KR20080109117A - Ｉｐ 패킷의 라우팅을 위한 세그먼트 트리 구성 장치 및방법 - Google Patents

Ｉｐ 패킷의 라우팅을 위한 세그먼트 트리 구성 장치 및방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 IP 패킷에 대한 목적지 검색 시 검색 성능을 향상시킬 수 있는 IP 패킷의 라우팅을 위한 세그먼트 트리 구성 장치 및 방법에 관한 것입니다. 이를 위하여 본 발명은 ,IP 주소 범위 목적지에 따라 구분된 인터벌을 갖는 다수의 리프 노드를 구성하고, 리프 노드들의 액세스 빈도를 토대로 세그먼트 트리에서 리프가 아닌 노드들의 인터벌을 정의하여 세그먼트 트리를 형성하며, 임시 세그먼트 트리에서 각 노드들의 액세스 빈도를 산출한 후 이를 토대로 노드들의 레벨을 변경시켜 라우팅에 적용될 세그먼트 트리를 구성한다.
이와 같이, 본 발명은 리프 노드를 토대로 구성된 임시 세그먼트 트리에서 각 노드들의 레벨을 변경시켜 각 노드들 중 자주 사용되는 노드들을 트리의 상위에 존재하게 함으로서, 목적지 주소 검색 모듈이 IP 패킷에 대한 목적지 검색 시 메모리에 액세스하는 빈도를 줄여 고가의 전용 하드웨어의 추가 없이 IP 패킷의 목적지 주소를 검색할 수 있기 때문에 네트워크 장치의 성능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 네트워크 장치의 가격 경쟁력을 확보할 수 있다.
세그먼트 트리, 라우터, 목적지 주소, 검색, IP 패킷

Description

ＩＰ 패킷의 라우팅을 위한 세그먼트 트리 구성 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ORGANIZING A SEGMENT TREE FOR ROUTING IP PACKET}
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 네트워크 장치인 라우터의 내부 구성을 도시한 블록도이며,
도 2는 본 발명에 따라 리프 노드를 토대로 구성된 임시 세그먼트 트리 구조를 도시한 도면이다.
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞
100 : 리프 노드 구성 모듈 102 : 액세스 빈도 산출 모듈
104 : 임시 트리 구성 모듈 106 : 메모리
108 : 노드 레벨 변경 모듈 110 : 목적지 주소 검색 모듈
본 발명은 IP 패킷에 대한 목적지 검색 시 검색 성능을 향상시킬 수 있는 IP 패킷의 라우팅을 위한 세그먼트 트리 구성 장치 및 방법에 관한 것이다.
현재 인터넷 이용자의 급증과 제공되는 서비스의 다양화 및 VoIP(Voice over Internet Protocol) 등의 이용분야 확대 등에 따라 인터넷 상에 기하급수적인 트래 픽 폭증이 초래되고 있다. 이에 따라 인터넷상에서 IP 패킷을 해당 목적지로 단시간에 전송하기 위해, 특히 수십 기가(Giga) 또는 테라(Tera)급 고속 라우터(router)의 경우, 해당 패킷의 목적경로를 지연 없이 최단 시간 내에 발견하여 포워딩(forwarding)해야 하는 것이 기술적 현안으로 대두되었다. 이를 위해서 라우터 각각의 물리적 입력 인터페이스를 통해 전달되는 IP 패킷의 목적지 경로를 찾아내기 위해 최단 경로(라우팅 또는 포워딩) 테이블의 유지, 효율적인 경로테이블 관리 및 검색시간 단축 등의 기능이 필수적으로 요구되고 있다.
이런 이유로 최근 들어 초당 수십 기가바이트 이상의 용량을 가지는 고성능 라우터 및 파이어월 장비가 개발되어 적용되고 있으며, 이러한 고성능 및 파이어월 장비는 매 초당 수백억개의 IP 패킷에 대한 목적지 경로를 찾는다. 이러한 고성능 라우터 및 파이어월 장비는 IP 패킷에 대한 목적지 주소를 찾기 위해 가장 많은 계산을 수행하는데, IP 패킷의 목적지 주소를 정확하면서도 고속으로 연산을 수행하여 찾기 위해 고가의 CPU 및 메모리를 사용한다.
그러나, 상기와 같이 종래에는 IP 패킷에 대한 목적지 주소를 고속으로 정확하게 찾기 위해 고가의 전용 하드웨어를 라우터 및 파이어월 장비에 포함시켜 해결하기 때문에 장비의 가격이 상승하는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 리프 노드를 토대로 구성된 임시 세그먼트 트리에서 각 노드들의 레벨을 변경시켜 각 노드들 중 자주 사용되는 노드들을 트리의 상위에 존재하게 함으로서, 목적지 주소 검색 모듈이 IP 패킷에 대한 목적지 검색 시 메모리에 액세스하는 빈도를 줄일 수 있는 IP 패킷의 라우팅을 위한 세그먼트 트리 구성 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, IP 패킷의 라우팅을 위한 세그먼트 트리를 구성하는 장치로서, IP 주소 범위 목적지에 따라 구분된 인터벌을 갖는 다수의 리프 노드를 구성하여 메모리에 저장하는 리프 노드 구성 모듈과, 상기 IP 패킷의 목적지 주소 검색 시 상기 메모리에 저장된 상기 각 리프 노드들과 리프가 아닌 노드들의 액세스 빈도를 산출하는 액세스 빈도 산출 모듈과, 상기 액세스 빈도 산출 모듈에서 산출된 상기 리프 노드들의 액세스 빈도에 의거하여 리프가 아닌 노드들과 그 인터벌을 정의한 후 이를 토대로 임시 세그먼트 트리를 형성하여 상기 메모리에 저장하는 임시 트리 구성 모듈과, 상기 액세스 빈도 산출 모듈에서 산출된 상기 임시 세그먼트 트리 내 각 노드들에 대한 액세스 빈도에 의거하여 상기 임시 세그먼트 트리 내 노드들의 레벨을 변경시켜 상기 라우팅에 적용될 세그먼트 트리를 구성하는 노드 레벨 변경 모듈을 포함한다.
또한, 본 발명은, IP 패킷의 라우팅을 위한 세그먼트 트리를 구성하는 방법으로서, (a) IP 주소 범위 목적지에 따라 구분된 인터벌을 갖는 다수의 리프 노드를 구성하는 단계와, (b) 상기 리프 노드들의 액세스 빈도를 토대로 상기 세그먼트 트리에서 리프가 아닌 노드들의 인터벌을 정의하여 임시 세그먼트 트리를 형성하는 단계와, (c) 상기 임시 세그먼트 트리에서 각 노드들의 액세스 빈도를 산출하는 단 계와, (d) 상기 산출된 액세스 빈도에 의거하여 상기 노드들의 레벨을 변경시켜 상기 라우팅에 적용될 세그먼트 트리를 구성하는 단계를 포함한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 IP 패킷의 라우팅을 위한 세그먼트 트리를 구성하기 위한 네트워크 장치에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 네트워크 장치인 라우터의 내부 구성을 도시한 블록도이며, 도 2는 본 발명에 따라 리프 노드를 토대로 구성된 임시 세그먼트 트리 구조를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 세그먼트 트리를 구성하기 위한 라우터는 리프 노드 생성 모듈(100), 액세스 빈도 산출 모듈(102), 임시 트리 생성 모듈(104), 메모리(106), 노드 레벨 변경 모듈(108) 및 목적지 주소 검색 모듈(110) 등을 포함한다.
IP 패킷 라우팅을 위한 세그먼트 트리를 구성하기 위해서 리프 노드 생성 모듈(100)은 라우터가 지원하는 IP 주소 범위를 목적지에 따라 구분하고, 구분된 부분을 인터벌로 정의된 리프 노드들을 생성, 즉 세그먼트 트리에서 최하위 노드들을 생성한다.
액세스 빈도 산출 모드(102)는 라우터의 전형적인 액세스 패턴에 따라 각 리프 노드들의 인터벌이 액세스 되는 빈도를 산출하며, 임시 세그먼트 트리에서 각 노드들에 액세스 되는 빈도를 산출한다. 여기서, 액세스 빈도 산출은 실제 라우터의 목적지 주소 검색 모듈(110)에서 IP 패킷에 대한 라우팅 시 전형적인 액세스 패턴을 이용하여 각 노드들의 인터벌에 대한 액세스 빈도를 산출한다.
임시 트리 생성 모듈(104)은 리프 노드들의 액세스 빈도를 토대로 리프가 아닌 노드들의 인터벌을 정의하여 임시 세그먼트 트리를 생성한다.
임시 세그먼트 트리를 생성하는 과정에 대해 도 2를 참조하여 설명하면 아래와 같다.
도 2에 도시된 바와 같이, 라우터가 지원하는 IP 주소 범위가, 예컨대 0∼7까지의 목적지로 구분된 경우, 리프 노드 생성 모듈(100)은 4개의 리프 노드(200a, 200b, 200c, 200d)를 생성하여 메모리(106)에 저장한다. 이때 각 리프 노드(200a, 200b, 200c, 200d)의 인터벌은 (0, 1), (2, 3), (4, 5), (6, 7)로 정의된다.
그런 다음, 액세스 빈도 산출 모듈(102)은 실제 라우터의 목적지 주소 검색 모듈(110)에서 IP 패킷 라우팅 시 각 리프 노드(200a, 200b, 200c, 200d)의 인터벌에 대한 액세스 빈도를 산출한다. 즉, 목적지 주소 검색 모듈(110)이 IP 패킷 수신 시 IP 패킷의 목적지를 결정하기 위해 메모리(106)에 액세스하게 되는데, 이때 액세스 빈도 산출 모듈(102)은 목적지 주소 검색 모듈(110)이 메모리(106)의 각 리프 노드(200a, 200b, 200c, 200d)의 인터벌에 액세스하는 빈도를 산출하게 된다.
임시 트리 생성 모듈(104)은 리프 노드들(200a, 200b, 200c, 200d) 중 액세스 빈도가 낮은 두개의 리프 노드, 예컨대 (2, 3) 및 (4, 5)을 갖는 리프 노드들(200b, 200c)의 인터벌 합집합을 이용하여 리프가 아닌 노드, 즉 제 1 중간 노드(202)의 인터벌(2, 5)을 정의하고, 두개의 리프 노드(200b, 200c)를 제외한 나머지의 리프 노드들(200a, 200d) 중 액세스 빈도가 낮은 리프 노드(200a)와 제 1 중간 노드(202)간의 인터벌 합집합을 이용하여 리프가 아닌 노드, 즉 제 2 중간 노 드(204)의 인터벌(0, 5)을 정의하는데, 이와 같은 과정을 반복적, 즉 리프 노드가 더 이상 존재하지 않을 때까지 반복적으로 수행하여 인터벌(0, 7)로 정의된 임시 세그먼트 트리의 최상위 노드(206)를 형성한다.
상기와 같은 과정을 통해 생성된 임시 세그먼트 트리는 메모리(106)에 저장된다.
노드 레벨 변경 모듈(108)은 메모리(106)에 저장된 임시 세그먼트 트리의 각 노드에 대한 산출된 액세스 빈도를 액세스 빈도 산출 모듈(102)로부터 제공받고, 이를 토대로 각 노드들의 레벨을 변경시킨다.
즉, 노드 레벨 변경 모듈(108)은 임시 세그먼트 트리에서 임의의 노드에 대한 액세스 빈도와 아래의 수학식간의 비교를 통해 노드 레벨을 변경시킨다.
log(1+2k/n)/k
상기 수학식 1에서 k는 임의의 노드의 현재 레벨, n=리프 노드 수이며, 임의의 노드에 대한 액세스 빈도가 상기 수학식1의 값보다 큰 경우 임의의 노드 레벨을 위로 올린다. 즉, 도 2의 제 1 중간 노드(202)의 액세스 빈도가 상기 수학식1에서 산출된 값보다 큰 경우 제 1 중간 노드(202)를 제 2 중간 노드(206)로 레벨을 올림과 더불어 제 2 중간 노드(206)를 제 1 중간 노드(202)로 내린다.
노드 레벨 변경 모듈(108)은 임시 세그먼트 트리에서의 각 노드들에 대한 상기와 같은 과정을 수행함으로서, 메모리(106)에 저장된 임시 세그먼트 트리의 각 노드들의 레벨을 변경시켜 IP 패킷에 대한 라우팅에 적용될 세그먼트 트리를 형성한다.
즉, 노드 레벨 변경 모듈(108)은 상기 수학식과 노드의 현재 레벨의 비교를 통해 노드의 레벨을 변경시킴으로서, 자주 사용되는 노드들을 트리의 상위에 존재하도록 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 리프 노드를 토대로 구성된 임시 세그먼트 트리에서 각 노드들 중 자주 사용되는 노드들을 트리의 상위에 존재하게 함으로서, 목적지 주소 검색 모듈(110)이 IP 패킷에 대한 목적지 검색 시 메모리(106)에 액세스하는 빈도를 줄일 수 있다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 리프 노드를 토대로 구성된 임시 세그먼트 트리에서 각 노드들의 레벨을 변경시켜 각 노드들 중 자주 사용되는 노드들을 트리의 상위에 존재하게 함으로서, 목적지 주소 검색 모듈이 IP 패킷에 대한 목적지 검색 시 메모리에 액세스하는 빈도를 줄여 고가의 전용 하드웨어의 추가 없이 IP 패킷의 목적지 주소를 검색할 수 있기 때문에 네트워크 장치의 성능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 네트워크 장치의 가격 경쟁력을 확보할 수 있다.

Claims (6)

  1. IP 패킷의 라우팅을 위한 세그먼트 트리를 구성하는 장치로서,
    IP 주소 범위 목적지에 따라 구분된 인터벌을 갖는 다수의 리프 노드를 구성하여 메모리에 저장하는 리프 노드 구성 모듈과,
    상기 IP 패킷의 목적지 주소 검색 시 상기 메모리에 저장된 상기 각 리프 노드들과 리프가 아닌 노드들의 액세스 빈도를 산출하는 액세스 빈도 산출 모듈과,
    상기 액세스 빈도 산출 모듈에서 산출된 상기 리프 노드들의 액세스 빈도에 의거하여 리프가 아닌 노드들과 그 인터벌을 정의한 후 이를 토대로 임시 세그먼트 트리를 형성하여 상기 메모리에 저장하는 임시 트리 구성 모듈과,
    상기 액세스 빈도 산출 모듈에서 산출된 상기 임시 세그먼트 트리 내 각 노드들에 대한 액세스 빈도에 의거하여 상기 임시 세그먼트 트리 내 노드들의 레벨을 변경시켜 상기 라우팅에 적용될 세그먼트 트리를 구성하는 노드 레벨 변경 모듈
    을 포함하는 IP 패킷의 라우팅을 위한 세그먼트 트리 구성 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 임시 트리 구성 모듈은,
    상기 리프 노드들 중 액세스 빈도가 낮은 두개의 리프 노드 합집합을 이용하여 상기 리프가 아닌 노드의 인터벌을 정의하고, 상기 두개의 리프 노드를 제외한 나머지의 리프 노드들 중 액세스 빈도가 낮은 리프 노드와 상기 인터벌이 정의된 리프가 아닌 노드간의 합집합을 이용하여 상기 임시 세그먼트 트리에서 리프가 아닌 노드의 인터벌을 정의하는 방법으로 상기 임시 세그먼트 트리를 구성하는 것을 특징으로 하는 IP 패킷의 라우팅을 위한 세그먼트 트리 구성 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 노드 레벨 변경 모듈은, 임의의 노드에 대한 상기 액세스 빈도가 수학식(log(1+2k/n)/k, k=임의의 노드의 현재 레벨, n=리프 노드 수)보다 큰 경우 상기 임의의 노드 레벨을 변경시킴으로서, 상기 라우팅에 적용될 세그먼트 트리를 구성하는 것을 특징으로 하는 IP 패킷의 라우팅을 위한 세그먼트 트리 구성 장치.
  4. IP 패킷의 라우팅을 위한 세그먼트 트리를 구성하는 방법으로서,
    (a) IP 주소 범위 목적지에 따라 구분된 인터벌을 갖는 다수의 리프 노드를 구성하는 단계와,
    (b) 상기 리프 노드들의 액세스 빈도를 토대로 상기 세그먼트 트리에서 리프가 아닌 노드들의 인터벌을 정의하여 임시 세그먼트 트리를 형성하는 단계와,
    (c) 상기 임시 세그먼트 트리에서 각 노드들의 액세스 빈도를 산출하는 단계와,
    (d) 상기 산출된 액세스 빈도에 의거하여 상기 노드들의 레벨을 변경시켜 상기 라우팅에 적용될 세그먼트 트리를 구성하는 단계
    를 포함하는 IP 패킷의 라우팅을 위한 세그먼트 트리 구성 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    상기 리프 노드들 중 액세스 빈도가 낮은 두개의 리프 노드 합집합을 이용하여 상기 리프가 아닌 노드의 인터벌을 정의하는 단계와,
    상기 두개의 리프 노드를 제외한 나머지의 리프 노드들 중 액세스 빈도가 낮은 리프 노드와 상기 인터벌이 정의된 리프가 아닌 노드간의 합집합을 이용하여 상기 임시 세그먼트 트리에서 리프가 아닌 노드의 인터벌을 정의하는 단계를 반복적으로 수행하여 상기 임시 세그먼트 트리의 최상위 노드까지 형성하는 것을 특징으로 하는 IP 패킷의 라우팅을 위한 세그먼트 트리 구성 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 (d) 단계는, 임의의 노드에 대한 상기 액세스 빈도가 수학식(log(1+2k/n)/k, k=임의의 노드의 현재 레벨, n=리프 노드 수)보다 큰 경우 상기 임의의 노드 레벨을 위로 올리는 것을 특징으로 하는 IP 패킷의 라우팅을 위한 세그먼트 트리 구성 방법.
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