KR20050103543A - Ｔｃｐ 전송제어에서 패킷 전송률 결정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 TCP 전송제어에서 패킷 전송률 결정 방법에 관한 것으로, a) 데이터 전송률을 초기화하고 초기값에 따라서 데이터를 전송하는 단계와, b) 수신부로부터 응답신호 수신여부를 검사하는 단계와, c) 상기 단계 b)에서 응답신호가 검출되면 데이터 전송률을 증가하고, 이전 전송률과 증가된 전송률을 비교하는 단계와, d) 상기 증가된 전송률로 데이터를 송신하는 단계와, e) 수신부로부터 응답신호 수신여부를 검사하는 단계; 및 f) 상기 단계 e)에서 응답신호가 검출되면 상기 단계 d)를 되풀이하고, 그렇지 않으면 상기 단계 a)부터 되풀이하는 단계를 포함한다.

Description

ＴＣＰ 전송제어에서 패킷 전송률 결정 방법{Packet Sending Rate Decision Method in TCP Transmission Control}

본 발명은 TCP 전송제어에서 패킷 전송률 결정 방법에 관한 것으로, 좀더 자세하게 말하자면 데이터 네트워크의 전송 제어 프로토콜인 TCP를 사용하는 노드가 대용량의 데이터를 전송할 때 네트워크의 혼잡을 피해 최대한으로 데이터를 송신할 수 있는 데이터 전송률을 효율적으로 구하는 방법에 관한 것이다.

전송 제어 프로토콜(Transmission Control Protocol, 'TCP') 트래픽을 분석해보면 약 90% 이상은 대용량 데이터(Bulk Data)전송이고, 약 10%만이 상호 교환적인(Interactive) 데이터 전송이다. TCP에서는 이러한 두 종류의 데이터 타입에 따라, 다른 데이터 전송 제어 알고리즘을 사용한다. 특히, 90%이상의 데이터 트래픽을 차지하고 있는 대용량 데이터의 전송이 상호 교환적인 데이터 전송보다 중요한데, 이러한 타입의 데이터를 전송시에는 느린 출발(Slow Start), 혼잡 회피(Congestion Avoidance), 슬라이딩 윈도우(Sliding Windows)등의 알고리즘이 사용된다. 느린 출발과 혼잡 회피는 상호 보완적으로 사용되는데 이 알고리즘은 대용량 데이터를 송신측이 수신측으로 네트워크의 혼잡을 피하면서 최대한으로 전송할 수 있는 데이터 전송률을 구하는 방법으로 사용된다.

여기서 전송 데이터의 가장 작은 단위는 세그먼트(segment)인데, TCP 세그먼트 크기의 결정 방법은 여기서 설명하지 않는다. 왕복시간(round-trip time)은 송신측에서 하나의 세그먼트 데이터를 전송한 후, 수신측에서 이에 대한 성공적인 수신이 이루어졌을 때, 이를 알리는 응답신호(acknowledgement, 'ACK')가 수신측으로부터 송신측으로 전달되는 때까지 걸리는 시간을 의미한다. 통지 윈도우(advertised window, 'awnd')는 수신측이 왕복시간동안 연속적으로 수신할 수 있는 최대의 세그먼트 수를 의미한다. 이는 수신측의 버퍼크기와 프로세싱 속도 등에 의해 결정되며 송신측과 수신측의 TCP 통신이 초기에 연결되는 시기에 수신측이 송신측으로 통지한다.

하지만, 일반적인 네트워크 환경에서는 송신측과 수신측 사이에 라우터나 리피터등 여러 개의 네트워크 노드가 존재하게 되는데, 이러한 중간 노드들의 데이터 중개 처리 능력에 따라 송신측이 수신측으로 성공적으로 전송할 수 있는 연속된 세그먼트의 수는 awnd 보다 제한된다.

도 1은 느린 출발과 혼잡 회피 알고리즘을 상호 보완적으로 사용하여 데이터 전송률을 결정하는 예를 도시한 것이다.

도 1을 참조하면, adw는 40 세그먼트이며, 최대 전송률은 네트워크 상황에 따라 실제 수용할 수 있는 세그먼트 수를 18, 20, 14로 변하는 것으로 가정하였다.

우선 송.수신측이 TCP연결이 된 후 송신측은 느린 출발을 사용하는데, 느린 출발은 현재 전송중인 제어 윈도우(cwnd)를 1 세그먼트/왕복시간으로 초기화하고 데이터 손실이 발생하거나 adw보다 클 때까지 cwnd를 배수로 증가시킨다. 데이터 손실이 발생하게 되면 현재 cwnd의 1/2을 ssthresh(slow start threshold size)로 설정하고, cwnd는 다시 1 세그먼트/왕복시간로부터 시작하여 ssthresh보다 크지 않으면서 가장 큰 정수까지 배수 증가하게 되며, 이후부터는 혼잡 회피 알고리즘을 사용하여 cwnd를 계산한다. 혼잡 회피 알고리즘은 이 cwnd부터 하나의 ACK가 들어 올 때마다 segsize*segsize/cwnd 산술 증가하게 된다. 이후 다시 데이터 손실이 발생하면, ssthresh를 현재 cwnd의 1/2로 설정하고, 같은 방식으로 느린 출발과 혼잡 회피방식을 진행한다.

종래의 느린 출발과 혼잡 회피 알고리즘을 통한 전송률 결정의 문제점은 처음 하나의 세그먼트로 패킷을 전송하기 시작해서 적정 전송률까지 다다르는 데에 많은 시도가 이루어져야 하고, 네트워크 트래픽이 약간만 증가해서 패킷 전송이 실패할 경우 다시 처음 하나의 세그먼트 패킷의 전송으로 되돌아가야 하므로 필요 이상 과도하게 전송률을 낮추는 단점이 있다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 종전의 느린 출발과 혼잡 회피 알고리즘에 비하여 빨리 적정전송률에 도달하고 작은 네트워크 트래픽 변화를 가정할 경우 패킷 전송이 실패할 경우에도 적정하게 전송률을 낮추어 큰 전송률 감소 없이 데이터를 전송하는 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명은 TCP 전송제어에서 패킷 전송률 결정 방법에 관한 것으로, a) 데이터 전송률을 초기화하고 초기값에 따라서 데이터를 전송하는 단계와, b) 수신부로부터 응답신호 수신여부를 검사하는 단계와, c) 상기 단계 b)에서 응답신호가 검출되면 데이터 전송률을 증가하고, 이전 전송률과 증가된 전송률을 비교하는 단계와, d) 상기 증가된 전송률로 데이터를 송신하는 단계와, e) 수신부로부터 응답신호 수신여부를 검사하는 단계; 및 f) 상기 단계 e)에서 응답신호가 검출되면 상기 단계 d)를 되풀이하고, 그렇지 않으면 상기 단계 a)부터 되풀이하는 단계를 포함한다.

본 발명에서, 상기 단계 b)는 응답신호가 검출되지 않으면 데이터 전송률을 감소하고, 이전 전송률과 감소된 전송률을 비교하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 단계 b1)은 이전 전송률과 감소된 전송률이 동일하면 상기 단계 a)부터 다시 되풀이하고, 동일하지 않으면 감소된 전송률로 데이터를 전송하고 상기 단계 b)부터 되풀이하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 단계 a)의 데이터 전송률의 초기값은 상위한계와 하위한계를 더한 값에서 반을 나눈 값보다 작지 않은 가장 작은 정수 값과 동일한 값으로 결정하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 상위한계는 수신 측에서 허락하는 윈도우의 크기와 동일하고, 하위한계는 1인 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 단계 c)의 증가된 데이터 전송률은 하위한계를 이전 전송률로 대치하고, 상위한계와 하위한계를 더한 값에서 반을 나눈 값보다 작지 않은 가장 작은 정수값과 동일한 값으로 결정하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 단계 b1)의 감소된 데이터 전송률은 상위한계를 이전 전송률로 대치하고, 상위한계와 하위한계를 더한 값에서 반을 나눈 값보다 작지 않은 가장 작은 정수값과 동일한 값으로 결정하는 것이 바람직하다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 윈도우(cwnd)의 크기를 정하는 방법을 나타낸 순서도이다.

상기 실시예는, 현재 전송률을 노드의 상황에 따라 증가 또는 감소하는 방법을 개략적으로 나타낸 것이다.

도 2를 참조하여 그 과정을 자세히 살펴보면 다음과 같다.

단계 201은 데이터 전송률을 초기화하고 초기값에 따라서 데이터를 전송하는 과정이다.

TCP 연결이 된 후, 데이터를 수신하는 노드가 자신의 adw(Advertised Window)를 송신 노드에게 알려주면, 송신 노드는 초기 상위한계를 adw, 초기 하위한계를 1, cwnd를 (1 + adw)/2 보다 작지 않은 가장 작은 정수로 구한 후, 이 cwnd로 데이터를 전송한다

단계 203은 응답신호 수신여부를 검사하는 과정이다

데이터가 성공적으로 전송이 되는지를 수신부로부터의 응답신호(ACK)를 통하여 판단한다.

단계 204 및 단계 205는 전송률을 감소하고 이전 전송률과 비교하는 과정이다.

상기 단계203 에서 응답신호가 수신되지 않으면, 성공적인 전송이 아니라고 판단하고 cwnd를 축소하기 위해 상위한계를 이전 cwnd로 결정하고, cwnd를 (상위한계 + 하위한계)/2보다 크지 않은 가장 큰 정수로 구한 후 이전 cwnd와 새로운 cwnd가 같은 지를 판단한다. 이 두 cwnd들이 같은 경우 더 이상 cwnd를 축소하여도 데이터 손실이 발생하므로 상기 단계 201에서부터 다시 시작한다. 이 두 값이 같지 않을 경우 상기 단계 202를 다시 실행한다.

단계 206 및 단계 207은 전송률을 증가하고 이전 전송률과 비교하는 과정이다.

성공적인 전송인 경우 cwnd를 확장하기 위하여 하위한계를 이전 cwnd로 결정하고, 새로운 cwnd를 (상위한계 + 하위한계)/2보다 작지 않은 가장 작은 정수로 구한 후 이전 cwnd와 새로운 cwnd가 같은 지를 판단한다. 이 두cwnd가 동일하지 않으면 충분한 전송률로 증가되지 못한 것이므로 단계 202를 되풀이하여 전송률을 증가시킨다.

단계 208은 증가된 전송률로 데이터를 전송하는 과정이다.

상기 단계 207에서 두 cwnd들이 같은 경우 충분한 크기로 cwnd가 확장된 것을 의미하므로 데이터 손실이 발생 때까지 계속 이 cwnd로 데이터를 전송한다.

단계 209는 응답신호의 수신여부를 검사하는 과정이다.

데이터 손실이 발생하여 수신부로부터 ACK가 수신되지 않는 경우 상기 단계 201에서 다시 시작한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 실제 데이터 전송률의 변화를 나타낸 것이다.

도 3을 참조하면, adw는 40 세그먼트/왕복시간이고, 굵은선은 최대전송률의 변화를 나타내며, 점선은 실제 cwnd의 변화율을 나타낸다. 이하 기술의 편의상 '세그먼트/왕복시간'의 단위는 생략하여 기술하도록 한다.

왕복시간 1-2사이는 초기과정이므로 상위한계는 adw인 '40'이고, 하위한계는 '1'이 된다. 따라서, cwnd는 '21'이 된다. 상기 cwnd는 최대전송률을 초과하므로, 송신측은 응답신호 수신을 실패하고 cwnd를 감소시킨다.

왕복시간 2-3사이는 상위한계를 이전 cwnd인 '21'로 제한하고, 하위한계는 '1'로 동일하게 둔다. 따라서, cwnd는 '11'이 된다. 이는, 최대 전송율을 넘지 않으므로 다음번 왕복시간에는 cwnd를 증가시킨다.

왕복시간 3-4사이는 상위한계는 '21'로 동일한 반면, 하위한계를 이전 cwnd인 '11'로 정의한다. 따라서, 현재 cwnd는 '16'이 된다. 이는, 최대 전송율을 넘지 않으므로 다음번 왕복시간에도 cwnd를 증가시킨다.

왕복시간 4-5사이는 상위한계는 '21'로 동일한 반면, 하위한계를 이전 cwnd인 '16'으로 정의한다. 따라서, 현재 cwnd는 '19'가 된다. 이는, 최대 전송율을 넘게 되므로, 다음번 왕복시간에는 cwnd를 감소시킨다.

왕복시간 5-6사이는 하위한계는 '16'으로 동일한 반면, 상위한계를 이전 cwnd인 '19'로 정의한다. 따라서, 현재 cwnd는 '18'이 된다. 이는, 최대 전송율을 넘게 되므로, 다음번 왕복시간에는 cwnd를 감소시킨다.

상기와 같은 과정을 반복함으로써, 현재 cwnd값은 최대 전송율의 값과 동일하게 되고, 이 크기에 맞게 데이터는 전송된다.

왕복시간 14-15사이에서 최대 전송율이 감소하면 데이터의 손실을 감지하여 다시 초기부터 되풀이한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 종래방법과 본 발명의 전송방법에 의해 전송된 세그먼트수를 나타낸 그래프이다.

도 4를 참조하면, 발명의 실시로 초기에 cwnd를 느린 출발(slow start), 혼잡 회피(congestion avoidance) 방법에 비해 큰 값에서 시작하므로 네트워크에서 수용할 수 있는 최대 cwnd를 찾아가는 동안에도 보다 많은 세그먼트를 전송할 수 있다. 작은 네트워크 트래픽 변화를 가정할 경우 패킷 전송이 실패할 경우에도 적정하게 전송률을 낮추어 큰 전송률 감소 없이 데이터를 전송가능함을 알 수 있다.

상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 작은 네트워크 트래픽 변화를 가정할 경우 패킷 전송이 실패할 경우에도 적정하게 전송률을 낮추어 큰 전송률 감소 없이 데이터를 전송할 수 있다.

도 1은 느린 출발과 혼잡 회피 알고리즘을 상호 보완적으로 사용하여 데이터 전송률을 결정하는 예를 도시한 것이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 윈도우의 크기를 정하는 방법을 나타내는 순서도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 실제 데이터 전송률의 변화를 나타낸 것이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 종래 방법과 본 발명의 전송방법에 의해 전송된 세그먼트수를 나타낸 그래프이다.

Claims (7)

1. a) 데이터 전송률을 초기화하고 초기값에 따라서 데이터를 전송하는 단계;

   b) 수신부로부터 응답신호 수신여부를 검사하는 단계;

   c) 상기 단계 b)에서 응답신호가 검출되면 데이터 전송률을 증가하고, 이전 전송률과 증가된 전송률을 비교하는 단계;

   d) 상기 증가된 전송률로 데이터를 송신하는 단계;

   e) 수신부로부터 응답신호 수신여부를 검사하는 단계; 및

   f) 상기 단계 e)에서 응답신호가 검출되면 상기 단계 d)를 되풀이하고, 그렇지 않으면 상기 단계 a)부터 되풀이하는 단계를 포함하는 TCP 전송제어에서 패킷 전송률 결정 방법.
2. 제 1항에 있어서, 단계 b)는

   b1) 응답신호가 검출되지 않으면 데이터 전송률을 감소하고, 이전 전송률과 감소된 전송률을 비교하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 TCP 전송제어에서 패킷 전송률 결정 방법.
3. 제 2항에 있어서, 단계 b1)은

   b11) 이전 전송률과 감소된 전송률이 동일하면 상기 단계 a)부터 다시 되풀이하고, 동일하지 않으면 감소된 전송률로 데이터를 전송하고 상기 단계 b)부터 되풀이하는 것을 특징으로 하는 TCP 전송제어에서 패킷 전송률 결정 방법.
4. 제 1항에 있어서, 단계 a)의 데이터 전송률의 초기값은

   상위한계와 하위한계를 더한 값에서 반을 나눈 값보다 작지 않은 가장 작은 정수 값과 동일한 값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 TCP 전송제어에서 패킷 전송률 결정 방법.
5. 제 4항에 있어서, 상기 상위한계는 수신 측에서 통지 윈도우의 크기와 동일하고, 하위한계는 1인 것을 특징으로 하는 TCP 전송제어에서 패킷 전송률 결정 방법.
6. 제 1항에 있어서, 단계 c)의 증가된 데이터 전송률은

   하위한계를 이전 전송률로 대치하고, 상위한계와 하위한계를 더한 값에서 반을 나눈 값보다 작지 않은 가장 작은 정수값과 동일한 값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 TCP 전송제어에서 패킷 전송률 결정 방법.
7. 제 2항에 있어서, 단계 b1)의 감소된 데이터 전송률은

   상위한계를 이전 전송률로 대치하고, 상위한계와 하위한계를 더한 값에서 반을 나눈 값보다 작지 않은 가장 작은 정수값과 동일한 값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 TCP 전송제어에서 패킷 전송률 결정 방법.