KR20080037625A - 데이타 통신 시스템 및 방법 - Google Patents

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파르텍 클러스터 컴피턴스 센터 게엠베하
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Abstract

본 발명은 다수의 입출력 포트와 제 1, 2 스위칭 유닛 그룹을 갖는 데이타 통신 시스템에 관한 것이다. 각각의 스위칭 유닛은 다수의 입출력 인터페이스를 가지며, 상기 제 1 그룹의 각 스위칭 유닛에 있는 다수의 입출력 인터페이스 중 적어도 하나는 상기 통신 시스템 자체의 입출력 포트를 형성하며, 상기 제 1 그룹의 각 스위칭 유닛에 있는 적어도 하나의 다른 입출력 인터페이스는 통신 링크를 통해 상기 제 2 그룹의 한 스위칭 유닛에 있는 입출력 인터페이스에 연결되어, 적어도 하나의 루프를 갖는 네트워크가 형성된다. 상기 네트워크는 적어도 2개의 가상 서브 네트워크로 논리적으로 분할되어 있으며, 각각 스패닝 트리를 형성한다. 상기 제 1 그룹의 각 스위칭 유닛은 특정 입출력 포트에 도착하여 들어오는 데이타 패킷을 적어도 2개의 상기 가상 서브 네트워크 중 미리 정해진 가상 서브 네트워크에 할당하도록 되어 있다. 본 발명의 이점은 상이한 컴퓨팅 환경에서 다른 외부 장비 교체의 필요 없이 교시된 데이타 통신 시스템을 투명하게 사용할 수 있다는 것이다.

Description

데이타 통신 시스템 및 방법{DATA COMMUNICATION SYSTEM AND METHOD}
본 발명은 데이타 통신 시스템에 관한 것으로, 특히 적어도 하나의 루프를 갖는 네트워크를 형성하는 다수의 스위칭 유닛 및 통신 링크를 가지며, 이에 의해 상기 네트워크는 적어도 2개의 가상 서브 네트워크로 논리적으로 분할되어 있으며, 각각의 가상 서브 네트워크는 스패닝 트리(spanning tree)를 형성하는 데이타 통신 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 이더넷(Ethernet) 환경에서 사용되는 상호연결 네트워크 구조에 관한 것이다.
이더넷은 최근에 개발되고 있는 도시 지역 네트워크 및 클러스터 네트워크에 선호되는 네트워킹 기술로 알려져 있다. 스케일의 경제성, 서비스 제공의 용이함, 높은 대역폭, LAN과의 상호연결이 용이하다는 점, 그리고 확장성이 이렇게 이더넷이 선호되는 상황에 대한 주 이유중의 일부이다.
이더넷이 도시 및 클러스터 네트워크에 선호되는 기술이기는 하지만, 어떤 심각한 단점을 가지고 있다. 특히, 이더넷의 스패닝 트리형 스위칭 기구는 N개 스위치를 갖는 네트워크에서 최대 N-1개의 링크를 이용한다. 이 제한된 이용은 성능면에서 MAN과 클러스터 네트워크에 비실용적인 부하의 불균형을 야기한다.
IEEE INFOCOM 2004 에서 Sharma 등이 발표한 "Viking: A Multi-Spanning-Tree Ethernet Architecture for Metropolitan Area and Cluster Networks" 에는 상기 문제를 해결하기 위한 "바이킹(Viking)" 이라는 시스템이 소개되어 있다. 이 바이킹 시스템의 핵심 아이디어는 다중 중복 링크를 사용하여 네트워크의 전체적인 출력 성능을 최대화하기 위해 VLAN 기술과 함께 다중 스패닝 트리를 사용하는 것이다. 또한, 바이킹은 고장 검출후에 경로를 바꾸기 위해 영향받은 통신을 전환시키는 기구를 제공하는 고장방지 능력 특성을 갖는다. 사실, 바이킹은 도시 이더넷 및 클러스터 네트워크를 위한 고장방지 능력이 있는 교통공학적 해결방안을 제공하고자 하는 것이다. 바이킹은 적절한 스위칭 경로를 선택하기 위해 가상 LAN 기술에 의존하고 있다. 통상적으로 VLAN은 네트워크 관리를 단순화시키고 분리 비용을 줄이며 또한 보안성을 개선하기 위해 사용된다. 상기 바이킹은 이러한 통상적인 패러다임에서 벗어나서, 한쌍의 최종 호스트 사이에 원하는 스위칭 경로를 선택하기 위해 태그형 VLAN을 사용한다. 스위칭 경로로서 사용가능한 모든 경로는 상이한 스패팅 트리에 흡수된다. 각각의 스패닝 트리는 특정 VLAN에 대응하기 때문에, VLAN의 명시적 선택은 대응 스패닝 트리와 관련된 스위칭 경로의 암시적 선택을 가져오게 된다. 고장의 경우, 최종 호스트는 대안적인 스위칭 경로를 선택하기 위해 다음 프레임에서 VLAN 아이디를 변경하기만 하면 된다. 각각의 최종 호스트는 네트워크 작동 중 VLAN 선택을 맡고 있는 바이킹 노드 제어기(VNC)를 작동시킬 필요가 있다.
본 발명의 목적은 상기한 컴퓨팅 환경에서 개선된 적용성을 갖는 데이타 통신 시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적은 독립 청구항에 기재된 시스템 및 방법으로 달성된다. 본 발명에 따르면, 제 1 입출력 포트에 도착하여 제 2 입출력 포트를 통해 출력되는 들어오는 데이타 패킷을 처리하기 위한 다수의 입출력 포트를 갖는 데이타 통신 시스템이 제공된다. 본 발명의 시스템은 제 1, 2 스위칭 유닛 그룹을 포함한다. 각각의 스위칭 유닛은 다수의 입출력 인터페이스를 가지며, 상기 제 1 그룹의 각 스위칭 유닛에 있는 다수의 입출력 인터페이스 중 적어도 하나는 상기 통신 시스템 자체의 입출력 포트를 형성한다. 한편, 상기 제 1 그룹의 각 스위칭 유닛에 있는 적어도 하나의 다른 입출력 인터페이스는 통신 링크를 통해 상기 제 2 그룹의 한 스위칭 유닛에 있는 입출력 인터페이스에 연결되어, 적어도 하나의 루프를 갖는 네트워크가 형성된다. 상기 네트워크는 적어도 2개의 가상 서브 네트워크로 논리적으로 분할되어 있다. 본 발명에 따르면, 상기 제 1 그룹의 각 스위칭 유닛은 특정 입출력 포트에 도착하여 들어오는 데이타 패킷을 적어도 2개의 상기 가상 서브 네트워크 중 미리 정해진 가상 서브 네트워크에 할당하도록 되어 있다. 본 발명의 이점은 컴퓨팅 클러스터 등과 같은 상이한 컴퓨팅 환경에서 다른 외부 장비 교체의 필요 없이 교시된 데이타 통신 시스템을 투명하게 사용할 수 있다는 것이다.
작동시, 각각의 가상 서브 네트워크의 능동 네트워크 요소는 스패닝 트리 토폴로지를 형성하게 된다. 전술한 바와 같이, 본 발명은 이더넷 환경에서 구현되기 위한 것이다. 따라서, 스패닝 트리 토폴로지만이 각각의 가상 서브 네트워크에 허용된다. 일반적으로 이는 루프를 형성하게 되는 링크를 비활성화시키는 스패닝 트리 프로토콜을 실행시킴으로써 이루어지게 된다. 그러므로, 네트워크 개시 단계에서 제거될 루프를 갖는 가상 서브 네트워크를 규정할 수 있다. 바람직하게는, 이 가상 서브 네트워크는 이미 루프를 갖지 않도록 규정되어 있다. 이러면 작동을 위한 네트워크의 개시 단계를 용이하고 신속하게 실행할 수 있다. 또한, 스패닝 트리 프로토콜에서 사용된 알고리즘과는 독립적으로 작동 중에 각 가상 서브 네트워크의 어느 부분을 작용시킬 것인지를 보장할 수 있다.
데이타 통신 시스템의 입출력 포트는 기본적으로 데이타를 보내고 받아들이는 인터페이스이다. 입출력 포트는 본 발명의 데이타 통신 시스템을 개인 컴퓨터, 서버 컴퓨터, 메인프레임 등과 같은 컴퓨터 네트워크 또는 단일 컴퓨팅 장치에 연결하는데 사용된다. 다시 말해, 통신 시스템은 개별 입출력 포트에 부착된 네트워크 및/또는 컴퓨팅 장치를 서로 연결시켜 준다.
높은 대역폭을 얻기 위해, 각 입출력 포트는 데이타 통신 시스템내의 상이한 물리적 통신 경로를 통해 다른 입출력 포트로부터 도달될 수 있다. 바람직하게는, 통신 시스템의 내부 구조는 완전 이등분 대역폭을 갖도록 되어 있다.
상기 데이타 통신 시스템은 데이타 패킷을 처리한다. 이 데이타 패킷은 필요한 어드레스 및 첨부된 관리 정보를 갖는 사용자 데이타 블럭이며, 네트워크가 데이타를 정확한 목적지에 전달할 수 있도록 해준다. 데이타 패킷은 예컨대 IP (Internet Protocol) 로 형성될 수 있다.
이미 언급한 바와 같이, 데이타 통신 장치의 내부 구조는 네트워크이다. 이 네트워크는 다수의 네트워크 세그먼트로 이루어진 것으로 볼 수 있으며, 이들 네트워크 세그먼트는 스위칭 유닛으로 연결된다. 이 스위칭 유닛은 물리적 및 논리적 스타 토폴로지를 가능케 한다.
상기 스위칭 유닛은 네트워크 스위치로 형성될 수 있다. 그러나, 하나 이상의 스위칭 유닛이 하나의 단일 물리적 네트워크 스위치에 구현될 수도 있다. 데이타 패킷이 스위칭 유닛에 들어갈 때 마다. 그 스위칭 유닛은 출발 MAC(Media Access Control) 어드레스 및 출발 입출력 인터페이스("포트" 라고도 불림)를 스위치의 MAC 어드레스 테이블에 저장한다. 다음에 스위치는 데이타 패킷의 목적지 MAC 어드레스에 근거하여 특정 입출력 인터페이스로부터 데이타 패킷을 선택적으로 전달하게 된다. 목적지 입출력 인터페이스가 출발 입출력 인터페이스와 동일하다면, 데이타 패킷은 여과 제거되어 전송되지 않는다.
스위칭 유닛의 입출력 인터페이스는 기본적으로 각각의 네트워크 스위치의 포트에 대응한다.
제 1, 2 스위칭 유닛 그룹은 서로 다르다. 청구된 본 발명에 따르면, 제 1 스위칭 유닛 그룹은 데이타 통신 시스템의 입출력 포트를 형성하는 입출력 인터페이스를 포함하는데, 즉 이들은 데이타 통신 시스템에 부착된 외부 컴퓨터 네트워크 및/또는 검퓨팅 장치에 의해 외부에서 도착할 수 있다. 제 2 스위칭 유닛 그룹은 데이타 통신 시스템의 외부와 어떠한 입출력 인터페이스도 공유하지 않는다. 이들은 통신 링크를 통해 데이타 통신 시스템의 다른 스위칭 유닛에 연결될 뿐이다. 그래서, 다단 상호연결 네트워크가 스위칭 장치 및 각각의 통신 링크에 의해 형성된다.
이러한 다단 상호연결 네트워크는 보통 적어도 한쌍의 입출력 포트 및/또는 입출력 인터페이스 사이에 상이한 물리적 통신 경로를 제공한다. 이러한 네트워크 토폴로지는 루프를 갖는 것으로 생각한다.
네트워크를 논리적으로 분할한다라는 말은, 가상 서브 네트워크를 형성하기 위해 물리적 네트워크 구조에 더하여 논리적 네트워크를 규정한다라는 뜻이다. 가상 서브 네트워크는 물리적 네트워크 토폴로지와는 다른 토폴로지를 가질 수 있다. 본 발명에 따르면, 네트워크 토폴로지는 스패닝 트리, 즉 연결된 비방향성 그래프의 트리 (이 그래프의 모든 정점을 포함한다)를 형성하게 된다.
또한, 가상 서브 네트워크는 루프를 갖도록 규정될 수도 있다. 그러나, 가상 서브 네트워크, 즉 가상 국소 지역 네트워크(VLAN) 마다 스패닝 트리 프로토콜이 실행되므로, 작동시 각각의 규정된 가상 서브 네트워크는 어쨋든 스패닝 트리에 따라 네트워크 토폴로지를 형성하는 통신 링크와 루팅(routing) 유닛과 같은 능동 네트워크 요소만을 갖게 될 것이다.
가상 서브 네트워크에 할당되는 패킷은 가상 서브 네트워크에서 이송될 수 있는데, 즉 패킷의 전송은 가상 서브 네트워크의 네트워크 요소(예컨대, 스위칭 유닛과 통신 링크)를 포함하는 네트워크에 따라서 일어나게 된다.
유리하게는, 특정 입출력 포트에 도착하여 들어오는 데이타 패킷은 항상 적어도 2개의 상기 가상 서브 네트워크 중 미리 정해진 동일한 가상 서브 네트워크에 할당된다. 따라서, 특정 데이타 패킷이 어느 가상 서브 네트워크에 전달될 것인가에 대한 결정은 그 데이타 패킷이 스위칭 유닛에 들어올 때 통과한 입출력 인터페이스에만 의존하게 된다. 이렇게 해서, 어떠한 중앙 제어 유닛 또는 외부 장치의 도움을 받을 필요없이 가상 서브 네트워크를 결정할 수 있다. 또한, 데이타 패킷 전송은 데이타 통신 시스템에서 외부에서 볼 때 완전히 투명하다. 부착된 외부 네트워크 및/또는 컴퓨팅 장치는 데이타 통신 시스템의 내부 기능성을 알 필요가 없고, 이러한 장비에 대한 어떠한 변경도 필요치 않으며 또한 추가적인 소프트웨어 또는 하드웨어 구성품도 설치할 필요가 없다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 제 1 그룹의 스위칭 유닛에 있는 다른 입출력 인터페이스 각각은 적어도 2개의 상기 가상 서브 네트워크 중 미리 정해진 한 가상 서브 네트워크에 속한다. 전술한 바와 같이, 다른 입출력 인터페이스는 제 1 그룹의 스위칭 유닛(즉, 외부 네트워크 및/또는 컴퓨팅 장치에 대한 접속을 갖는 스위칭 유닛) 과 제 2 그룹의 스위칭 유닛 (즉, 통신 링크를 통해 다른 스위칭 장치에 연결되는 스위칭 유닛) 을 연결시키는 제 1 및/또는 제 2 그룹의 인터페이스이다. 동일한 스위치의 입출력 포트인(즉, 외부로 이어지는) 다른 입출력 인터페이스로 전환되는 데이타 패킷은 데이타 통신 시스템의 내부 네트워크 구조를 통해 더 이송되지 않고 직접 전환된다. 그러나, 목적지 입출력 포트가 다른 스위칭 장치에 위치해 있으면, 데이타 패킷은 각각의 스위칭 장치에 전달될 필요가 있다. 이는 데이타 패킷이 할당된 각각의 가상 서브 네트워크에 속하는 입출력 인터페이스를 통해 데이타 패킷을 각각의 통신 링크를 거쳐 다른 스위칭 유닛에 보냄으로써 이루어지게 된다. 3단 상호연결 네트워크에서는, 목적지 입출력 포트를 형성하는 입출력 인터페이스를 포함하는 스위칭 유닛에 데이타 패킷이 도달하기 전에 다른 전환(switching) 단계가 필요하다.
또한, 3단 이상의 다단 상호연결 네트워크도 사용할 수 있다. 이 경우 데이타 통신 시스템내에서 추가적인 전환 및 전송 단계가 필요하게 된다. 그러나, 들어오는 입출력 포트로부터 데이타 패킷을 나가는 입출력 포트에 전달할 수 있는 잠재성을 낮게 유지하기 위해, 단의 수는 작게 유지되어야 한다.
시스템의 입출력 포트를 형성하는 제 1 스위칭 유닛 그룹의 입출력 인터페이스는 모든 가상 서브 네트워크의 구성요소이다. 따라서, 유리하게도, 목적지와 동일한 스위칭 유닛의 다른 입출력 포트를 갖는 데이타 패킷을 각각의 입출력 포트에 직접 전송할 수 있다. 또한, 내부 통신 링크를 통해 스위칭 유닛에 도달하는 데이타 패킷은 임의의 입출력 포트에 유리하게 전환될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서, 상기 제 1 그룹의 특정 스위칭 유닛에 있는 다른 입출력 인터페이스 각각은 하나의 단일 가상 서브 네트워크에 속한다. 이러한 구성으로, 하나의 단일 입출력 인터페이스 및 각기 연결된 통신 링크에 대한 과부하의 위험을 유리하게 줄일 수 있다.
다른 바람직한 유리한 실시형태에서, 상기 제 1 그룹의 특정 스위칭 유닛에 있는 다른 입출력 인터페이스 각각은 상이한 가상 서브 네트워크에 속한다. 이러한 구성으로, 내부에서 전송될 데이타 패킷의 부하를 각 스위칭 유닛의 모든 내부 입출력 인터페이스에 유리하게 분산시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 각각의 통신 링크는 하나의 가상 서브 네트워에만 속한다. 상이한 가상 서브 네트워크에 대한 통신원의 이 엄격한 분리는 단일 통신 링크에 과부하가 걸리는 위험을 더욱 줄여준다. 그러나, 통신은 이중의 능력을 가지며, 특정 링크는 일 방향에 대한 하나의 가상 서브 네트워크에 속하고 다른 방향은 상이한 가상 서브 네트워크에 할당된다.
유리하게, 상기 제 1 그룹의 스위칭 유닛에 있는 상기 다른 입출력 인터페이스 각각은 각기 연결된 통신 링크와 동일한 가상 서브 네트워크에 속한다. 다시 말해, 통신 링크 및 각기 연결된 입출력 인터페이스는 동일한 가상 서브 네트워크의 구성요소이다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 데이타 패킷이 대응 가상 서브 네트워크에 할당된다고 가정하면, 각각의 가상 서브 네트워크는 제 2 그룹의 적어도 한 스위칭 유닛을 통해 제 1 그룹의 임의의 스위칭 유닛과 제 1 그룹의 다른 모든 스위칭 유닛간의 통신을 가능하게 한다. 즉, 각각의 가상 서브 네트워크는 유리하게도 모든 입출력 인터페이스를 포함하며, 이 입출력 인터페이스는 시스템의 입출력 포트를 형성한다. 또한, 각각의 가상 서브 네트워크는 하위 세트의 다른 입출력 인터페이스 및 통신 링크를 포함하며, 이는 입출력 포트를 형성하는 입출력 인터페이스를 갖는 다른 모든 스위칭 장치에 도달할 수 있게 해주며, 따라서 그의 가상 서브 네트워크에 할당되는 데이타 패킷은 데이타 통신 시스템의 임의의 입출력 포트에 보내질 수 있다.
유리하게, 상기 제 2 그룹의 특정 스위칭 유닛의 모든 입출력 포트는 동일한 가상 서브 네트워크에 속한다. 이로써, 데이타 패킷을 상이한 가상 서브 네트워크에 할당할 필요없이 그 데이타 패킷을 전송할 수 있다. 그러나, 데이타 패킷을 상이한 가상 서브 네트워크에 할당할 수도 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 전체 스위칭 유닛을 상이한 가상 서브 네트워크로 분리할 수도 있는데, 즉 제 2 그룹의 각 스위칭 유닛은 상이한 가상 서브 네트워크에 속한다. 이로써, 시스템을 설치할 때 루팅 수고가 쉬워지며 또한 각 스위칭 유닛내에서의 처리를 상당히 단순화시킬 수 있다. 스위칭 유닛은 기본적으로 가상 서브 네트워크가 규정되지 않도록 기능한다.
유리하게, 상기 제 1 그룹의 각 스위칭 유닛은 시스템의 입출력 포트를 형성하는 동일한 수의 입출력 인터페이스를 가지며, 다른 입출력 인터페이스는 각각의 통신 링크를 통해 상기 제 2 그룹의 스위칭 유닛에 있는 입출력 인터페이스에 연결된다. 바람직한 구성에 따르면, 각 스위칭 장치는 N=2n 개의 입출력 인터페이스를 가지며 (n=2, 3...), N/2 개의 입출력 인터페이스는 입출력 포트를 형성하고 다른 N/2 개의 입출력 인터페이스는 내부 접속을 위해 사용된다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 스위칭 유닛의 적어도 일부에는 정적 루팅 테이블이 제공된다. 이 정적 루팅 테이블은 주어진 가상 서브 네트워크에 있는 개별 출력 포트에 어드레스된 트래픽을 각 스위칭 유닛의 특정 출력 인터페이스로 만들기 위해 각 스위칭 유닛을 구성하는데 사용된다. 결과적으로 유리하게도, 특정 스위칭 장치에 도달하는데 사용될 하나를 결정하기 위해 시스템이 모든 출력 인터페이스에 메시지를 보낼 필요가 없게 된다. 이로써, 성능이 더 빨라지고 또한 스위칭 유닛간의 데이타 트래픽을 줄일 수 있다.
제 2 그룹의 스위칭 유닛은 유리하게 제 1 그룹의 것과 동일한 수의 입출력 인터페이스를 갖는다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 제 2 그룹의 각 스위칭 유닛은 통신 링크를 통해 상기 제 1 그룹의 각 스위칭 유닛과 연결되어, 각 스위칭 장치 주위에 스타 토폴로지를 형성하게 된다. 3단 상호연결 네트워크에서, 제 2 그룹의 스위칭 유닛은 제 2 단에 속한다. 이 경우, 청구된 구성에 따르면, 각각의 가상 서브 네트워크에서 하나의 제 2 단 스위칭 장치로부터 제 1, 3 단의 각 스위칭 장치에 도달할 수 있다.
전술한 바와 같이, 제 1, 2 스위칭 요소 그룹은 통신 링크와 함께 컴퓨터 네트워크의 일 부분을 형성한다. 그래서, 본 발명에 따른 데이타 통신 시스템은 더 큰 컴퓨터 네트워크 또는 컴퓨터 스위치 또는 검퓨터 장치간의 상호연결 네트워크의 일 부분으로 유리하게 채용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형테에 따르면, 상기 제 1, 2 스위칭 요소 그룹은 상기 통신 링크와 함께 클로스(Clos) 네트워크(오메가 네트워크라고도 함)를 형성하게 된다. 이 클로스 네트워크는 입력부와 출력부 사이에 다른 경로를 제공하여 그렇지 않은 경우 이러한 네트워크에 발생할 수 있는 막힘을 최소화 또는 제거할 수 있는 다단 스위칭 네트워크 토폴로지의 일종이다. 대안으로, 반얀(Banyan), 델타, 버터플라이 또는 베네스(Benes) 네트워크와 같은 다른 종류의 네트워크도 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 데이타 통신 시스템을 구현할 때, 하나 이상의 스위칭 유닛은 하나의 물리적 네트워크 스위치로 형성될 수 있다.
통신 링크를 구현하는데 다른 무선 연결이 사용될 수 있지만, 유선형 연결을 사용하는 것이 바람직한데, 왜냐하면 이런 유선형 연결이 더 높은 대역폭 및 상이한 연결 사이의 더 양호한 차폐를 가능케 하기 때문이다.
바람직하게는, 가상 서브 네트워크는 이더넷 환경에서 가상 국소 지역 네트워크(VLAN)로 형성된다. 이더넷 스위치에는 VLAN 능력이 자주 제공되는데, 왜냐하면 이것이 보안 또는 유지관리 상의 이유로 네트워크 분리에 일반적으로 사용되기 때문이다.
본 발명은 네트워크 스위치에 유리하게 채용될 수 있다. 그러면 이러한 네트워크 스위치는 컴퓨터 네트워크의 일 부분일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 데이타 통신 장치는 컴퓨터 클러스터의 컴퓨팅 노드를 연결하는데 유리하게 채용될 수 있으며, 상호연결 컴퓨터 네트워크의 적어도 일부는 본 발명에 따른 데이타 통신 시스템으로 형성된다. 이는 컴퓨터 그리드에 사용되는 상호연결 네트워크에도 적용된다.
본 발명에 따르면, 적어도 하나의 루프를 갖는 네트워크를 통해 연결되는 다수의 입출력 포트를 갖는 데이타 통신 시스템에서 데이타 패킷을 처리하는 방법이 제공되며, 적어도 2개의 가상 서브 네트워크가 제공되며, 작동시 각각의 가상 서브 네트워크의 능동 네트워크 요소는 스패닝 트리에 따른 네트워크 토폴로지를 갖는다. 본 방법은 다음과 같은 단계들을 포함한다. 먼저, 제 1 스위칭 유닛의 제 1 입출력 포트에 도착하여 목적지 입출력 포트를 통해 출력되는 들어오는 데이타 패킷을 받아 들인다. 다음에, 상기 제 1 스위칭 유닛에서 상기 들어오는 데이타 패킷을 상기 적어도 2개의 가상 서브 네트워크 중 하나에 할당한다. 이어서, 할당받은 가상 서브 네트워크를 통해 데이타 패킷을 상기 목적지 입출력 포트에 전달하고 이 목적지 입출력 포트를 통해 그 데이타 패킷을 출력하게 된다.
전술한 바와 같이 본 발명의 주된 이점은 쉽게 채용될 수 있는 데이타 통신 시스템의 제공에 있다. 이하에 주어진 바람직한 실시형태는 가능한 구현예의 작은 일부만 나타낸 것이다. 이에 대해서는 첨부 도면을 참고하여 설명한다.
도 1 은 16-포트 데이타 통신 시스템을 구현하기 위해 8-포트 스위치를 사용하는 본 발명에 따른 시스템을 나타낸다.
도 2 는 본 발명에 따른 시스템에 사용되는 8-포트 스위치의 상세도이다.
도 3 은 32-포트 데이타 통신 시스템을 구현하기 위해 8-포트 스위치를 사용하는 본 발명에 따른 시스템을 나타낸다.
도 1 을 참조하면, 16-포트 데이타 통신 시스템을 구현하기 위해 8-포트 스위치를 사용하는 본 발명에 따른 시스템 (100) 이 나타나 있다. 이 시스템은 시스템 (100) 의 스위칭 유닛을 형성하는 8개의 8-포트 스위치 (110,111,112,113,114,115,116,117) 를 포함한다. 각각의 스위치 (110∼117) 에는 8개의 입출력 인터페이스가 제공되어 있는데, 예컨대 제 1 스위치 (110) 에는 입출력 인터페이스 (110/0,110/1,110/2,110/3,110/4,110/5,110/6,110/7) 이 제공되어 있고, 다른 입출력 인터페이스도 각각 나타나 있다.
제 1 스위치 (110), 제 2 스위치 (111), 제 3 스위치 (112) 및 제 4 스위치 (113) 는 제 1 스위치 그룹에 속한다. 제 1 그룹의 스위치 (110∼113) 각각은 16개의 컴퓨팅 장치 (120∼135) (컴퓨팅 노드라고도 불림) 를 연결하는 입출력 포트를 제공하는 4개의 입출력 인터페이스를 갖고 있다. 예컨대, 제 1 스위치 (110) 의 제 1 입출력 인터페이스 (110/0) 는 제 1 노드 (120) 에 연결되고, 제 16 노드 (135) 는 제 4 스위치 (113) 의 제 4 입출력 인터페이스 (113/3) 에 연결된다.
스위치 (110∼113) 의 나머지 4개의 입출력 인터페이스는 통신 링크 (140∼155) 를 부착하는데 사용된다. 통신 링크 (140) 는 입출력 인터페이스 (110/4) 와 입출력 인터페이스 (114/0) 를 연결시키고, 통신 링크 (155) 는 입출력 인터페이스 (113/7) 와 입출력 인터페이스 (117/3) 를 연결시킨다.
제 5∼8 스위치 (114∼117) 는 통신 링크에 대한 내부 접속만을 갖는 제 2 스위치 그룹에 속한다. 다시 말해, 이들 스위치의 입출력 인터페이스 어느 것도 시스템의 입출력 포트를 형성하지 않는다. 또한, 도 1 에서 명백히 알 수 있듯이, 제 1 그룹의 각 스위치 (110∼113) 는 이 스위치를 제 2 그룹의 각 스위치 (114∼117) 에 연결해 주는 한 통신 링크를 갖고 있다. 예컨대, 제 1 스위치 (110) 로부터 통신 링크 (140) 는 스위치 (114) 에 연결되며, 통신 링크 (141) 는 스위치 (115) 에 연결되며, 통신 링크 (142) 는 스위치 (116) 에 연결되고, 또한 통신 링크 (143) 는 스위치 (117) 에 연결된다. 다른 스위치 (111∼113) 는 이 스위치를 스위치 (114∼117) 에 각각 연결시키는 대응 통신 링크 (144∼155) 를 갖고 있다.
도 1 의 구성에서 다음과 같은 가상 서브 네트워크가 규정된다. 제 1 가상 서브 네트워크는 통신 링크 (140,144,148,152) 및 이들 통신 링크에 연결된 모든 입출력 인터페이스를 포함한다. 추가적으로 모든 입출력 인터페이스는 입출력 포트를 형성한다.
제 2 가상 서브 네트워크는 통신 링크 (141,145,149,153) 및 이들 통신 링크에 연결된 모든 입출력 인터페이스를 포함한다. 추가적으로 모든 입출력 인터페이스는 입출력 포트를 형성한다.
제 3 가상 서브 네트워크는 통신 링크 (142,146,150,154) 이들 통신 링크에 연결된 모든 입출력 인터페이스를 포함한다. 추가적으로 모든 입출력 인터페이스는 입출력 포트를 형성한다.
제 4 가상 서브 네트워크는 통신 링크 (143,147,151,155) 이들 통신 링크에 연결된 모든 입출력 인터페이스를 포함한다. 추가적으로 모든 입출력 인터페이스는 입출력 포트를 형성한다.
제 1 그룹의 각 스위치 (110∼113) 는 들어오는 데이타 패킷이 도착하는 입출력 포트에 따라서 그 패킷을 가상 서브 네트워크에 할당하도록 되어 있다. 본 실시형태에서, 제 1 노드 (120) 에서 오는 데이타 패킷은 입출력 포트 (110/0) 에 도착하고 제 1 가상 서브 네트워크에 할당된다. 제 2 노드 (121) 에서 오는 데이타 패킷은 입출력 포트 (110/1) 에 도착하고 제 2 가상 서브 네트워크에 할당된다. 제 3 노드 (122) 에서 오는 데이타 패킷은 입출력 포트 (110/2) 에 도착하고 제 3 가상 서브 네트워크에 할당된다. 제 4 노드 (123) 에서 오는 데이타 패킷은 입출력 포트 (110/3) 에 도착하고 제 4 가상 서브 네트워크에 할당된다. 이 설명으로부터 명백한 바와 같이, 들어오는 데이타 패킷은 데이타 패킷이 도착하는 입출력 인터페이스의 반대쪽에 있는 입출력 인터페이스가 속하는 가상 데이타 네트워크에 할당된다. 서로 다른 노드 사이의 양방향 통신의 경우에는 방향 마다 상이한 가상 서브 네트워크를 사용할 수도 있다.
도 1 의 예에 따르면 스위치 (114∼117) 의 단지 4개의 입출력 인터페이스가 사용되므로, 스위치 (114∼117) 에 구현되는 스위칭 유닛은 더 작은 수의 스위치에 결합될 수 있다. 예컨대, 스위치 (114, 115) 에 구현되는 스위칭 유닛은 하나의 단일 8-포트 스위치에 구현될 수 있으며, 스위치 (116, 117) 에 구현되는 스위칭 유닛은 다른 단일 8-포트 스위치에 구현될 수 있다. 이에 따라, 전체 데이타 통신 시스템에서 필요한 8-포트 스위치의 총수는 도 1 에 나타난 8개 대신에 단지 6개이면 되는 구성을 얻을 수 있다.
이제 도 2 를 참조하면, 이 도에는 도 1 과 도 3 에 따른 시스템에 사용되는 8-포트 스위치 (210) 가 상세히 도시되어 있다. 이 스위치 (210) 는 8개의 입출력 인터페이스 (210/0∼210/7) 을 갖고 있다. 이들 중 4개는 시스템의 입출력 포트, 즉 입출력 인터페이스 (210/0∼210/3) 를 형성하게 된다. 나머지 입출력 인터페이스 (210/4∼210/7) 는 내부 통신 링크(미도시)에 대한 접속을 제공한다.
도 1 과 관련하여 이미 설명한 바와 같이, 입출력 포트 (210/0∼210/3) 는 모든 가상 서브 네트워크의 구성요소이고, 각각의 내부 입출력 인터페이스 (210/4∼210/7) 는 전용 가상 서브 네트워크의 구성요소인데, 즉 입출력 인터페이스 (210/4) 는 제 1 가상 서브 네트워크(Virtual Local Area Network(VLAN) 1)에 속하고, 입출력 인터페이스 (210/5) 는 제 2 가상 서브 네트워크(Virtual Local Area Network 2)에 속하며,입출력 인터페이스 (210/6) 는 제 3 가상 서브 네트워크(Virtual Local Area Network 3)에 속하며, 그리고 입출력 인터페이스 (210/7) 는 제 4 가상 서브 네트워크(Virtual Local Area Network 4)에 속한다.
상기 스위치는 디폴트 VLAN 기능성을 사용하여 각각의 가상 서브 네트워크를 들어오는 데이타 패킷에 할당하게 된다.
이제 도 3 을 참조하면, 32-포트 데이타 통신 시스템을 구현하기 위해 8-포트 스위치를 사용하는 본 발명에 따른 시스템이 도시되어 있다. 이 시스템은 12개의 8-포트 스위치 (310,311,312,313,314,315,316,317,318,319,320,321) 를 포함한다. 각각의 스위치 (310∼321) 에는 8개의 입출력 인터페이스가 제공되어 있는데, 예컨대 제 1 스위치 (310) 에는 입출력 인터페이스 (310/0,310/1,310/2,310/3,310/4,310/5,310/6,310/7) 이 제공되어 있으며, 다른 입출력 인터페이스도 각각 나타나 있다.
제 1 스위치 (310), 제 2 스위치 (311), 제 3 스위치 (312), 제 4 스위치 (313), 제 9 스위치 (318), 제 10 스위치 (319), 제 11 스위치 (320) 및 제 12 스위치 (321) 는 제 1 스위치 그룹에 속한다. 제 1 그룹의 각 스위치 (310∼313 및 318∼321) 는 32개의 컴퓨팅 장치 노드 (0∼31) 를 연결하는 입출력 포트를 제공하 는 4개의 입출력 인터페이스를 갖는다. 예컨대 제 1 스위치 (310) 의 제 1 입출력 인터페이스 (310/0) 는 제 1 노드 (0) 에 연결되며, 제 16 노드 (15) 는 제 4 스위치 (313) 의 제 4 입출력 인터페이스 (313/3) 에 연결된다.
스위치 (310∼313) 의 나머지 4개의 입출력 인터페이스는 통신 링크 (340∼355) 를 부착하는데 사용된다. 통신 링크 (340) 는 입출력 인터페이스 (310/4) 와 입출력 인터페이스 (314/0) 를 연결시키고, 통신 링크 (355) 는 입출력 인터페이스 (313/7) 와 입출력 인터페이스 (317/3) 를 연결시킨다.
스위치 (318∼321) 의 나머지 4개의 입출력 인터페이스는 통신 링크 (360∼375) 를 부착하는데 사용된다. 통신 링크 (360) 는 입출력 인터페이스 (318/0) 와 입출력 인터페이스 (314/4) 를 연결시키고, 통신 링크 (375) 는 입출력 인터페이스 (321/3) 와 입출력 인터페이스 (317/7) 를 연결시킨다.
제 5∼8 스위치 (314∼317) 는 통신 링크에 대한 내부 접속만을 갖는 제 2 스위치 그룹에 속한다. 다시 말해, 이들 스위치의 입출력 인터페이스 어느 것도 시스템의 입출력 포트를 형성하지 않는다. 또한, 도 3 에서 명백히 알 수 있듯이, 제 1 그룹의 각 스위치 (310∼313 및 318∼321) 는 이 스위치를 제 2 그룹의 각 스위치 (314∼317) 에 연결시키는 한 통신 링크를 갖고 있다. 예컨대, 제 1 스위치 (310) 로부터 통신 링크 (340) 는 스위치 (314) 에 연결되고, 통신 링크 (341) 는 스위치 (315) 에 연결되며, 통신 링크 (342) 는 스위치 (316) 에 연결되고, 통신 링크 (343) 는 스위치 (317) 에 연결된다. 다른 스위치 (311∼313) 는 이 스위치를 스위치 (314∼317) 에 각각 연결시키는 대응 통신 링크 (344∼355) 를 갖고 있다.
도 3 의 구성에서 다음과 같은 가상 서브 네트워크가 규정된다. 제 1 가상 서브 네트워크는 통신 링크 (340,344,348,352,360,364,368,372) 및 이들 통신 링크에 연결된 모든 입출력 인터페이스를 포함한다. 추가적으로 모든 입출력 인터페이스는 입출력 포트를 형성한다.
제 2 가상 서브 네트워크는 통신 링크 (341,345,349,353,361,365,369,373) 및 이들 통신 링크에 연결된 모든 입출력 인터페이스를 포함한다. 추가적으로 모든 입출력 인터페이스는 입출력 포트를 형성한다.
제 3 가상 서브 네트워크는 통신 링크 (342,346,350,354,362,366,370,374) 및 이들 통신 링크에 연결된 모든 입출력 인터페이스를 포함한다. 추가적으로 모든 입출력 인터페이스는 입출력 포트를 형성한다.
제 4 가상 서브 네트워크는 통신 링크 (343,347,351,355,363,367,371,375) 및 이들 통신 링크에 연결된 모든 입출력 인터페이스를 포함한다. 추가적으로 모든 입출력 인터페이스는 입출력 포트를 형성한다.
제 1 그룹의 각 스위치 (310∼313 및 318∼321) 는 들어오는 데이타 패킷이 도착하는 입출력 포트에 따라서 그 패킷을 가상 서브 네트워크에 할당하도록 되어 있다. 본 실시형태에서, 제 1 노드 (320) 에서 오는 데이타 패킷은 입출력 포트 (310/0) 에 도착하고 제 1 가상 서브 네트워크에 할당된다. 제 2 노드 (321) 에서 오는 데이타 패킷은 입출력 포트 (310/1) 에 도착하고 제 2 가상 서브 네트워크에 할당된다. 제 3 노드 (322) 에서 오는 데이타 패킷은 입출력 포트 (310/2) 에 도착하고 제 3 가상 서브 네트워크에 할당된다. 제 4 노드 (323) 에서 오는 데이타 패 킷은 입출력 포트 (310/3) 에 도착하고 제 4 가상 서브 네트워크에 할당된다. 제 5 노드 (324) 에서 오는 데이타 패킷은 입출력 포트 (311/0) 에 도착하고 제 5 가상 서브 네트워크에 할당된다. 이 설명으로부터 명백한 바와 같이, 들어오는 데이타 패킷은 데이타 패킷이 도착하는 입출력 인터페이스의 반대쪽에 있는 입출력 인터페이스가 속하는 가상 데이타 네트워크에 할당된다. 서로 다른 노드 사이의 양방향 통신의 경우에는 방향 마다 상이한 가상 서브 네트워크를 사용할 수도 있다.

Claims (23)

  1. 제 1 입출력 포트에 도착하여 제 2 입출력 포트를 통해 출력되는 들어오는 데이타 패킷을 처리하기 위한 다수의 입출력 포트를 갖는 데이타 통신 시스템으로서, 이 시스템은 제 1, 2 스위칭 유닛 그룹을 포함하며,
    각각의 스위칭 유닛은 다수의 입출력 인터페이스를 가지며, 상기 제 1 그룹의 각 스위칭 유닛에 있는 다수의 입출력 인터페이스 중 적어도 하나는 상기 통신 시스템의 입출력 포트를 형성하며,
    상기 제 1 그룹의 각 스위칭 유닛에 있는 적어도 하나의 다른 입출력 인터페이스는 통신 링크를 통해 상기 제 2 그룹의 한 스위칭 유닛에 있는 입출력 인터페이스에 연결되어, 적어도 하나의 루프를 갖는 네트워크가 형성되며,
    상기 네트워크는 적어도 2개의 가상 서브 네트워크로 논리적으로 분할되어 있으며, 작동시 각 가상 서브 네트워크의 능동 네트워크 요소는 스패닝 트리 토폴로지를 갖는 상기 데이타 통신 시스템에 있어서,
    상기 제 1 그룹의 각 스위칭 유닛은 특정 입출력 포트에 도착하여 들어오는 데이타 패킷을 적어도 2개의 상기 가상 서브 네트워크 중 미리 정해진 가상 서브 네트워크에 할당하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 데이타 통신 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 특정 입출력 포트에 도착하여 들어오는 데이타 패킷은 항상 적어도 2개의 상기 가상 서브 네트워크 중 미리 정해진 동일한 가상 서브 네트 워크에 할당되는 것을 특징으로 하는 데이타 통신 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 그룹의 스위칭 유닛에 있는 상기 다른 입출력 인터페이스 각각은 적어도 2개의 상기 가상 서브 네트워크 중 미리 정해진 한 가상 서브 네트워크에 속하는 것을 특징으로 하는 데이타 통신 시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 그룹의 스위칭 유닛에서 시스템의 입출력 포트를 형성하는 입출력 인터페이스는 모든 가상 서브 네트워크에 속하는 것을 특징으로 하는 데이타 통신 시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 그룹의 특정 스위칭 유닛에 있는 다른 입출력 인터페이스 각각은 하나의 단일 가상 서브 네트워크에 속하는 것을 특징으로 하는 데이타 통신 시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 그룹의 특정 스위칭 유닛에 있는 상기 다른 입출력 인터페이스 각각은 상이한 가상 서브 네트워크에 속하는 것을 특징으로 하는 데이타 통신 시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 통신 링크는 하나의 가상 서브 네트워크에만 속하는 것을 특징으로 하는 데이타 통신 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 그룹의 스위칭 유닛에 있는 상기 다른 입출력 인터페이스 각각은 각기 연결된 통신 링크와 동일한 가상 서브 네트워크에 속하는 것을 특징으로 하는 데이타 통신 시스템.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 가상 서브 네트워크는 제 2 그룹의 적어도 한 스위칭 유닛을 통해 제 1 그룹의 임의의 스위칭 유닛과 제 1 그룹의 다른 모든 스위칭 유닛간의 통신을 가능케 하는 것을 특징으로 하는 데이타 통신 시스템.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 그룹의 특정 스위칭 유닛의 모든 입출력 포트는 동일한 가상 서브 네트워크에 속하는 것을 특징으로 하는 데이타 통신 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 제 2 그룹의 각 스위칭 유닛은 상이한 가상 서브 네트워크에 속하는 것을 특징으로 하는 데이타 통신 시스템.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 그룹의 각 스위칭 유닛은 시스템의 입출력 포트를 형성하는 동일한 수의 입출력 인터페이스를 가지며, 다른 입출력 인터페이스는 각각의 통신 링크를 통해 상기 제 2 그룹의 스위 칭 유닛에 있는 입출력 인터페이스에 연결되는 것을 특징으로 하는 데이타 통신 시스템.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 그룹의 각 스위칭 유닛은 통신 링크를 통해 상기 제 1 그룹의 각 스위칭 유닛과 연결되는 것을 특징으로 하는 데이타 통신 시스템.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1, 2 스위칭 요소그룹은 상기 통신 링크와 함께 컴퓨터 네트워크의 일부를 형성하는 것을 특징으로 하는 데이타 통신 시스템.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1, 2 스위칭 요소그룹은 상기 통신 링크와 함께 클로스(clos) 네트워크를 형성하는 것을 특징으로 하는 데이타 통신 시스템.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 스위칭 유닛은 하나의 물리적 네트워크 스위치로 형성될 수 있는 것을 특징으로 하는 데이타 통신 시스템.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 통신 링크는 유선형 연결로 형성되는 것을 특징으로 하는 데이타 통신 시스템.
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가상 서브 네트워크는 이더넷 환경에서 가상 국소 지역 네트워크로 형성되는 것을 특징으로 하는 데이타 통신 시스템.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 따른 데이타 통신 시스템으로 형성되는 네트워크 스위치.
  20. 제 19 항에 따른 네트워크 스위치를 포함하는 컴퓨터 네트워크.
  21. 컴퓨터 네트워크를 통해 연결되는 다수의 컴퓨팅 노드를 포함하는 컴퓨터 클러스터로서, 상기 컴퓨터 네트워크의 적어도 일부는 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 따른 데이타 통신 시스템으로 형성되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 클러스터.
  22. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 따른 데이타 통신 시스템을 포함하는 컴퓨터 그리드.
  23. 적어도 하나의 루프를 갖는 네트워크를 통해 연결되는 다수의 입출력 포트를 갖는 데이타 통신 시스템에서 데이타 패킷을 처리하는 방법으로서, 적어도 2개의 가상 서브 네트워크가 제공되며, 작동시 각각의 가상 서브 네트워크의 능동 네트워크 요소는 스패닝 트리 토폴로지를 가지며, 상기 방법은,
    제 1 스위칭 유닛의 제 1 입출력 포트에 도착하여 목적지 입출력 포트를 통해 출력되는 들어오는 데이타 패킷을 받는 단계와,
    상기 제 1 스위칭 유닛에서 상기 들어오는 데이타 패킷을 상기 적어도 2개의 가상 서브 네트워크 중 하나에 할당하는 단계와,
    할당받은 가상 서브 네트워크를 통해 데이타 패킷을 상기 목적지 입출력 포트에 전달하는 단계, 및
    상기 목적지 입출력 포트를 통해 데이타 패킷을 출력하는 단계를 포함하는 데이타 패킷의 처리 방법.
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