KR20050038448A - 적응적 동적 ｉｐ 주소 관리 시스템 및 관리 방법 - Google Patents

적응적 동적 ｉｐ 주소 관리 시스템 및 관리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)를 이용한 적응적 동적 IP 주소 관리 시스템 및 그 관리 방법을 개시한다.
본 발명의 DHCP를 이용한 적응적 동적 IP 주소 관리 시스템은, IP 주소 정보를 저장하는 IP 풀(pool), 할당된 IP 주소와 IP 주소를 할당받은 가입자 단말기에 대한 정보를 저장하는 할당테이블, IP 풀의 가용 IP 주소수와 시스템의 부하율을 확인하는 상태확인부 및 가입자 단말기에 IP 풀의 IP 주소를 할당하고 가용 IP 주소수에 따라 IP 주소를 할당받은 가입자 단말기들의 정상 동작 여부를 확인하여 선택적으로 할당된 IP 주소를 회수하는 제어부를 구비하여, 임대 시간이 남아있어도 실제 사용되지 않는 IP 주소는 조기 회수함으로써 IP 주소의 재활용율을 높여 동적 IP 풀의 주소 부족에 따른 가입자의 인터넷 접속 불가를 줄일 수 있다.

Description

적응적 동적 ＩＰ 주소 관리 시스템 및 관리 방법{Adaptive IP manamgement system and management method the same}
본 발명은 초고속인터넷접속망에서 가입자 단말기에 할당된 동적 IP 주소를 관리하는 방법 및 그 방법을 사용하는 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 IP 풀(pool)의 주소 잔량이 부족시 IP 주소를 할당받은 클라이언트들로 패킷을 전송하여 응답이 없는 클라이언트들에게 할당된 IP 주소를 회수함으로써 동적 IP 주소 방식에서의 IP 주소 재활용율을 높여 IP 주소 부족으로 인한 가입자의 인터넷 접속 불가를 방지하기 위한 동적 IP 주소 관리 방법 및 그 방법을 이용한 인터넷 접속 시스템에 관한 것이다.
DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)를 이용한 동적 IP 주소 할당방식은 고정적으로 IP 주소를 할당하는 방식에 비해 가입자에게는 인터넷 접속의 편의성을 제공하고, 네트워크 관리자에게는 IP 주소를 비롯한 네트워크 IP 풀(pool)의 주소 공유를 통한 IP 주소 절감 등의 이점으로 사설 인터넷뿐만 아니라 공중 인터넷에서도 많이 이용되고 있다. 최근 가입자의 컴퓨터 및 인터넷 이용시간의 증가, 이용인구의 확대 및 특정 시간대에 집중적으로 인터넷을 이용하는 경향으로 인해 DHCP 서버의 IP 풀의 주소 고갈로 인터넷 접속이 불가능한 사례가 많아지고 있다.
현재, 동적 IP 주소 할당 방식에서 이러한 IP 주소 부족을 해결하기 위한 방안으로 NAT(Network Address Translation)를 이용한 사설 IP 주소 할당방안이 이용되고 있으나, 이러한 NAT는 패킷별로 주소변환이 일어나야 하므로 변환처리를 위한 네트워크 장비의 CPU 부하 증가의 문제점이 있다. 또한, 주소변환과 함께 IP 및 TCP 체크섭(Checksum) 변경과 아울러 ICMP(Internet Control Message Protocol), FTP(File Transfer Protocol) 등의 프로토콜은 물론 IP 주소가 들어있는 모든 곳을 수정해야 함에 따라 일부 특정 응용서비스는 사용이 불가하기 때문에 공중 인터넷에서 채택하기는 바람직하지 않다.
도 1은 RFC(Request For Comments) 2131 및 2132에 기술된 DHCP를 이용한 동적 IP 주소 할당 과정을 도시한 도면이다.
가입자가 DHCP 클라이언트를 부팅하면, 클라이언트는 IP 주소를 할당해 줄 DHCP 서버를 찾기 위한 메시지(DHCPDISCOVER)를 브로드캐스팅한다. 이 메시지를 수신한 서버는 IP 주소를 할당해 줄 수 있다는 메시지(DHCPOFFER)를 클라이언트에게 전송한다. 이에 따라, 클라이언트는 가용 IP를 요구하는 메시지(DHCPREQUEST)를 브로드캐스팅하면, 서버는 이에 대한 응답 메시지(DHCPACK)를 브로드캐스팅 또는 유니캐스팅하여 해당 클라이언트에게 IP 주소를 할당해준다.
도 2는 IP 주소 연장 과정을 도시한 도면이다.
동적 IP 할당 방식에서는 프로토콜상 IP 주소 임대시간을 임대시간의 T/2 시점에서 클라이언트가 DHCP 서버(이하, 서버라 함)에게 IP 주소 임대 연장을 신청(DHCPREQUEST)하면, 서버는 연장 승인(DHCPACK)을 한다. 이에 따라, 클라이언트는 T/2 ~ 3T/2 동안 IP 주소 사용권한을 얻고, 가입자는 지속적으로 인터넷을 사용할 수 있게 된다.
도 3은 클라이언트가 IP 주소 사용의 재연장을 신청하고 승인받는 과정을 도시한 도면이다.
서버가 어떤 이유로 인해 클라이언트의 IP 주소 할당 요청에 대한 연장 승인을 하지 않게 되면, 클라이언트는 0.875T 시점에서 다시 재연장 신청(DHCPREQUEST)을 하고, 그에 따라 승인(DHCPACK)을 받으면 다시 그 시점부터 임대시간까지 IP 주소를 할당받아 인터넷 사용이 가능하게 된다.
만약, T 이전에 클라이언트의 전원이 오프(OFF)되면, 클라이언트가 오프되었는지 모르는 서버는 임대시간 T 까지 계속 IP를 할당한 상태가 되어 결과적으로 일정 시간 T 동안 IP 주소를 낭비하게 된다. 컴퓨터 OS의 대부분을 차지하는 윈도우즈 계열(Windows 95, 98, XP, 2000 시리즈들)은 전원이 오프되면서, IP 주소 해제 (release) 메시지를 서버에게 보내지 않기 때문에 동적 IP 주소 할당 방식의 IP 주소 재사용율 저하 문제가 발생하게 된다.
따라서, 상술된 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 IP 주소를 할당받았으나 이를 사용하지 않는 클라이언트들을 찾아내어 잔여 임대 시간과 상관없이 그 IP 주소를 조기에 회수함으로써 IP 주소의 재활용율을 높이는데 있다.
위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)를 이용한 적응적 동적 IP 주소 관리 시스템은, IP 주소 정보를 저장하는 IP 풀(pool); 할당된 IP 주소와 IP 주소를 할당받은 상기 가입자 단말기에 대한 정보를 저장하는 할당테이블; 상기 IP 풀의 가용 IP 주소수와 상기 시스템의 부하율을 확인하는 상태확인부; 및 상기 가입자 단말기에 상기 IP 풀의 IP 주소를 할당하고, 상기 상태확인부로부터의 가용 IP 주소수에 따라 상기 할당테이블의 IP 주소를 할당받은 상기 가입자 단말기들의 정상 동작 여부를 확인하여 선택적으로 할당된 IP 주소를 회수하는 제어부를 구비한다.
본 발명의 DHCP를 이용한 적응적 동적 IP 주소 관리 방법은, DHCP 클라이언트에 할당 가능한 가용 IP 주소수와 DHCP 서버의 부하율을 확인하는 제 1 단계; 상기 가용 IP 주소수와 상기 부하율이 일정 조건을 만족시, 상기 IP 주소수와 상기 부하율에 따라 IP 주소들를 할당받은 상기 DHCP 클라이언트들로 정상 동작 여부를 확인하기 위한 패킷을 전송하는 제 2 단계; 및 상기 패킷에 대한 응답 수신 여부에 따라 해당 DHCP 클라이언트에 할당된 IP 주소를 회수하는 제 3 단계를 포함한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 적응적 동적 IP 주소 관리 시스템을 이용한 서버-클라이언트 구성도이다.
DHCP 클라이언트(10)는 DHCP에 따라 필요시에만 일정시간 동안 IP 주소를 할당받고, 할당받은 IP 주소를 이용하여 IP(Internet Protocol) 망을 통해 IP 망에 접속한 다른 유/무선 단말기와 네트워크 통신을 수행하는 사용자 단말기이다. 이러한 DHCP 클라이언트(10)로는 퍼스널 컴퓨터, PDA와 같은 이동통신 단말기 등이 포함된다.
DHCP 서버(20)는 DHCP 클라이언트(10)에게 IP 주소를 할당해주며, 가용 IP 자원이 부족시 기 IP 주소를 할당받은 DHCP 클라이언트(10)의 동작 여부를 확인하여 동작하지 않는 DPCP 클라이언트(10)로부터 IP 주소를 회수한다.
이러한 DHCP 서버(20)는 IP 풀(pool)(22), 할당테이블(24), 상태확인부(26) 및 제어부(28)를 구비한다.
IP 풀(22)은 DHCP 서버(20)가 보유한 IP 주소 자원에 대한 정보를 저장한다.
할당테이블(24)은 할당된 IP 주소와 할당된 각 IP 주소에 대응되는 DHCP 클라이언트에 대한 정보가 저장된다.
상태확인부(26)는 IP 풀(22)의 IP 주소 자원에서 DHCP 클라이언트(10)에게 이미 할당해준 IP 주소수와 IP 주소 할당에 따른 DHCP 서버(20)의 부하율을 확인하여 제어부(28)로 출력한다.
제어부(28)는 DHCP 서버(20)를 전체적으로 제어하며, IP 풀(22)에 가용 IP 자원이 부족시 기 할당해준 IP 주소들로 순차적으로 패킷(ICMP ECHO)을 전송하여 응답이 없는 경우 DHCP 클라이언트(10)에게 할당된 IP 주소를 회수한다.
즉, 제어부(28)는 가용 IP 주소 자원이 여유로운 경우에는 종래와 같이 기 설정된 임대 시간(T) 동안 DHCP 클라이언트들(10)에게 IP 주소를 할당해주지만, 가용 IP 주소 자원이 부족하게 되면 IP 주소를 할당받은 DHCP 클라이언트들(10)의 정상동작 여부를 확인하여 정상동작하지 않는 DHCP 클라이언트들(10)에게 할당된 IP 주소는 잔여 임대 시간(T)과 상관없이 강제적으로 회수하여 재활용한다.
이를 위해, 제어부(28)는 상태확인부(26)로부터의 상태정보를 이용해 IP 풀(22)의 가용 IP 주소수가 기 설정된 제 1 임계값 보다 작은지 여부를 확인한다. 그러나, DHCP 서버(20)의 부하율이 높은 상태에서 패킷 전송 및 응답 확인을 수행하면, 오히려 DHCP 서버(20)의 부하를 가중시켜 시스템의 안정성에 문제가 발생될 수 있으므로, 가용 IP 주소수가 뿐만 아니라 DHCP 서버(20)의 부하율까지 고려한다. 따라서, 가용 IP 주소수가 제 1 임계값 보다 적어도 DHCP 서버(20)의 부하율이 기 설정된 제 2 임계값 보다 작은 경우에만 IP 주소를 할당받은 DHCP 클라이언트들(10)에 대한 정상동작 여부 확인 작업을 수행한다.
도 5는 본 발명에 따른 적응적 동적 IP 주소 할당 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
우선 전체적인 IP 주소 할당 과정은 도 1에서와 같이, 가입자가 인터넷에 접속하기 위해 DHCP 클라이언트(10)를 부팅하면, DHCP 클라이언트(10)는 IP 주소를 할당 해 줄 DHCP 서버(20)를 찾기 위해 메시지(DHCPDISCOVER)를 브로드캐스팅하며, 메시지(DHCPDISCOVER)를 수신한 DHCP 서버(20)는 IP 주소를 할당할 수 있다는 메시지(DHCPOFFER)를 다시 브로드캐스팅한다.
메시지(DHCPOFFER)를 수신한 DHCP 클라이언트(10)는 IP 주소를 요청하는 메시지(DHCPREQUEST)를 브로드캐스팅한다. IP 주소 요청 메시지(DHCPREQUEST)를 수신한 DHCP 서버(20)는 메시지(DHCPACK)를 브로드캐스팅하여 해당 DHCP 클라이언트(10)에게 일정시간 동안 IP 주소를 할당하게 된다.
이때, 전송되는 DHCP 메시지 포맷은 도 6과 같다.
임대 시간(T)과 관련된 설정값은 메시지(DHCPOFFER)에서부터 설정되고 최종적으로 메시지(DHCPACK)에서 설정되어 클라이언트에 전송된다. 설정내용은 초단위의 IP 주소 임대시간(Lease Time), 연장시간(Renewal Time) 및 재연장시간(Rebinding Time)이며, 절대적 시간이 아닌 상대적 시간크기를 설정한다.
제어부(28)는 상태확인부(26)로부터 IP 풀(22)에 남아 있는 사용 가능한 IP 주소수에 대한 정보를 제공받아 이를 기 설정된 제 1 임계값과 비교한다(단계 510).
만약, 가용 IP 주소수가 제 1 임계값보다 커 아직 IP 주소 자원이 여유로운 경우, 제어부(28)는 정상상태로서 기 설정된 임대 시간(T)이 완료된 후 IP 주소를 회수한다(단계 520).
그러나, 가용 IP 주소수가 제 1 임계값 작으면, 제어부(28)는 상태확인부(26)로부터 DHCP 서버(20)의 부하율, 보다 정확하게는 IP 할당을 위한 중앙처리장치(CPU)의 부하율,을 제공받아 이를 기 설정된 제 2 임계값과 비교한다(단계 530).
비교결과 부하율이 제 2 임계값 보다 높으면 단계 520에서와 같이 기 설정된 임대 시간(T)이 경과한 후 IP 주소를 회수한다. 이는 서버(20)의 부하율이 높은 상태에서 DHCP 클라이언트들(10)의 정상동작 여부를 확인하기 위해 패킷을 전송하고 이에 대한 응답을 확인하는 작업을 수행하면, 서버(20)의 부하율을 더욱 높이게 되어 서버(20)가 다운될 수 있다. 더욱이, DHCP 서버(20)가 집선스위치(미도시)에 내장된 경우 DHCP 서버(20)의 다운으로 과부하에 따른 L3 스위칭의 기능마저 다운될 우려가 있기 때문이다.
단계 530에서 부하율이 제 2 임계값 보다 작으면, 제어부(28)는 할당테이블(24)에서 할당된 IP 주소 중 가장 낮은 IP 주소값 또는 가장 높은 IP 주소값을 하나를 읽어온다(단계 540).
다음에, 제어부(28)는 읽어온 IP 주소를 할당받은 DHCP 클라이언트(10)가 정상적으로 동작하는지 여부를 확인하기 위해 해당 IP 주소로 패킷(ICMP ECHO)을 전송한다(단계 550).
제어부(28)는 패킷(ICMP ECHO) 전송 후, 그에 대한 응답이 기 설정된 일정 시간(이하, 응답 시간이라 함) 이내에 수신되는지를 확인한다(단계 560).
DHCP 클라이언트(10)로부터 응답 시간 이내에 패킷에 대한 응답이 수신되면, 제어부(28)는 할당테이블(24)에서 다음 IP 주소를 순차적으로 읽어와 패킷을 전송하여 기 할당된 모든 IP 주소들에 대해 패킷을 전송한다.
그러나, 단계 560에서 DHCP 클라이언트(10)로부터 응답 시간 이내에 응답이 수신되지 않으면, 응답 불능 확인수(L)를 현재값에서 1을 증가시킨다(단계 570).
제어부(28)는 이러한 응답 불능 확인수(L)가 기 설정된 제한값(Llimit)에 도달했는지 확인하여(단계 580), 응답 불능 확인수(L)가 제한값(Llimit)에 도달할 때까지 단계 550 내지 단계 580을 반복 수행한다.
동작여부 확인 작업을 반복 수행한 결과, 응답 불능 확인수(L)가 제한값(Llimit)에 도달할 때까지 해당 DHCP 클라이언트(10)로부터 아무런 응답이 수신되지 않으면, 제어부(28)는 해당 클라이언트(10)는 정상동작하지 않는 것으로 판단하여 해당 IP 주소를 회수한다(단계 590). 그리고, 제어부(28)는 회수된 IP 주소 정보를 할당테이블(24)에서 삭제한다.
제어부(28)는 IP 풀(22)의 가용 IP 주소수가 제 1 임계값 이상이 될 때까지 할당테이블(24)에서 순차적으로 IP 주소를 읽어와 IP 주소 회수 작업을 반복 수행한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 IP 주소 관리 시스템 및 관리 방법은 임대 시간이 남아있어도 실제 사용되지 않는 IP 주소를 조기 회수함으로써 IP 주소의 재활용율을 높여 동적 IP 풀의 주소 부족에 따른 가입자의 인터넷 접속 불가를 줄일 수 있다.
도 1은 종래의 DHCP 방식에서의 클라이언트와 서버간의 IP 주소 할당 과정을 도시한 도면.
도 2는 종래의 DHCP 방식에서의 클라이언트의 IP 주소 사용 연장 신청 및 승인과정을 도시한 도면.
도 3은 종래의 DHCP 방식에서의 클라이언트의 IP 주소 사용 재연장 신청 및 승인과정을 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 적응적 동적 IP 주소 관리 시스템을 이용한 서버-클라이언트 구성도.
도 5은 본 발명에 따른 적응적 동적 IP 주소 관리 방법을 설명하기 위한 순서도.
도 6은 DHCP 방식의 메시지 형식을 도시한 도면.

Claims (8)

  1. DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)를 이용하여 가입자 단말기에 동적 IP 주소를 할당하고 이를 관리하는 시스템에 있어서,
    IP 주소 정보를 저장하는 IP 풀(pool);
    할당된 IP 주소와 IP 주소를 할당받은 상기 가입자 단말기에 대한 정보를 저장하는 할당테이블;
    상기 IP 풀의 가용 IP 주소수와 상기 시스템의 부하율을 확인하는 상태확인부; 및
    상기 가입자 단말기에 상기 IP 풀의 IP 주소를 할당하고, 상기 상태확인부로부터의 가용 IP 주소수에 따라 상기 할당테이블의 IP 주소를 할당받은 상기 가입자 단말기들의 정상 동작 여부를 확인하여 선택적으로 할당된 IP 주소를 회수하는 제어부를 구비하는 적응적 동적 IP 주소 관리 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 가용 IP 주소수가 기 설정된 제 1 임계값 보다 작은 경우, 상기 IP 주소 회수 작업을 수행하는 것을 특징으로 하는 적응적 동적 IP 주소 관리 시스템.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 시스템 부하율이 기 설정된 제 2 임계값을 넘지 않는 경우, 상기 IP 주소 회수 작업을 수행하는 것을 특징으로 하는 적응적 동적 IP 주소 관리 시스템.
  4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 제어부는
    IP 주소를 할당받은 상기 가입자 단말기들로 정상 동작 여부를 확인하는 패킷을 전송하고, 상기 패킷에 대한 응답 불능 여부에 따라 해당 가입자 단말기에 할당된 IP 주소를 회수하는 것을 특징으로 하는 적응적 동적 IP 주소 관리 시스템.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 패킷 전송에 대한 응답이 기 설정된 응답 시간 이내 도달하지 않은 횟수가 기 설정된 한계값에 도달시 해당 IP 주소를 회수하는 것을 특징으로 하는 적응적 동적 IP 주소 관리 시스템.
  6. DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)를 이용한 동적 IP 주소 관리 방법에 있어서,
    DHCP 클라이언트에 할당 가능한 가용 IP 주소수와 DHCP 서버의 부하율을 확인하는 제 1 단계;
    상기 가용 IP 주소수와 상기 부하율이 일정 조건을 만족시, 상기 IP 주소수와 상기 부하율에 따라 IP 주소들를 할당받은 상기 DHCP 클라이언트들로 정상 동작 여부를 확인하기 위한 패킷을 전송하는 제 2 단계; 및
    상기 패킷에 대한 응답 수신 여부에 따라 해당 DHCP 클라이언트에 할당된 IP 주소를 회수하는 제 3 단계를 포함하는 적응적 동적 IP 주소 관리 방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 제 2 단계는
    가용 IP 주소수가 기 설정된 제 1 임계값 보다 작고, 상기 부하율이 기 설정된 제 2 임계값 보다 작은 경우에 상기 패킷을 전송하는 것을 특징으로 하는 적응적 동적 IP 주소 할당 방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 제 3 단계는
    상기 패킷 전송에 대한 응답이 기 설정된 응답 시간 이내 도달하지 않은 횟수가 기 설정된 한계값에 도달시 해당 IP 주소를 회수하는 것을 특징으로 하는 적응적 동적 IP 주소 관리 방법.
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