워딩 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR20020025427A
Application number: KR1020000057213A
Authority: KR
Inventors: 이동환
Original assignee: 정덕량; 주식회사 텔피온
Priority date: 2000-09-29
Filing date: 2000-09-29
Publication date: 2002-04-04

Abstract

본 발명은 Non-MPLS 망에서의 IP 패킷을 MPLS 망으로 전송하여 주는 장치인 LER에 구비된 IP 패킷 포워딩 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

본 발명에 의한 IP 패킷 포워딩 장치는 수신된 MAC 프레임의 에러 발생 유무를 검사하고, 정상인 MAC 프레임의 데이터 영역에 포함된 데이터가 IP 패킷인지 여부를 검사하는 L2헤더검사부; L2헤더검사부로부터 IP 패킷을 전달받아 에러 발생 유무를 검사하는 IP헤더검사부; IP헤더검사부로부터 전달된 정상인 IP 패킷에 포함된 목적지의 IP 주소에 대응하는 연결테이블주소를 출력하는 최장프리픽스정합부; IP헤더검사부로부터 정상인 IP 패킷을 전달받아 다수의 ATM 셀들로 분할하고, 최장프리픽스정합부로부터 전달받은 연결테이블주소에 대응하는 레이블을 검색하여 ATM 셀들의 헤더로 구성하는 분할/재조립부; 및 L2헤더검사부, IP헤더검사부 또는 최장프리픽스정합부에 의해 검출된 에러를 처리하고, L2헤더검사부에 의해 검출된 IP 패킷 이외의 데이터를 소프트웨어적으로 처리하는 프로토콜처리엔진을 포함한다.

본 발명에 의하면, LER에서 내용지정메모리와 연결테이블메모리를 사용하여 하드웨어로 처리함으로써 IP 패킷 포워딩의 성능을 획기적으로 개선시킬 수 있다.

Description

아이피 패킷 포워딩 장치 및 그 방법{Apparatus and method for forwarding Internet Protocol Packet}

본 발명은 엠.피.엘.에스(Multi-Protocol Label Switching : 이하에서 MPLS라 한다) 시스템을 구성하는데 필요한 IP(Internet Protocol : 이하에서 IP라 한다) 패킷 포워딩 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 Non-MPLS 망에서의 IP 패킷을 MPLS 망으로 전송하여 주는 장치인 엘.이.알(Label Edge Router : 이하에서 LER이라 한다)에 구비된 IP 패킷 포워딩 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

MPLS는 네트웍 트래픽 흐름의 속도를 높이고 관리하기 쉽게 하기 위해 입증된 표준기술이다. MPLS는 주어진 패킷 열에 대하여 특정 경로를 설정하는 것에 관여하는데, 각 패킷 내에는 라벨이 할당되어 있어서 MPLS 망 내의 라우터 입장에서는 그 패킷을 전달해야할 노드의 주소를 확인하는데 소요되는 시간을 절약할 수 있다. MPLS는 멀티프로토콜이라고 불리는데, 그 이유는 IP, 에이.티.엠(Asynchronous Transfer Mode : 이하에서 ATM이라 한다) 및 프레임 릴레이 네트웍 프로토콜 등과 함께 동작하기 때문이다. 네트웍의 오.에스.아이(Open Systems Interconnection : OSI) 표준 참조모델과 관련하여, MPLS 망의 LER은 제3계층(네트웍 계층) 처리를 수행하지만, MPLS망의 엘.에스.알(Label Switching Router : LSR)은 제2계층(데이터링크 계층)에서의 레이블 교환 기능만을 수행하여 패킷이 전달될 수 있게 한다. MPLS는 트래픽을 전반적으로 빠르게 움직이게 하는 것 외에도, 서비스 품질(Quality of Service : QoS)을 위한 네트웍 관리를 쉽게 해준다. 이러한 이유 때문에, MPLS 기술은 더 많고, 색다른 혼합 트래픽을 전송하기 위한 네트웍으로서 손쉽게 채택될 수 있다.

한편, 기존의 IP 네트워크를 구성하는 대부분의 IP 라우터는 실시간 패킷에 대하여 소프트웨어를 사용하여 L3 프로토콜 처리를 한 후, 라우팅 경로를 결정하는과정을 거치기 때문에 패킷 처리 성능을 저하시키는 문제점을 지니고 있다. 다시 말해서, 기존의 IP 라우터는 도 1에 도시된 바와 같이 IP 패킷에서 IP 패킷 헤더 추출(S10), 라우팅 테이블 해싱(routing table hashing)(S20) 및 경로 설정(S30) 등의 과정을 모두 소프트웨어로 처리하기 때문에 패킷 처리 성능을 높이기 어렵다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 창작된 것으로서, Non-MPLS 망에서의 IP 패킷을 MPLS 망으로 전송하여 주는 IP 패킷 포워딩 과정을 내용지정메모리와 연결테이블메모리를 사용하여 하드웨어로 처리함으로써 패킷 처리 성능을 현격히 높일 수 있는 IP 패킷 포워딩 장치 및 그 방법을 제공함을 그 목적으로 한다.

도 1은 종래의 기술에 의한 IP 패킷 라우팅 과정을 개념적으로 도시한 것이다.

도 2는 본 발명에 의한 IP 패킷 포워딩 장치의 구성을 도시한 블록도이다.

도 3은 MAC 프레임의 데이터 구조를 도시한 것이다.

도 4는 IP 패킷의 데이터 구조를 도시한 것이다.

도 5는 본 발명의 구성요소 중 하나인 최장프리픽스정합부에 구비된 내용지정메모리의 구조를 예시적으로 도시한 것이다.

도 6은 본 발명의 구성요소 중 하나인 분할/재조립부의 동작을 설명하기 위한 것이다.

도 7은 본 발명에 의한 IP 패킷 포워딩 방법을 시간 순서에 따라 도시한 흐름도이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 수신된 MAC 프레임에서 IP 패킷을 추출하여 구성한 ATM 셀들을 MPLS 도메인으로 전달하는 본 발명에 의한 IP 패킷 포워딩 장치는 수신된 MAC 프레임의 에러 발생 유무를 검사하고, 정상인 MAC 프레임의 데이터 영역에 포함된 데이터가 IP 패킷인지 여부를 검사하는 L2헤더검사부; 상기 L2헤더검사부로부터 IP 패킷을 전달받아 에러 발생 유무를 검사하는 IP헤더검사부; 상기 IP헤더검사부로부터 전달된 정상인 IP 패킷에 포함된 목적지의 IP 주소에 대응하는 연결테이블주소를 출력하는 최장프리픽스정합부; 상기 IP헤더검사부로부터 정상인 IP 패킷을 전달받아 다수의 ATM 셀들로 분할하고, 상기 최장프리픽스정합부로부터 전달받은 연결테이블주소에 대응하는 레이블을 검색하여 상기 ATM 셀들의 헤더로 구성하는 분할/재조립부; 및 상기 L2헤더검사부, 상기 IP헤더검사부 또는 상기 최장프리픽스정합부에 의해 검출된 에러를 처리하고, 상기 L2헤더검사부에 의해 검출된 IP 패킷 이외의 데이터를 소프트웨어적으로 처리하는 프로토콜처리엔진을 포함한다.

상기의 다른 목적을 달성하기 위하여, 수신된 MAC 프레임에서 IP 패킷을 추출하여 구성한 ATM 셀들을 MPLS 도메인으로 전달하는 본 발명에 의한 IP 패킷 포워딩 방법은 (a) 수신된 MAC 프레임의 에러 발생 유무를 검사하고, 정상인 MAC 프레임의 데이터 영역에 포함된 데이터가 IP 패킷인지 여부를 검사하는 L2헤더검사단계; (b) IP 패킷을 전달받아 에러 발생 유무를 검사하는 IP헤더검사단계; (c) 다수의 IP 주소들에 정상인 IP 패킷에 포함된 목적지의 IP 주소를 매칭시키고, 매칭된 IP 주소들 중에서 프리픽스의 길이가 가장 긴 IP 주소에 대응하는 연결테이블주소를 얻는 최장프리픽스정합단계; 및 (d) 정상인 IP 패킷을 다수의 ATM 셀들로 분할하고, 상기 최장프리픽스정합단계에서 얻은 연결테이블주소에 대응하는 레이블을 상기 ATM 셀들의 헤더로 구성하는 분할/재조립단계를 포함한다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 2에 의하면, 이더넷 등의 근거리통신망(Local Area Network:LAN)을 통해 수신된 MAC(Media Access Control) 프레임에서 IP 패킷을 추출하여 구성한 ATM 셀들을 MPLS 도메인으로 전달하는 본 발명에 의한 IP 패킷 포워딩 장치의 일실시예는 L2헤더검사부(10), IP헤더검사부(20), 최장프리픽스정합부(30), 분할/재조립부(40) 및 프로토콜처리엔진(50)을 포함하여 구성된다.

L2헤더검사부(10)는 수신된 MAC 프레임의 에러 발생 유무를 검사하고, 정상인 MAC 프레임의 데이터 영역에 포함된 데이터가 IP 패킷인지 여부를 검사하는 하드웨어 구성블록으로서, CRC계산부(12), CRC비교부(14) 및 프레임타입검사부(16) 등을 구비할 수 있다.

수신된 MAC 프레임의 데이터 구조는 도 3에 도시된 바와 같다. CRC(Cyclic Redundancy Checking)계산부(12)는 수신된 MAC 프레임에 송신측과 같은 다항식을 적용하여 CRC 값을 계산한다.

CRC비교부(14)는 CRC계산부(12)에 의해 계산된 CRC 값과 수신된 MAC 프레임의 CRC 필드에 포함된 CRC 값의 일치 여부를 결정한다. 만약 두 값들이 상호 일치하지 않으면, CRC비교부(14)는 그 MAC 프레임을 재송신하도록 송신측에게 요구한다.

프레임타입검사부(16)는 수신된 MAC 프레임의 데이터타입 필드(T)에 포함된 데이터타입 값에 의해 MAC 프레임의 데이터 영역에 포함된 데이터가 IP 패킷인지 여부를 검사한다. 일반적으로, 2바이트의 데이터타입 값이 16진수로 0800인 경우에는 MAC 프레임의 데이터 영역에 포함된 데이터 IP 패킷으로 판단하여, 프레임타입검사부(16)는 그 데이터를 IP헤더검사부(20)로 전달한다. 한편, 2바이트의 데이터타입 값이 16진수로 0806이거나 8035인 경우에는 각각 MAC 프레임의 데이터 영역에 포함된 데이터를 ARP(Address Resolution Protocol) 패킷 또는 RARP(Reverse ARP) 패킷으로 인식하여, 프레임타입검사부(16)는 그 데이터를 프로토콜처리엔진(50)으로 전달한다.

IP헤더검사부(20)는 L2헤더검사부(10)로부터 IP 패킷을 전달받아 에러 발생유무를 검사하는 하드웨어 구성블록이다. IP 패킷의 데이터 구조는 도 4에 도시된 바와 같다. IP헤더검사부(20)는 IP 패킷의 헤더에 포함된 체크섬(Head Checksum) 필드를 계산된 체크섬과 비교하여 IP 패킷의 헤더에 이상이 발생하였는지 여부를 확인한다. IP헤더검사부(20)는 체크섬 검사에서 이상이 있으면 그 IP 패킷을 프로토콜처리엔진(50)으로 전달하고, 이상이 없으면 그 IP 패킷의 IP 헤더정보를 최장프리픽스정합부(30)로 전달하고, 그 IP 패킷을 분할/재조립부(40)로 전달한다.

도 5에 의하면, 최장프리픽스정합부(Longest Prefix Match Engine:LME)(30)는 다수의 IP 주소와 대응하는 IP 주소의 프리픽스 길이가 저장된 내용지정메모리(Content Addressable Memory:CAM)의 형태로 구현되는 것이 바람직하다. 여기서, 내용지정메모리에 저장된 각 IP 주소는 프리픽스 필드와 Don't care 필드로 구성된다. 또한, 내용지정메모리에서 출력되는 신호는 연결테이블에서 대응하는 레이블이 저장된 주소(Connection Identifier:CID)를 나타낸다. 따라서, 최장프리픽스정합부(30)는 IP헤더검사부(20)로부터 전달받은 IP 헤더정보에 포함된 목적지 주소를 입력으로 하여, 매칭되는 IP 주소들 중 대응하는 프리픽스의 길이가 가장 긴 IP 주소에 대응하는 연결테이블주소(CID)를 출력한다. 이때, 내용지정메모리에 매칭되는 IP 주소가 존재하지 않은 경우에는, 프로토콜처리엔진(50)에 매칭이 이루어지지 않았음을 나타내는 신호를 전달한다.

도 6에 의하면, 분할/재조립부(Segmentation And Reassembly:SAR)(40)는 IP헤더검사부(20)로부터 정상인 IP 패킷을 전달받아 다수의 ATM 셀들의 패이로드(ATM Cell Payload:P)에 맞추어 분할하고, 최장프리픽스정합부(30)로부터 전달받은 연결테이블주소(CID)에 대응하는 레이블을 검색하여 ATM 셀들의 헤더(ATM Cell Header:H)로 구성한다. 이에, 분할/재조립부(40)는 ATM 헤더를 구성하는 다수의 레이블들을 저장하고, 최장프리픽스정합부(30)로부터 출력된 연결테이블주소(CID)에 대응하는 레이블을 출력하는 연결 테이블 메모리를 구비한다.

프로토콜처리엔진(50)은 L2헤더검사부(10), IP헤더검사부(20), 최장프리픽스정합부(30)에 의해 검출된 에러를 처리하고, L2헤더검사부(10)에 의해 검출된 IP 데이터그램 이외의 데이터를 소프트웨어적으로 처리한다. 또한, 프로토콜처리엔진(50)은 최장프리픽스정합부(30)에 새로운 IP 주소 및 그 IP 주소에 대응하는 프리픽스 길이와 연결테이블주소(CID)를 등록하는 연결테이블주소등록부(52) 그리고 새로이 등록된 연결테이블주소(CID)에 대응하는 레이블을 연결 테이블 메모리에 등록하는 레이블등록부(54)를 더 구비한다.

이하에서, 본 발명의 동작과정을 상세히 설명한다.

먼저, 이더넷 등으로부터 MAC 프레임이 수신되면(S100), 송신측과 같은 다항식을 적용하여 수신된 MAC 프레임의 CRC 값이 하드웨어 구성블록에 의해 계산된다(S110). 다음, 계산된 CRC 값과 수신된 MAC 프레임의 CRC 필드에 포함된 CRC 값의 일치 여부에 따라, 일치하지 않은 경우 송신측에 재전송을 요구하고(S120, S130), 일치하는 경우 수신된 MAC 프레임의 데이터타입 필드(T)에 포함된 데이터타입 값에 의해 수신된 MAC 프레임의 데이터 영역에 포함된 데이터가 IP 패킷인지 여부가 검사된다(S120, S140).

MAC 프레임의 데이터 영역에 포함된 데이터가 IP 패킷이 아닌 경우에는 소프트웨어 구성블록에 의해 처리되고(S160), IP 패킷인 경우에는 하드웨어 구성블록에 의해 IP 패킷의 헤더의 체크섬이 계산된다. 계산된 체크섬은 IP 패킷에 포함된 체크섬(Head Checksum) 필드의 체크섬 값과 비교되어, IP 패킷의 헤더에 이상이 발생하였는지 여부가 확인된다(S150). 체크섬 검사에서 이상이 있으면 그 IP 패킷은 소프트웨어 구성블록에 의해 처리된다(S160).

정상인 IP 패킷의 IP 헤더정보에 포함된 목적지 IP 주소를 입력으로 하여 내용지정메모리에 저장된 다수의 IP 주소들에 매칭시켜, 매칭된 IP 주소들 중에서 프리픽스의 길이가 가장 긴 IP 주소에 대응하는 연결테이블주소를 얻는다(S170).

또한, 정상인 IP 패킷은 다수의 ATM 셀들의 패이로드로 분할되고(S180), 최장프리픽스정합단계에서 얻은 연결테이블주소에 대응하는 레이블 검색하여 ATM 셀들의 헤더가 구성된다(S190). 따라서, 검색된 레이블을 ATM 셀의 헤더로 구성하고, 분할된 IP 패킷을 ATM 셀의 패이로드로 구성된 다수의 ATM 셀들이 생성되어 MPLS 도메인으로 전달된다(S200).

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

본 발명에 의하면, MPLS 기술을 이용하여 네트워크를 구성할 때, Non-MPLS 망에서의 IP 패킷을 MPLS 망으로 전송하여 주는 장치인 LER에서 내용지정메모리와 연결테이블메모리를 사용하여 하드웨어로 처리함으로써 IP 패킷 포워딩의 성능을 획기적으로 개선시킬 수 있다.

따라서, 본 발명은 초고속 인터넷을 구성하여 광대역 인터넷 서버스를 제공하기 위해서 적용될 수 있는 핵심적인 기술로서 활용될 수 있다.

Claims

수신된 MAC 프레임에서 IP 패킷을 추출하여 구성한 ATM 셀들을 MPLS 도메인으로 전달하는 IP 패킷 포워딩 장치에 있어서,

수신된 MAC 프레임의 에러 발생 유무를 검사하고, 정상인 MAC 프레임의 데이터 영역에 포함된 데이터가 IP 패킷인지 여부를 검사하는 L2헤더검사부;

상기 L2헤더검사부로부터 IP 패킷을 전달받아 에러 발생 유무를 검사하는 IP헤더검사부;

상기 IP헤더검사부로부터 전달된 정상인 IP 패킷에 포함된 목적지의 IP 주소에 대응하는 연결테이블주소를 출력하는 최장프리픽스정합부;

상기 IP헤더검사부로부터 정상인 IP 패킷을 전달받아 다수의 ATM 셀들로 분할하고, 상기 최장프리픽스정합부로부터 전달받은 연결테이블주소에 대응하는 레이블을 검색하여 상기 ATM 셀들의 헤더로 구성하는 분할/재조립부; 및

상기 L2헤더검사부, 상기 IP헤더검사부 또는 상기 최장프리픽스정합부에 의해 검출된 에러를 처리하고, 상기 L2헤더검사부에 의해 검출된 IP 패킷 이외의 데이터를 소프트웨어적으로 처리하는 프로토콜처리엔진을 포함함을 특징으로 하는 IP 패킷 포워딩 장치.
제1항에 있어서, 상기 L2헤더검사부는

수신된 MAC 프레임의 CRC를 계산하는 CRC계산부;

상기 CRC 계산부에 의해 계산된 CRC 값과 상기 MAC 프레임의 CRC 필드에 포함된 CRC 값의 일치 여부를 결정하는 CRC비교부; 및

상기 MAC 프레임의 데이터타입 필드에 포함된 데이터타입 값에 의해 MAC 프레임의 데이터 영역에 포함된 데이터가 IP 패킷인지 여부를 검사하는 프레임타입검사부를 구비함을 특징으로 하는 IP 패킷 포워딩 장치.
제1항에 있어서, 상기 최장프리픽스정합부는

다수의 IP 주소들과 대응하는 IP 주소의 프리픽스 길이들을 저장하고, 상기 IP헤더검사부로부터 전달된 정상인 IP 패킷에 포함된 목적지의 IP 주소를 입력으로 하여 매칭되는 IP 주소들 중 대응하는 프리픽스의 길이가 가장 긴 IP 주소에 대응하는 연결테이블주소를 출력하는 내용지정메모리를 구비함을 특징으로 하는 IP 패킷 포워딩 장치.
제3항에 있어서, 상기 분할/재조립부는

ATM 헤더를 구성하는 다수의 레이블들을 저장하고, 상기 최장프리픽스정합부로부터 출력된 연결테이블주소에 대응하는 레이블을 출력하는 연결 테이블 메모리를 구비함을 특징으로 하는 IP 패킷 포워딩 장치.
제1항에 있어서, 상기 프로토콜처리엔진은

상기 최장프리픽스정합부에 새로운 연결테이블주소를 등록하는 연결테이블주소등록부; 및

상기 분할/조립부에 새로운 레이블을 등록하는 레이블등록부를 더 구비함을 특징으로 하는 IP 패킷 포워딩 장치.
수신된 MAC 프레임에서 IP 패킷을 추출하여 구성한 ATM 셀들을 MPLS 도메인으로 전달하는 IP 패킷 포워딩 방법에 있어서,

(a) 수신된 MAC 프레임의 에러 발생 유무를 검사하고, 정상인 MAC 프레임의 데이터 영역에 포함된 데이터가 IP 패킷인지 여부를 검사하는 L2헤더검사단계;

(b) IP 패킷을 전달받아 에러 발생 유무를 검사하는 IP헤더검사단계;

(c) 다수의 IP 주소들에 정상인 IP 패킷에 포함된 목적지의 IP 주소를 매칭시키고, 매칭된 IP 주소들 중에서 프리픽스의 길이가 가장 긴 IP 주소에 대응하는 연결테이블주소를 얻는 최장프리픽스정합단계; 및

(d) 정상인 IP 패킷을 다수의 ATM 셀들로 분할하고, 상기 최장프리픽스정합단계에서 얻은 연결테이블주소에 대응하는 레이블을 상기 ATM 셀들의 헤더로 구성하는 분할/재조립단계를 포함함을 특징으로 하는 IP 패킷 포워딩 방법.