KR20020093543A - 다중 패킷 손실 제어 방법 - Google Patents

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KR20020093543A
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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
본 발명은 다중 패킷 손실 제어 방법과 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 관한 것임.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
본 발명은, 다중 패킷 손실이 발생했을 때에 빠른 재전송(Fast Retransmit) 및 복구(recovery) 알고리즘에 따라 재전송하는데 걸리는 시간을 최소화하고, 윈도우 사이즈 설정을 변경함으로써, 셀 손실률을 감소시키기 위한 다중 패킷 손실 제어 방법과 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하고자 함.
3. 발명의 해결방법의 요지
본 발명은, 비동기전달모드(ATM)망에서 UBR(Unspecified Bit Rate) 등과 같은 서비스 사용시에 혼잡제어 알고리즘에 대한 새로운 혼잡제어 알고리즘을 구현하기 위하여, 소정번째 복사된 ACK(Acknowledgment)신호를 입력받아 임계치를 설정하는 제 1 단계; 및 상기 임계치 설정 과정에서 손실된 세그먼트를 재전송하고, 혼잡 제어 윈도우(CWDN) 사이즈 설정을 변경하여 상기 혼잡 제어 윈도우를 증가시키는 제 2 단계를 포함함.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 비동기전달모드(ATM)망 등에 이용됨.

Description

다중 패킷 손실 제어 방법{Method for controling multi-packet loss}
본 발명은 다중 패킷 손실 제어 방법과 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 관한 것으로, 특히 다중 패킷 손실이 발생했을 때에 빠른 재전송(Fast Retransmit) 및 복구(Recovery) 알고리즘에 따라 재전송하는데 걸리는 시간을 최소화하고, 윈도우 사이즈 설정을 변경함으로써, 셀 손실률을 감소시키기 위한 다중 패킷 손실 제어 방법과 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 관한 것이다.
비동기전달모드(ATM : Asynchronous Transfer Mode) 방식은 고속의 멀티미디어 네트워크 기술이다. ATM 방식은 오디오, 비디오, 데이터 등의 멀티미디어 트래픽 전송에 매우 효율적이며, 48바이트의 데이터 영역과 5바이트의 헤더 영역을 포함한 53바이트의 고정 셀로서, 오디오와 비디오 서비스에 적당한 낮은 지연 변이 특성을 가진다. 또한, ATM 방식은 연결 지향형 서비스 특성을 가지므로 지연에 민감한 트래픽에 대하여 서비스 품질(QoS : Quality of Service)을 보장하여 준다. 이러한 특징에 의거하여 ATM 방식은 고속의 멀티미디어 트래픽 전송에 가장 이상적인 기술이다.
그러나, ATM 방식은 응용 서비스의 부재라는 심각한 문제점에 의하여, ATM망의 확장에 최대의 걸림돌이 되어 왔다. 이러한 문제점의 해결 방안으로서, 전체 LAN(Local Area Network)간 트래픽의 90% 이상을 차지하는 TCP(Transmission Control Protocol) 트래픽에 대하여 ATM 망을 이용하는 연구가 많이 진행되고 있다.
ATM 망에서 TCP 트래픽은 UBR(Unspecified Bit Rate) 및 ABR(Available Bit Rate) 서비스의 형태로서 전송되어진다. 초기의 연구 결과들은 주로 특정 조건하에서 "TCP over ATM"에서의 성능저하 현상을 나타내는 연구 결과가 주류를 이루고 있다. 많은 연구들을 통하여 성능 저하 현상에 따른 처리율(Throughput) 향상을 위한 여러 방안을 제시하였고, UBR 및 ABR 서비스의 성능 분석을 비교한 연구결과들도 많이 나와 있다. 또한, LAN, WAN(Wide Area Network), 단방향, 양방향 등과 같은 많은 네트워크 환경에 따른 성능 분석도 많이 연구되었다.
ATM 망에서의 UBR 서비스가 TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)의 베스트 에포트(Best Effort) 서비스 형태에 가장 적합한 형태를 가진다.
그러나, 현재의 기술 분야에서는 빠른 재전송(Fast Retransmit) 및 복구(Recovery) 알고리즘의 특성에 의하여 병목 현상이 심하게 일어나는 상황에서 다중 패킷 손실이 발생할 때 성능 저하 현상이 현저하게 발생하게 되는 문제점이 있었다.
본 발명은, 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 다중 패킷 손실이 발생했을 때에 빠른 재전송(Fast Retransmit) 및 복구(recovery) 알고리즘에 따라 재전송하는데 걸리는 시간을 최소화하고, 윈도우 사이즈 설정을 변경함으로써, 셀 손실률을 감소시키기 위한 다중 패킷 손실 제어 방법과 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1 은 본 발명이 적용되는 TCP over ATM 프로토콜 스택을 나타낸 구성예시도.
도 2 는 본 발명이 적용되는 슬로우 스타트 및 혼잡 제어 알고리즘에 대한 일실시예 설명도.
도 3 은 본 발명이 적용되는 빠른 재전송 및 빠른 복구 알고리즘에 대한 일실시예 설명도.
도 4 는 본 발명에 따른 다중 패킷 손실 제어 방법 중 다중 패킷 손실시의 빠른 재전송과 빠른 복구 알고리즘에 의한 혼잡 제어 윈도우 변화 과정의 일실시예 설명도.
도 5 는 본 발명에 따른 다중 패킷 손실 제어 방법에 대한 일실시예 흐름도.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 다중 패킷 손실 제어 방법에 있어서, 비동기전달모드(ATM)망에서 UBR(Unspecified Bit Rate) 등과 같은 서비스 사용시에 혼잡제어 알고리즘에 대한 새로운 혼잡제어 알고리즘을 구현하기 위하여, 소정번째 복사된 ACK(Acknowledgment)신호를 입력받아 임계치를 설정하는 제 1 단계; 및 상기 임계치 설정 과정에서 손실된 세그먼트를 재전송하고, 혼잡 제어 윈도우(CWDN) 사이즈 설정을 변경하여 상기 혼잡 제어 윈도우를 증가시키는 제 2 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다. 그리고, 본 발명은, 상기 혼잡 제어 윈도우 수행시, SACK(Selective Acknowledgement) 옵션이 존재하는지의 여부에 따라, ACK 신호를 사용하여 소스와 목적지 노드에서 모두 SACK 옵션을 지원하도록 하는 제 3 단계를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 프로세서를 구비한 비동기전달모드망에, 비동기전달모드(ATM)망에서 UBR(Unspecified Bit Rate) 등과 같은 서비스 사용시에 혼잡제어 알고리즘에 대한 새로운 혼잡제어 알고리즘을 구현하기 위하여, 소정번째 복사된 ACK(Acknowledgment)신호를 입력받아 임계치를 설정하는 제 1 기능; 및 상기 임계치 설정 과정에서 손실된 세그먼트를 재전송하고, 혼잡 제어 윈도우(CWDN) 사이즈 설정을 변경하여 상기 혼잡 제어 윈도우를 증가시키는 제 2 기능을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다. 그리고, 본 발명은, 상기 혼잡 제어 윈도우 수행시, SACK(Selective Acknowledgement) 옵션이 존재하는지의 여부에 따라, ACK 신호를 사용하여 소스와 목적지 노드에서모두 SACK 옵션을 지원하도록 하는 제 3 기능을 더 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
TCP(Transmission Control Protocol) 혼잡 제어 알고리즘에는 슬로우 스타트(Slow Start), 혼잡 제어(Congestion Avoidance), 빠른 복구(Fast Recovery), 빠른 재전송(Fast Retransmit) 등으로 이루어져 있다. 현재 널리 사용되고 있는 "BSD 4.3 Reno TCP" 버전은 상기와 같이 네가지 특징이 모두 구현되어 있으며, "Tahoe TCP"는 복구(Recovery) 알고리즘이 빠져있는 것을 말한다.
도 2 는 본 발명이 적용되는 슬로우 스타트 및 혼잡 제어 알고리즘에 대한 일실시예 설명도이다
도 2에 도시된 바와 같이, TCP 혼잡 제어 어 알고리즘에는 두가지 상이한 모드를 가지고 있다.
먼저, 슬로우 스타트 모드에서는 연결의 초기과정에 설정되거나 패킷을 분실하여 복구 후에 혼잡 제어 윈도우(CWND : congestion window)를 하나의 TCP 세그먼트의 크기로 전송하고, 각 세그먼트의 ACK(Acknowledgment)신호를 확인한 후에 그 값을 두배씩하는 것을 말한다.
송신 측에서의 "ACK"신호를 받지 않거나, 패킷 손실이 발생했을 때는 임계값(ssthresh)을 현재 CWND의 절반 값으로 설정하고, CWND의 크기를 하나의 세그먼트 크기로 하여 슬로우 스타트 모드를 시작한다.
다음, 혼잡 제어 모드에서는 슬로우 스타트 모드에서의 지수 함수적 증가와는 달리 선형적인 증가를 한다. 혼잡 제어 모드의 시작은 CWND가 임계값(ssthresh)에 도달했을 때부터 시작이다.
도 3 은 본 발명이 적용되는 빠른 재전송 및 빠른 복구 알고리즘에 대한 일실시예 설명도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, TCP 타이머는 일반적으로 500ms 타이머를 사용한다. 결론적으로, 세그먼트를 손실했을 때, 타임아웃을 위하여 많은 시간을 기다려야 한다. 이렇게 기다리는 시간 동안에 TCP 네트워크는 새로운 패킷을 전송하거나, 잃어버린 패킷을 재전송하지 못한다. 게다가 타임아웃이 발생하면 CWND는 하나의 세그먼트 크기로 설정된다.
이것의 의미는 네트워크 링크 용량을 효율적으로 이용하기 위해서 많은 라운드 트립 타임(Round Trip Time)을 가져야 한다는 의미이다. 이것은 낮은 효율을 의미한다. 이러한 사항에 관한 개선책을 제시된 알고리즘에 따라 빠른 재전송 및 빠른 복구를 수행하며, 단독 패킷 손실을 빠르게 복구하는 특성을 가진다. 수신측에서는 순서에 맞지 않는 세그먼트를 3개 받았을 때(손실된 세그먼트), 즉시 송신측에 그 순서가 맞지 않은 세그먼트의 "ACK"신호를 전송한다. 송신 측에서 순서에 맞지 않은 세그먼트의 "ACK"신호를 3개 받았을 때, 그 세그먼트는 손실된 것으로 간주하고, 재전송을 한다. 이것을 빠른 재전송이라 한다.
송신측에서는 임계값(ssthresh)을 현재 CWND를 절반으로 하고, 즉시 손실된세그먼트를 재전송하여, CWND값을 "ssthresh + (3*Maximum Segment Size)"로 설정한다. 이어서, "ACK"신호를 입력받은 후에는 CWND 값을 하나의 세그먼트(segment) 만큼 증가시킨다.
이것의 의미는 송신측에서는 네트워크 용량의 절반 정도를 유지하는 것을 말한다. 손실된 세그먼트를 재전송하고 하나의 라운트 트립 타임(Round Trip Time)이 지난 후에 손실된 세그먼트의 "ACK"신호를 받고, 네트워크가 적당하게 복구된 후에 CWND를 하나의 세그먼트와 슬로우 스타트하지 않으며, CWND를 임계값(ssthresh)으로 세팅하여 혼잡 제어 알고리즘을 작동하는 것을 빠른 재전송이라 한다.
도 4 는 본 발명에 따른 다중 패킷 손실 제어 방법 중 다중 패킷 손실시의 빠른 재전송과 빠른 복구 알고리즘에 의한 혼잡 제어 윈도우 변화 과정의 일실시예 설명도로서, 3개의 연속적인 패킷 소실시에 혼잡 제어 윈도우의 변화를 나타낸다.
도 4에 도시된 바와 같이, 두번의 빠른 재전송 과정과 한번의 재전송 타임 아웃을 가진다. 그 이유는 연속적인 패킷의 손실에 따라 두번의 빠른 재전송 이후에 특별히 복사된 "Ack"신호가 수신측에 전달되지 않아서 재전송 타임아웃 과정을 거치고, 이러한 과정 후 슬로우 스타트 알고리즘이 작동하는데, 도 4에서와 같이 혼잡 제어 윈도우가 8/1로 줄어든 시점에서 다시 혼잡 제어 알고리즘이 시작된다. 긴 재전송 타임아웃 기간을 거쳐야 하고, 또 혼잡 제어 윈도우 크기가 많이 줄어드는 관계로 성능이 저하된다. 이러한 이유로 인하여, 빠른 재전송, 빠른 복구 알고리즘을 사용시 다중 패킷 손실이 발생하면 효율 저하가 심각하게 된다. 다중 패킷 손실시에는 빠른 재전송으로 효율적으로 복구할 수 없음을 말해주는 것이다.
또한, ATM-UBR 서비스를 이용하여 TCP/IP 서비스를 제공하면 현재 표준화 버전인 "4.3 BSD Reno TCP 버전"에서 다중 패킷 손실이 발생시에 빠른 재전송, 복구 알고리즘에 의하여 성능이 저하되는 현상이 발견된다. 이러한 현상을 해결하기 위한 방법으로서 본 발명에서는 새로운 빠른 재전송, 복구 알고리즘을 제안하고자 한다.
현재 TCP 혼잡 제어 알고리즘에 대해서는 많은 연구가 진행되고 있으며, 새로운 아이디어들이 계속해서 제시되고 있다. RFC(Request For Comments) 2581, 2582 문서를 보면 다중 패킷 손실이 발생하였을 때, TCP 혼잡 제어 알고리즘에 관한 새로운 아이디어가 제시되어 있다.
본 발명에서는 ATM-UBR 서비스를 사용시에 혼잡 제어 알고리즘에 대한 새로운 혼잡 제어 알고리즘을 제안하고자 한다.
즉, RFC 2582에서 세번째 복사된 "ACK"신호를 받으면, 다음과 같은 [수학식 1]에 의하여 임계값(ssthresh)이 정해진다.
ssthresh = max(flightSize/2, 3*MSS)
이어서, 손실된 세그먼트를 재전송하고 "cwnd = ssthresh + 3*MSS"로 설정하여, 혼잡 제어 윈도우를 "3*MSS" 만큼 증가시킨다. 또한, SACK(Selective Acknowledgement) 옵션을 사용하였을 때는 다음 사항을 고려해야 한다. 왜냐하면,SACK 옵션을 사용할 시에는 소스와 목적지 노드에서 모두 SACK 옵션을 지원해주어야 이용이 가능하기 때문이다. 또한, 네트워크 시뮬레이션(NS : Network Simulator)을 이용하여 기존의 "TCP Reno 알고리즘"과 새로운 "TCP Reno 알고리즘"과의 성능을 비교하도록 제시하였다. 제시된 성능 비교에 의하여 새로운 "TCP Reno 알고리즘"이 슬로우하면서 안정되게 대치될 것이다.
본 발명에서는 ATM 망에서 UBR 서비스를 이용한 TCP 서비스이기 때문에 임계값(ssthresh) 설정에 대하여 대역폭과 지연의 곱을 이용하여 다음과 같이 임계값을 정하게 되었다. TCP 망에서의 특성과 ATM 망에서 특성에 의하여 다중 패킷 손실이 발생했을 때를 고려하여 새로운 빠른 전송, 복구 알고리즘이 필요하다.
상기한 바와 같은 구조를 갖는 본 발명의 다중 패킷 손실 제어 방법에서의 새로운 빠른 재전송 및 복구 알고리즘에 대해 알아보도록 한다.
도 5 는 본 발명에 따른 다중 패킷 손실 제어 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 다중 패킷 손실 제어 방법은, 대역폭과 지연의 곱을 이용하여 임계값("ssthresh = max(flightSize/2, 3*MSS)")을 설정하고(501), 패킷 손실시에 슬로우 스타트 알고리즘을 통해 데이터를 전송하여 새로운 빠른 재전송을 시작하지 않도록 재전송 타임아웃 현상을 막는다(502).
이어서, 빠른 재전송 상태에 있는지의 여부를 확인하여(503), 빠른 재전송 상태에 있으면 슬로우 스타트 알고리즘으로 데이터를 전송하는 과정(502)부터 반복 수행하고, 빠른 재전송 상태에 있지 않으면 빠른 재전송 상태가 아니므로 시스템을종료한다.
상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체(씨디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
상기한 바와 같은 본 발명은, 슬로우 스타트(slow start), 혼잡 제어(Congestion Avidance), 빠른 복구(Fast Recovery), 빠른 재전송(Fast Restransmit) 및 복구(Recovery) 알고리즘에 의하여 다중 패킷 손실이 발생할 때에 성능 저하 현상을 개선할 수 있는 효과가 있다.
즉, 본 발명은, 다중 패킷 손실이 발생했을 때에 빠른 재전송(Fast Retransmit) 및 복구(recovery) 알고리즘에 따라 재전송하는데 걸리는 시간을 최소화시킬 수 있고, 윈도우 사이즈 설정을 변경함으로써, 셀 손실률을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 다중 패킷 손실 제어 방법에 있어서,
    비동기전달모드(ATM)망에서 UBR(Unspecified Bit Rate) 등과 같은 서비스 사용시에 혼잡제어 알고리즘에 대한 새로운 혼잡제어 알고리즘을 구현하기 위하여, 소정번째 복사된 ACK(Acknowledgment)신호를 입력받아 임계치를 설정하는 제 1 단계; 및
    상기 임계치 설정 과정에서 손실된 세그먼트를 재전송하고, 혼잡 제어 윈도우(CWDN) 사이즈 설정을 변경하여 상기 혼잡 제어 윈도우를 증가시키는 제 2 단계
    를 포함하는 다중 패킷 손실 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 혼잡 제어 윈도우 수행시, SACK(Selective Acknowledgement) 옵션이 존재하는지의 여부에 따라, ACK 신호를 사용하여 소스와 목적지 노드에서 모두 SACK 옵션을 지원하도록 하는 제 3 단계
    를 더 포함하는 다중 패킷 손실 제어 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 혼잡 제어 알고리즘은,
    TCP(Transmission Control Protocol) 망에서의 특성과 상기 ATM 망에서의 특성에 의하여 다중 패킷 손실이 발생했을 때 새로운 빠른 재전송(Fast Retransmit) 및 회복(Recovery) 알고리즘을 구현하도록 하는 것을 특징으로 하는 다중 패킷 손실 제어 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 단계는,
    대역폭과 지연의 곱을 이용하여 임계값("ssthresh = max(flightSize/2, 3*MSS)")을 설정하고, 패킷 손실시에 슬로우 스타트 알고리즘을 통해 데이터를 전송하여 새로운 빠른 재전송을 시작하지 않도록 재전송 타임아웃 현상을 막는 것을 특징으로 하는 다중 패킷 손실 제어 방법.
  5. 프로세서를 구비한 비동기전달모드망에,
    비동기전달모드(ATM)망에서 UBR(Unspecified Bit Rate) 등과 같은 서비스 사용시에 혼잡제어 알고리즘에 대한 새로운 혼잡제어 알고리즘을 구현하기 위하여, 소정번째 복사된 ACK(Acknowledgment)신호를 입력받아 임계치를 설정하는 제 1 기능; 및
    상기 임계치 설정 과정에서 손실된 세그먼트를 재전송하고, 혼잡 제어 윈도우(CWDN) 사이즈 설정을 변경하여 상기 혼잡 제어 윈도우를 증가시키는 제 2 기능
    을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 혼잡 제어 윈도우 수행시, SACK(Selective Acknowledgement) 옵션이 존재하는지의 여부에 따라, ACK 신호를 사용하여 소스와 목적지 노드에서 모두 SACK 옵션을 지원하도록 하는 제 3 기능
    을 더 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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