KR20020081197A - Ｍｐｌｓ 시스템에 사용되는 프로토콜의 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 MPLS 시스템에서 부분적으로 사용되는 프로토콜의 구조에 관한 것이다. 본 발명은 MPLS 시스템에 사용되는 프로토콜의 구조를 단순화시켜 패킷 처리량을 줄이고 가입자 망의 특성을 반영하여 속도를 높인다. 따라서, MPLS 시스템의 데이터 전송이 매우 원활해 지는 효과가 있다.

Description

ＭＰＬＳ 시스템에 사용되는 프로토콜의 구조{STRUCTURE OF PROTOCOL ON THE MULTI PROTOCOL LABEL SWITCHING SYSTEM}

본 발명은 MPLS 시스템(Multi Protocol Label Switching system)에 사용되는 프로토콜(protocol)의 구조에 관한 것으로, 특히, MPLS 시스템에서 부분적으로 사용되는 프로토콜의 구조에 관한 것이다.

PPP(Point-to-Point Protocol)는 점대 점 구간 사이의 프로토콜로 IETF 표준 프로토콜이다. PPP는 상위 계층의 다양한 프로토콜 예로, IP 및 IPX 등을 지원할뿐아니라, 강력한 협의능력(negotiation)을 가지고 있기 때문에, 다이얼-업(dial-up) 및 전용선 개통 시 호환성이 좋은 프로토콜이다.

PPP의 프레임 포맷(frame format)에 있어 프로토콜 식별자(protocol ID)로 LCP(Link Control Protocol), 인증(authentication), NCP(Network Control Protocol), 및 네트워크 레이어(network layer) 영역을 구분한다.

PPP를 사용하여 협의하는 절차를 보면 다음과 같다.

먼저, 링크계층(link layer)(layer 2)에 대한 조건을 협의한다. 이 때 각각의 상대편 피어(peer)는 자기가 가진 조건을 상대편 피어에게 협의를 요청한 후, 서로 확인(confirmation)되면 다음 단계를 진행한다. 링크계층에 대한 여러 조건이 충족되어 서로 확인이 끝나면, 인증과정을 거칠 수도 있고 거치지 않을 수도 있다. 인증과정을 거칠 시는 대표적으로 "PAP, CHAP" 프로토콜이 사용된다. 링크계층 협의가 끝나거나, 인증과정이 끝나면 바로 네트워크 계층(layer 3)에 대한 협의가 진행된다. 이때, 네트워크 계층의 종류에 따라 다른 프로토콜 예로, IP에서는 IPCP가사용되고 IPX에서는 IPXCP가 사용되며, 네트워크 계층에서의 통신 시 필요한 여러 사항들이 협의된다. 여기서, 각각의 피어는 각기 자기가 가지고 있는 기본 협의사항을 가지고 협의하며, 두 피어의 조건이 모두 충족되면 네트워크 계층의 통신이 시작된다. NCP 과정이 모두 끝나면, 네트워크 계층의 통신이 시작된다. 이때, IP는 프로토콜 식별자가 0021로 표시되며, 네트워크 프로토콜이 가지고 있는 협의기능 예로, DHCP 등을 이용하여 여러 조건들을 다시 협의할 수 있다.

IPCP 프로토콜의 협의 방법을 보면 다음과 같다.

먼저, 망측 장비에서의 협의 방법을 보면, 망측 장비는 자기의 IP 어드레스, DNS 서버 주소 등의 정보를 가입자측 PC로 알려준다. 망측 장비로부터 정보를 받은 가입자측 PC는 망측 장비의 정보를 확인하고 "Comfirm(Ack.)" 메시지를 보낸다.

가입자측 PC에서의 협의 방법을 보면, 가입자측 PC는 자기의 IP 어드레스와 DNS 서버 주소를 모르기 때문에, 망측 장비로 해당 어드레스를 알려달라는 메시지를 보낸다. 가입자측 PC로부터 IP 어드레스 정보에 대한 요청을 받은 망측 장비는 해당 어드레스를 할당하여 가입자측 PC로 수정요구를 요청하는 메시지를 발송한다. 수정 요청을 받은 가입자 PC는 해당 IP 어드레스를 자기 PC의 어드레스로 설정한 후, 해당 요청에 대한 수용완료를 나타내는 메시지 "Configure Ack."를 망측 장비로 보내 IPCP의 협의를 종료한다.

MPLS 네트워크에 대해 보면 다음과 같다.

기가비트 이더넷 스위치 벤더와 레이어 3 스위칭 벤더들은 라우터의 성능을 향상시키는 방법을 찾았다. 1997∼1998년 초기, 네트워크 성능을 향상시키기 위해적용된 여러 가지 숏-컷(short-cut) 라우팅 방식을 검토했다. 이러한 방식에서, 하드웨어 기반 라우팅은 소프트웨어 기반의 성능을 향상시키기 위해 숏컷 라우팅에 대한 요구를 증대시켜 왔다. 그러나, 성능에 상관없이 표준 라우팅보다도 좀더 매력적인 트래픽 관리를 제공해주는 방법으로써 여러 가지 숏컷 라우팅 기법이 제안되었다. MPLS는 이러한 방식 중의 한 가지이다.

기본적으로 MPLS는 CoS/QoS나 VPN(Virtual Private Networking)을 지원하는 IP 네트워크의 새로운 개념의 네트워크이며, ATM 기술과 비슷한 트래픽 엔지니어링 등의 연결지향형 IP와 같은 것을 제공해준다. MPLS는 많은 규약으로 이루어져 있다. 기존의 네트워크는 여러 가지 네트워크가 수직적으로 분포돼 있다. XDSL, 프레임 릴레이, PSTN 네트워크, ISDN 네트워크 등이 수직적인 모델로 구현돼 왔고, 현재는 많은 네트워크가 IP 중심의 데이터를 처리하기 위해 따로 IP 네트워크가 구축돼 있다.

이러한 네트워크에서는 각각의 망에 동일한 네트워크를 위해, ATM 스위치 또는 라우터들이 동일하게 들어가며, 이러한 네트워크가 수직적으로 분포되고 있다. 다양한 서비스를 통합하기 위해서 여러 벤더들이 MPLS 워킹 그룹에서 ATM과 라우터와 같은 non-MPLS 장비와 함께 존재할 수 있는 MPLS 기반 장비들에 대한 요구를 정의하고 있다. 덧붙여서 기존의 ATM 시그널링과 같은 존재하는 레이어 2 스위칭 규약들을 수행할 수 있도록 'ship in the night' 기반을 제공한다. 다양한 서비스 기반하에서 'ship in the night'를 수행할 수 있도록 하는 기반은 ATM 스위치를 기본으로 하고 있다. 또한 MPLS의 장점은 엔터프라이즈와 서비스 제공자들에 대해 동시에 MAN/WAN 기술을 제공해준다는 점이다.

또한 엔터프라이즈 고객과 서비스 제공자들에 대해 ATM과 프레임 릴레이, POS(Packet Over SONET/SDH) 상에서 IP 트래픽을 전송하는 데 효율적인 방식을 제공해주고, 고객에게 기존의 IP 네트워크에서의 'any-to-any' 연결을 가진 프레임 릴레이에 대한 CoS(Class of Service)를 제공해 준다. 그러나 레이어 3 스위치와 새로운 개념의 고속 라우터들은 MPLS가 필요하지 않다고 생각한다. 어떤 벤더들은 MPLS를 사용하는 라우터와 ATM들만큼 빠른 ASIC기반의 'parsing, route lookup, forwarding' 함수들을 가진 레이어 3 기반의 라우터들이 있기 때문이라고 말하고 있다.

그러나, 현재의 서비스 제공자들은 IP 데이터 및 다양한 서비스 트래픽의 폭주에 직면하고 있고, 이에 대한 해결책은 단지 대역폭을 확장하는 것뿐만 아니라 정확한 트래픽 제어를 함으로써 투자 대 비용을 효율적으로 하는 측면이 있다. 이에 대한 솔루션은 다양한 서비스를 MPLS를 통한 네트워크의 통합일 것이다.

현재 사용자나 서비스 제공자들이 사용하고자 하는 서비스는 이더넷 위의 IP 망 서비스와 ATM 서비스가 분리돼 있고, 이는 각각의 망을 독자적으로 운영해야 하는 많은 문제점이 도출되고 있다. 이러한 망을 통합하기 위해 MPLS가 적합할 것이다. 그러나 통합 망을 위한 기본 인프라를 선택하는 기로에 서게 된다. 현재의 모든 추세는 IP 망으로 통합하는 방식으로 가고 있으나, IP 망의 기존 라우터나 현존하는 기가비트 라우터로써 어려운 서비스들이 존재하고 있는 것은 사실이다.

기존의 ATM 망에서는 통합 망을 구축하기 위한 여러 가지 장점들이 존재하고있으나 IP 서비스를 직접 서비스하기에는 부적절했다. 하지만 MPLS를 ATM 스위치가 직접 IP를 서비스함으로써 이러한 단점을 극복했다. 또한 ATM의 가장 큰 단점인 'Cell tax'를 줄임으로써 현재 20%이상의 대역폭 낭비를, 6%인 POS(Packet Over SONET) 수준으로 감소시킬 수 있다.

ATM의 장점과 데이터 서비스를 ATM 스위치에서 직접 함으로써 음성 및 영상 데이터를 통합할 수 있는 환경이 될 수 있으며, 이는 멀티 서비스 네트워크의 적합한 구성이 될 수 있다. 또한 장비에 POS 및 다양한 서비스를 수용함으로써, 기존의 IP 서비스를 흡수, 통합할 수 있을 것이다.

기존의 프로토콜로 MPLS 프로토콜을 수용하기 위해서는 접속 지점(access node)과 경계 라우터(LER) 사이에 'OSI Layer'의 2계층의 프로토콜 예로, L2TP를 사용하여 링크를 연결한 후 다시 MPLS 프로토콜을 사용하기 위해 레이블(label)을 붙이고 그 안에 IP 패킷(packet)을 전송하였다. 이렇게 하면 가능하기는 하지만 시간이 많이 걸리고 효율적이지 못하다. 또 이것은 IP 코아망(core network)에서 사용하기 위해 개발되어 가입자 망 쪽의 특성을 적절하게 반영하지 못하고 있다.

본 발명은 상술한 결점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, MPLS 시스템에 사용되는 프로토콜의 구조를 단순화시켜 패킷 처리량을 줄이고 가입자 망의 특성을 반영하여 속도를 높이는 MPLS 시스템에 사용되는 프로토콜의 구조를 제공하는 데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 내부적인 연결을 담당하는 다수의 중심 라우터 및 상기 다수의 중심 라우터와 외부간의 연결을 담당하는 다수의 경계 라우터로 이루어지는 IP 코아망, 상기 다수의 경계 라우터와 선택적으로 특정 접속 지점을 통해 연결되는 다수의 IP 서비스 제공자, 및 상기 다수의 경계 라우터와 선택적으로 특정 접속 지점을 통해 연결되는 다수의 클라이언트를 구비하는 MPLS 시스템에 있어서, 상기 IP 코아망 내부의 프로토콜은 MAC(Medium Access Control), MPLS 헤더, 및 IP 페이로드(payload)로 이루어지되, 상기 IP 페이로드는 다수의 IP 패킷을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 특징은, 내부적인 연결을 담당하는 다수의 중심 라우터 및 상기 다수의 중심 라우터와 외부간의 연결을 담당하는 다수의 경계 라우터로 이루어지는 IP 코아망, 상기 다수의 경계 라우터와 선택적으로 특정 접속 지점을 통해 연결되는 다수의 IP 서비스 제공자, 및 상기 다수의 경계 라우터와 선택적으로 특정 접속 지점을 통해 연결되는 다수의 클라이언트를 구비하는 MPLS 시스템에 있어서, 상기 IP 코아망 외부의 프로토콜은 플래그(flag), 어드레스, 콘트롤, 프로토콜 형식, MPLS 헤더, IP 패킷, FCS(Frame Check Sequence), 및 플래그를 포함한다.

도 1은 본 발명에 따른 MPLS 시스템에서 코아망에 사용되는 프로토콜 구조의 일 실시예를 나타낸 도면,

도 2는 본 발명에 따른 MPLS 시스템에서 경계 라우터와 가입자 사이에 사용되는 프로토콜 구조의 일 실시예를 나타낸 도면,

도 3은 본 발명에 따른 MPLS 시스템에서 가입자와 IP 서비스 제공자의 접속을 프로토콜로 나타낸 도면,

도 4는 본 발명에 따른 MPLS 시스템에서 가입자의 접속을 시간에 따라 단계적으로 나타낸 도면,

도 5는 본 발명에 따른 MPLS 시스템에서 IP 패킷 전달 과정을 나타낸 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

20 : 가입자 24, 52, 54 : 경계 라우터

56 : IP 서비스 제공자 22 : 접속 지점

26 : 중심 라우터 58 : PPP 패킷

60 : 레이블 헤더

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 MPLS 시스템에서 코아망에 사용되는 프로토콜 구조의 일 실시예를 나타낸 도면이다.

동 도면에 있어서, 내부적인 연결을 담당하는 다수의 중심 라우터 및 상기 다수의 중심 라우터와 외부간의 연결을 담당하는 다수의 경계 라우터로 이루어지는IP 코아망, 상기 다수의 경계 라우터와 선택적으로 특정 접속 지점을 통해 연결되는 다수의 IP 서비스 제공자, 및 상기 다수의 경계 라우터와 선택적으로 특정 접속 지점을 통해 연결되는 다수의 클라이언트를 구비하는 MPLS 시스템에 있어서, 상기 IP 코아망 내부의 프로토콜은 MAC, MPLS 헤더, 및 IP 페이로드로 구성되되, 상기 IP 페이로드는 다수의 IP 패킷으로 이루어진다.

도 2는 본 발명에 따른 MPLS 시스템에서 경계 라우터와 가입자 사이에 사용되는 프로토콜 구조의 일 실시예를 나타낸 도면이다.

동 도면에 있어서, 내부적인 연결을 담당하는 다수의 중심 라우터 및 상기 다수의 중심 라우터와 외부간의 연결을 담당하는 다수의 경계 라우터로 이루어지는 IP 코아망, 상기 다수의 경계 라우터와 선택적으로 특정 접속 지점을 통해 연결되는 다수의 IP 서비스 제공자, 및 상기 다수의 경계 라우터와 선택적으로 특정 접속 지점을 통해 연결되는 다수의 클라이언트를 구비하는 MPLS 시스템에 있어서, 상기 IP 코아망 외부의 프로토콜은 플래그, 어드레스, 콘트롤, 프로토콜 형식, MPLS 헤더, IP 패킷, FCS, 및 플래그로 구성된다.

도 3은 본 발명에 따른 MPLS 시스템에서 가입자와 IP 서비스 제공자의 접속을 프로토콜로 나타낸 도면으로, 가입자(subscriber)와 IP 서비스 제공자(service provider)는 접속 지점(access node), 경계 라우터(LER), 및 중심 라우터(LSR)를 통해 접속한다.

도 4는 본 발명에 따른 MPLS 시스템에서 가입자의 접속을 시간에 따라 단계적으로 나타낸 도면으로, 본 발명에 따른 프로토콜의 데이터 전송 과정을 나타낸다. 이때 중심 네트워크는 MPLS를 사용하고, 접속 지점(22)과 중심 라우터(26) 사이에는 LDP혹은 RSVP를 이용하여 서로의 정보를 알고있다고 가정한다. 접속 지점(22)은 중심 라우터(26)와 경계 라우터(24)를 통해 연결된다.

먼저, 가입자(20)는 중심 네트워크 쪽으로 전달할 데이터가 있을때 접속 지점(22)으로 연결 설정을 요청한다. 이때, LCP 협상을 통하여 가입자(20)와 접속 지점(22) 사이의 기본적인 통신 규칙을 정한다.

접속 지점(22)은 LCP 협상이 성공적으로 끝나면 가입자(20)가 정상적인 가입자인지 여부를 확인한다. 이때, 접속 지점(22)은 가입자(20)가 네트워크 공급자에게 가입할 때의 SLA(Service Level Agreement)에 따라 가입자의 특성을 파악하고 이 가입자(20)의 데이터 전달 용량을 결정한다.

가입자(20)는 NCP 협상을 시도한다.

이와 같은 준비 작업을 마친 후, 가입자(20)는 데이터를 접속 지점(22)으로 보낸다.

접속 지점(22)은 받은 패킷에 가입자(20)에 적절한 라벨(label)을 붙여 중심 네트워크로 전송한다. 접속 지점(22)은 경계 라우터(LER)의 안에 포함될 수도 있고 경계 라우터(LER)와 별개로 붙어 있는 경우도 있으며, 멀리 떨어져 위치할 수도 있다.

라벨이 붙은 패킷은 경계 라우터(24)를 통하여 중심 네트워크의 중심 라우터(26)를 지나 목적지쪽의 경계 라우터를 거쳐 목적지쪽의 접속 지점에 도착한다.

이 후, 목적지의 접속 지점은 라벨을 때어내고 데이터 패킷만을 착신측 가입자에게 전달한다.

여기서, 기존의 네트워크와 다른점은 기존에는 라벨을 발신측 경계 라우터에서 붙이고 수신측 경계 라우터에서 때어내었기 때문에 라벨로 할 수 있는 여러가지 기능들 예로, VPN, 트레픽 엔지니어링, 등등을 중심 네트워크에서만 할 수 있었다.

따라서, 본 발명의 방법에 따른다면 한 단계 더 가입자쪽에 근접하여 서비스를 할 수 있고 접속 지점과 경계 라우터 사이에 라벨이 없어서 보장하지 못했던 기능들을 제공할 수 있다.

예로, 일정한 처리 용량을 보장하였다면 접속 지점과 경계 라우터 사이에 라벨을 쓰지 않는 기존방법으로는 접속 지점과 경계 라우터 사이에서의 데이터 전송에 대한 약속을 지키기 어렵다.

물론, 가입자와 접속 지점 사이에는 일 대 일로 연결되어 전송선로를 공유하지 않으므로 자동적으로 보장된다. 또 중심 네트워크에서는 라벨을 이용하여 보장하고 있으므로 문제가 없다.

도 5는 본 발명에 따른 MPLS 시스템에서 IP 패킷 전달 과정을 나타낸 도면으로, 다수의 가입자와 다수의 IP 서비스 제공자(56)는 다수의 경계 라우터(52, 54)에 각기 선택적으로 접속되어 중심 라우터로 구성되는 IP 코아망을 통해 IP 패킷을 전달한다.

MPLS를 사용해야 하는 이유를 보면 다음과 같다.

불필요한 비용을 줄이고 효율적인 데이터 전송을 할 수 있다. 속도를 빠르게할 수 있다. 데이터의 전달 속도를 빠르게 하는 하나의 방법은 전달하고자 하는 데이터에 태그(tag)를 붙이는 방법이다. 왜냐하면 데이터 패킷을 전달하기 위해서는 중간의 라우터가 일단 받은 데이터 패킷을 열어 조사하는데 시간이 많이 걸리기 때문에 대신 라벨만을 보고 바로 다음 지점으로 전달 할 수 있기 때문이다. MPLS를 사용함에 있어서 또 다른 장점은 목적지까지의 경로를 지정해 줄 수 있다는 것이다. 명시적 경로라고 말하는 이 방법은 명시적으로 라벨의 경로(Label Switched Path : LSP)를 지정해 둠으로서 인터넷 프로토콜이 선택적으로 찾아가는 소스 루트(source route)에 비하여 매우 효율적이다. 그리고 명시적으로 데이터 패킷이 지나가는 길을 지정해 놓을 수 있기 때문에 데이터 트래픽의 양에 따라 데이터 전달 자원을 효율적으로 이용할 수 있게 된다. 또 다른 장점으로는 현재도 많은 기관들이 사용하고 앞으로 폭발적인 수요가 예측되는 사설망(private networks)을 이용할 때 적절히 사용될 수 있다는 점이다. 기존의 사설망은 전용선을 이용하여 많은 기관들을 연결 해왔다. 왜냐하면 사업자들은 안정적이고 보안성이 뛰어나며 예측 가능한 네트워크를 원하기 때문이다. 하지만 전용선을 사용하면 위의 장점은 가능한 반면 비용이 많이든다. 하지만 가상 사설망(virtual private networks)을 사용하면 같은 기능을 하면서도 저렴한 비용으로 서비스를 할 수 있다. 이 가상 사설망을 가능하게 하는 것 중 유력한 한 가지가 바로 MPLS이기 때문에 이 프로토콜을 백본 망 뿐만 아니라 가입자 망에서 사용하는 것이 사업적 측면에서 유리하게 된다. 또 유지 관리면에서도 명확하여 적은 손실과 비용으로 네트워크를 관리할 수 있게 된다는 장점이 있다.

보통 MPLS를 사용하기 위해서 가입자 망에서는 PPP를 사용하고 백본 망을 지나기 위해서는 L2TP나 PPTP를 사용 한다. PPP에서는 주소 부분과 제어 부분이 있는데 이 부분이 낭비적인 요소이다. 그리고 L2TP는 ATM 같은 또 다른 링크 계층의 추가적 프로토콜을 필요로 한다. 반면, 본 발명의 프로토콜은 PPP의 필요없는 부분들을 MPLS 헤더 부분으로 대체한다.

이와 같은 본 발명은 전자 통신 네트워크 분야에 해당되는 것으로, 가입자 망 기반의 MPLS를 적용하기 위한 새로운 통신 프로토콜이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 MPLS 시스템에 사용되는 프로토콜의 구조를 단순화시켜 패킷 처리량을 줄이고 가입자 망의 특성을 반영하여 속도를 높인다. 따라서, MPLS 시스템의 데이터 전송이 매우 원활해 지는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 내부적인 연결을 담당하는 다수의 중심 라우터 및 상기 다수의 중심 라우터와 외부간의 연결을 담당하는 다수의 경계 라우터로 이루어지는 IP 코아망, 상기 다수의 경계 라우터와 선택적으로 특정 접속 지점을 통해 연결되는 다수의 IP 서비스 제공자, 및 상기 다수의 경계 라우터와 선택적으로 특정 접속 지점을 통해 연결되는 다수의 클라이언트를 구비하는 MPLS 시스템에 있어서,

   상기 IP 코아망 내부의 프로토콜은 MAC, MPLS 헤더, 및 IP 페이로드로 이루어지되, 상기 IP 페이로드는 다수의 IP 패킷을 포함하는 MPLS 시스템에 사용되는 프로토콜의 구조.
2. 내부적인 연결을 담당하는 다수의 중심 라우터 및 상기 다수의 중심 라우터와 외부간의 연결을 담당하는 다수의 경계 라우터로 이루어지는 IP 코아망, 상기 다수의 경계 라우터와 선택적으로 특정 접속 지점을 통해 연결되는 다수의 IP 서비스 제공자, 및 상기 다수의 경계 라우터와 선택적으로 특정 접속 지점을 통해 연결되는 다수의 클라이언트를 구비하는 MPLS 시스템에 있어서,

   상기 IP 코아망 외부의 프로토콜은 플래그, 어드레스, 콘트롤, 프로토콜 형식, MPLS 헤더, IP 패킷, FCS, 및 플래그를 포함하는 MPLS 시스템에 사용되는 프로토콜의 구조.