KR20140119775A - 링크 상태 프로토콜 제어형 이더넷 네트워크를 통한 ｉｐ 포워딩 - Google Patents

링크 상태 프로토콜 제어형 이더넷 네트워크를 통한 ｉｐ 포워딩 Download PDF

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KR20140119775A
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데이비드 알랜
니겔 브랙
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노오텔 네트웍스 리미티드
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Abstract

이더넷 네트워크 상의 노드들은 제어 평면 상에서 링크 상태 프로토콜을 실행하고 그들의 FIB 내에 최단 경로 포워딩 상태를 설치하여, 네트워크 상의 각각의 홉에서 MAC 헤더를 교체할 필요없이 패킷들이 네트워크를 통해 최단 경로들을 따라갈 수 있게 한다. 노드는, IP 어드레스를 알 때, 네트워크 상에서 IP 어드레스의 도달가능성을 광고하기 위해 IP 어드레스를 LSA에 삽입한다. 각각의 노드는 이 IP 어드레스를 그의 링크 상태 데이터베이스에 추가한다. 패킷이 인그레스 노드에 도달하는 경우, 인그레스 노드는 IP 어드레스를 읽고, 링크 상태 프로토콜 제어형 이더넷 네트워크 상의 어느 노드가 IP 어드레스를 광고했는지를 판정하고, 패킷을 노드로 포워딩하도록 MAC 헤더를 구성한다. MAC 헤더의 DA/VID는 IP 어드레스를 광고한 노드의 노드 MAC이다. 유니캐스트 및 멀티캐스트 IP 포워딩이 구현된다.

Description

링크 상태 프로토콜 제어형 이더넷 네트워크를 통한 ＩＰ 포워딩{IP FORWARDING ACROSS A LINK STATE PROTOCOL CONTROLLED ETHERNET NETWORK}
관련 출원 상호 참조
본원은 발명의 명칭이 "IP FORWARDING ACROSS A LINK STATE PROTOCOL CONTROLLED ETHERNET NETWORK"인, 2007년 12월 31일자로 출원된 미국 실용 특허 출원 제12/006,258호의 변경 출원인 미국 가특허 출원에 기초한 우선권을 주장하며, 이 미국 출원은 참고로서 본원에 원용된다. 출원인들은 2008년 3월 28일자로 이 실용 특허 출원을 가출원으로 변경하는 신청서을 제출하였으며, 따라서 그에 따른 가출원에 기초한 우선권을 주장한다.
기술 분야
본 발명은 링크 상태 프로토콜 제어형 이더넷 네트워크에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 링크 상태 프로토콜 제어형 이더넷 네트워크를 통한 IP 포워딩에 관한 것이다.
데이터 통신 네트워크는 서로 데이터를 전달하도록 연결 및 구성되어 있는 다양한 컴퓨터, 서버, 노드, 라우터, 스위치, 브리지, 허브, 프록시 및 그 밖의 네트워크 장치들을 포함할 수 있다. 이 장치들을 본 명세서에서는 "네트워크 요소"라고 할 것이다. 네트워크 요소들 간의 하나 이상의 통신 링크들을 이용하여 네트워크 요소들 사이에서 인터넷 프로토콜 패킷, 이더넷 프레임, 데이터 셀, 세그먼트, 그 밖의 데이터 비트/바이트의 논리적 결합 등의 프로토콜 데이터 단위들을 전달함으로써 데이터 통신 네트워크를 통해 데이터 통신을 행한다. 특정의 프로토콜 데이터 단위는, 네트워크를 통해 소스와 목적지 사이에서 이동할 때, 다수의 네트워크 요소들에 의해 처리되고 다수의 통신 링크들을 거칠 수 있다.
통신 네트워크 상의 다수의 네트워크 요소들은 본 명세서에서 프로토콜이라고 하는 미리 정해진 규칙 세트를 사용하여 서로 통신을 행한다. 네트워크 요소들 간의 송신을 위해 어떻게 신호들을 형성해야 하는지, 프로토콜 데이터 단위들이 어떤 다양한 형태로 보여야 하는지, 네트워크 요소들이 프로토콜 데이터 단위들을 어떻게 처리하고 네트워크를 통해 라우팅해야 하는지, 네트워크 요소들 사이에서 라우팅 정보와 같은 정보를 어떻게 교환해야 하는지 등, 상이한 양태의 통신을 관리하기 위해 상이한 프로토콜을 이용한다.
이더넷은 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)에 의해 802.1 표준으로서 규정된 공지의 네트워킹 프로토콜이다. 이더넷 네트워크 아키텍처에서, 네트워크에 연결된 장치들은 어떤 주어진 시간에 공유된 통신 경로들을 사용하기 위해 경합한다. 네트워크 세그먼트들을 상호연결시키기 위해 다수의 브리지들 또는 노드들이 사용되는 경우, 흔히 동일한 목적지에 대해 다수의 가능한 경로들이 존재한다. 이러한 아키텍처의 이점은, 브리지들 사이에 경로 리던던시(redundancy)를 제공하고 추가의 링크 형태로 네트워크에 용량을 추가할 수 있다는 것이다. 그러나, 루프의 형성을 방지하기 위해, 일반적으로는 스패닝 트리를 사용하여 트래픽이 네트워크 상에 브로드캐스트되거나 넘치는 것을 제한한다. 스패닝 트리의 특성은 네트워크 내의 임의의 목적지 쌍 간에 단지 하나의 경로가 있고, 따라서 패킷들이 어디로부터 온 것인지를 살펴봄으로써 주어진 스패닝 트리와 연관된 연결성을 "학습"할 수 있다는 것이다. 그러나, 스패닝 트리는 그 자체가 제한적이고, 스패닝 트리 상에 있는 링크들의 과이용과 스패닝 트리의 일부가 아닌 링크들의 비이용을 야기한다.
스패닝 트리를 구현하는 이더넷 네트워크에 고유한 제한들 중 일부를 극복하기 위한 것으로, 발명의 명칭이 "Provider Link State Bridging"인, 2006년 10월 2일자로 출원된 미국 특허 출원 제11/537,775호에 링크 상태 프로토콜 제어형 이더넷 네트워크가 개시되어 있으며, 이 출원은 참고로서 본원에 원용된다. 그 출원에서 더 상세히 기술하는 바와 같이, 투명한 브리징과 결합된 STP(Spanning Tree Protocol) 알고리즘을 사용하여 각각의 노드에서 학습된 네트워크 뷰(network view)를 이용하는 것보다, 링크 상태 프로토콜 제어형 이더넷 네트워크에서는, 메쉬 네트워크(mesh network)를 형성하는 브리지들이 링크 상태 광고(link state advertisement)를 교환하여 각각의 노드가 네트워크 토폴로지의 동기화된 뷰를 가질 수 있게 한다. 이것은 링크 상태 라우팅 시스템의 잘 알려진 메커니즘을 통해 달성된다. 네트워크 내의 브리지들은 네트워크 토폴로지의 동기화된 뷰를 갖고, 필요한 유니캐스트 및 멀티캐스트 연결성을 알고 있고, 네트워크 내의 임의의 브리지 쌍 간의 최단 경로 연결성을 계산할 수 있으며, 네트워크의 계산된 뷰에 따라 그들의 포워딩 정보 베이스(FIB: forwarding information base)를 개별적으로 파퓰레이트(populate)할 수 있다.
모든 노드들이 동기화된 뷰에서 자신들의 역할을 계산하고 그들의 FIB를 파퓰레이트한 경우, 네트워크는 피어 브리지 세트(어떤 이유로든 해당 브리지로의 통신을 필요로 하는 것들)로부터 임의의 주어진 브리지로의 루프없는(loop-free) 유니캐스트 트리와, 브리지에서 호스트되는 서비스 인스턴스마다 임의의 주어진 브리지로부터 동일한 피어 브리지 세트 또는 서브세트로의 둘다 적합한 루프없는 p2mp(point-to-multipoint) 멀티캐스트 트리를 갖게 된다. 그 결과 주어진 브리지 쌍 사이의 경로가 스패닝 트리의 루트 브리지(root bridge)를 통과하는 것으로 제한되지 않고, 전체적인 결과는 메쉬의 연결성의 폭을 더 잘 이용할 수 있다. 본질적으로, 모든 브리지는 그 브리지에의 유니캐스트 연결성 및 그 브리지로부터의 멀티캐스트 연결성을 규정하는 하나 이상의 트리들을 루트한다.
커스터머 트래픽이 프로바이더 네트워크에 들어갈 때, 커스터머 MAC 어드레스(C-MAC DA)가 프로바이더 MAC 어드레스(B-MAC DA)로 분해되어, 프로바이더가 프로바이더 MAC 어드레스 공간을 사용하여 프로바이더 네트워크 상에 트래픽을 포워딩할 수 있다. 또한, 프로바이더 네트워크 상의 네트워크 요소들은 가상 LAN ID(VID)에 기초하여 트래픽을 포워딩하도록 구성되고, 그에 따라 동일한 목적지 어드레스에 어드레싱되지만 상이한 VID를 갖는 상이한 프레임들을 네트워크를 통해 상이한 경로들을 거쳐 포워딩할 수 있다. 동작시, 링크 상태 프로토콜 제어형 이더넷 네트워크는 하나의 VID 범위를 최단 경로 포워딩과 연관시킬 수 있으고, 그에 따라 그 범위로부터의 VID를 사용하여 유니캐스트 및 멀티캐스트 트래픽을 포워딩할 수 있고, 트래픽 엔지니어링 경로들을 최단 경로 이외의 경로들 상의 네트워크에 걸쳐 생성하고 제2 VID 범위를 사용하여 포워딩할 수 있다.
도 1은 링크 상태 프로토콜 제어형 이더넷 네트워크(10)의 일부분의 일례의 기능 블록도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 이 예에서의 네트워크(10)는 링크들(14)에 의해 상호연결된 복수의 네트워크 요소들(12)을 포함하고 있다. 네트워크 요소들(12)은 다른 네트워크 요소들의 인접성을 학습하기 위해 헬로 메시지들을 교환하고, 각각의 노드가 네트워크에 걸쳐 인그레스 노드(ingress node)와 이그레스 노드(egress node) 사이의 최단 경로를 계산하는 데에 사용될 수 있는 링크 상태 데이터베이스를 구축할 수 있도록 링크 상태 광고들을 교환한다.
링크 상태 라우팅 프로토콜의 예들로는 OSPF(Open Shortest Path First) 및 IS-IS(Intermediate System to Intermediate System)가 있지만, 그 밖의 링크 상태 라우팅 프로토콜들도 사용할 수 있다. IS-IS는, 예를 들어, ISO 10589 및 IETF RFC 1195에 기술되어 있으며, 이들 각각은 참고로서 본원에 원용된다.
최단 경로 유니캐스트 포워딩 상태를 설치하는 것 이외에도, 노드들은 또한 네트워크 상의 멀티캐스트 트리들에 대한 포워딩 상태를 설치할 수 있다. 링크 상태 프로토콜 제어형 이더넷 네트워크에서 멀티캐스트를 구현하는 방식의 일례는 발명의 명칭이 "Multicast Implementation in a Link State Protocol Controlled Ethernet Network"인, 2007년 2월 5일자로 출원된 미국 특허 출원 제11/702,263호에 더 상세히 기술되어 있으며, 이 미국 출원은 참고로서 본원에 원용된다. 이 출원에 기술된 바와 같이, 링크 상태 광고들을 사용하여 멀티캐스트 그룹 멤버쉽을 광고하여 멀티캐스트 그룹에 대한 포워딩 상태를 네트워크 상에 설치하게 한다. 상세하게는, 주어진 멀티캐스트 그룹 내의 각각의 소스에는 네트워크 상에 프레임들을 포워딩하는 데에 사용되는 목적지 MAC 어드레스(DA)가 할당될 수 있다. 네트워크 상의 노드들은, 그들이 멀티캐스트 소스로부터 링크 상태 프로토콜을 통해 멀티캐스트 그룹에 대한 "관심(interest)"을 광고하는 목적지 노드들 중 하나로의 최단 경로 상에 있는 것으로 판정하는 경우, 소스/그룹 트리에 대한 포워딩 상태를 설치한다.
멀티캐스트에 대한 관심은 I-SID와 같은 관심 커뮤니티 식별자에 기초할 수 있으며, 그에 따라 네트워크 상의 노드는, 그것이 멀티캐스트 그룹과 연관된 관심 커뮤니티 식별자에 대한 관심을 광고한 소스와 목적지 사이의 최단 경로 상에 있을 때, 멀티캐스트 그룹에 대한 포워딩 상태를 설치한다. I-SID는 통상 802.1ah와 연관되어 있으며, 추가의 MAC 헤더(커스터머 소스 및 목적지 MAC 어드레스)를 수반한다. 그러나, I-SID는 C-MAC 헤더가 사용되지 않는 경우에도 효용성이 있는데, 그 이유는 I-SID 값이 상호 연결성의 특정 예로 참여자들을 식별할 수 있기 때문이다. 그러나, 포워딩 상태는 멀티캐스트와 연관된 멀티캐스트 DA 및 VID에 기초하고 있다.
동작시, 네트워크 상의 다수의 노드들은 특정 I-SID에 대한 관심을 광고할 수 있다. 네트워크 상의 노드들은, 어떤 노드들이 어떤 I-SID에 대한 관심을 광고했는지를 추적하여, 그들이 그 특정 I-SID에 대한 관심을 광고한 2개의 노드 사이의 최단 경로 상에 있는 경우, I-SID와 연관된 DA/VID 쌍에 대한 포워딩 상태를 설치할 것이다. 이것은, 네트워크 상에 프레임들이 넘치는 일없이 관심 커뮤니티들에 대한 포워딩 상태의 설치를 가능하게 한다.
링크 상태 프로토콜 제어형 이더넷 네트워크는 링크 계층(계층 2)에서 동작한다. 즉, 인그레스 노드는 이더넷 네트워크를 통한 프레임을 예를 들어, 노드 A로부터 노드 E로 스위칭하는 데에 사용될 수 있는 MAC 헤더를 생성한다. IP(Internet Protocol) 네트워크와 같은 그 밖의 네트워크들은 계층 3(네트워크 계층)과 같은 상위 계층에서 동작한다. IP 네트워크들은 IP 패킷과 연관된 IP 헤더의 IP 어드레스에 기초하여 패킷들을 포워딩한다.
도 2 및 도 3은 IP 라우팅을 사용하여 종래의 IP 네트워크 상에 IP 패킷을 포워딩할 수 있는 2가지 일반적인 방식들을 나타낸 것이다. 도 2에 도시된 예에서, 네트워크(20)는 네트워크 X와 네트워크 Y를 상호연결한다. 네트워크(20)는 많은 라우터들(22)을 포함하고, 도 1에 도시된 네트워크와 유사한 구성을 가질 수 있다. 도 2 및 도 3에서, 네트워크(20)에서의 경로가 노드 A, B, C, D, E를 경유하는 것으로 가정하였다. 네트워크(20)의 동작에 대한 설명을 간소화하기 위해, 네트워크 X와 네트워크 Y 사이에서 선택된 경로 상에 있지 않은 라우터들은 도 2 및 도 3에 도시하지 않았다.
일반적으로, 패킷이 라우터(22A)에 도착하면, 이 라우터는 패킷 내의 IP 어드레스에 기초한 IP 룩업을 수행하고 IP 네트워크 상의 패킷에 대한 다음 홉을 결정한다. 이 라우터는 이어서 다음 홉 IP 어드레스를 계층 2 MAC 어드레스로 분해하고, 패킷에 대한 계층 2 MAC 헤더를 생성하여 목적지로의 경로를 따라 다음 홉 라우터로의 링크(24A) 상에 패킷을 송신한다. 이 예에서, 라우터(22A)는 목적지 MAC 어드레스(DA) = I이고 소스 MAC 어드레스(SA) = H인 MAC 헤더를 추가한다. 라우터(22A)는 이어서 라우터(22B)로의 링크 상에 패킷을 포워딩한다.
라우터(22B)는, 패킷을 수신하면, MAC 헤더를 분리시키고 IP 헤더에 대한 룩업을 수행한다. 라우터(22B)는 이어서 패킷을 새로운 MAC 헤더(이 예에서 DA=K 및 SA=J를 가짐)로 캡슐화한다. 라우터(22B)는 이어서 링크(24B) 상에 그의 목적지를 향해 패킷을 포워딩한다. 이러한 분리 및 추가 프로세스는 패킷이 목적지 네트워크 Y에 도달할 때까지 경로를 따라 있는 각각의 라우터에서 수행된다. 따라서, 종래의 IP 포워딩의 경우, 경로를 따라 있는 각각의 라우터는 외부 802.3 헤더를 분리시키고, 패킷을 라우팅하기 위해 IP 룩업을 수행하며, 이어서 네트워크를 통해 패킷을 포워딩하기 위해 새로운 802.3 헤더를 추가한다. 이 프로세스가 홉마다 반복되고, 각각의 라우터는 MAC 헤더를 분리시키고 네트워크를 통해 패킷을 라우팅하기 위해 IP 룩업을 수행한다.
도 3은 IP 라우팅이 구현될 수 있는 다른 방식을 나타낸 것이다. 도 3에 도시된 예에서, 네트워크 내의 다양한 라우터들에서 수행되는 IP 룩업의 횟수를 줄이기 위해 MPLS가 사용된다. MPLS 네트워크에서, 복수의 LSP(Label Switched Path)가 MPLS 네트워크에 걸쳐 설정된다. LSP가 네트워크에 걸쳐 결정되고 생성되는 특정의 방식이 공지되어 있다. 도 3에 도시된 예에서, 라벨 교환 경로(label switched path)가 노드 A, B, C, D, E를 포함하는 것으로 가정한다. 패킷이 에지 라우터(edge router)(32A)에 도달하면, 에지 라우터(32A)는 MPLS 네트워크의 LSP 상으로 IP 패킷을 스위칭하여 네트워크 Y에 도달하도록 하는 데에 어느 라벨이 사용되어야 하는지를 결정하기 위해 IP 룩업을 수행한다. 에지 라우터(32A)는 이어서 그 라벨을 패킷에 붙인다. 에지 라우터(32A)는 또한 경로 상의 패킷에 대한 다음 홉을 결정하고, 패킷에 MAC 헤더를 붙여 그 패킷을 경로 상의 다음 홉(라우터 32B)으로 포워딩시킨다.
라우터(22B)는 외부 MAC 헤더를 분리시키고 MPLS 라벨을 읽는다. LSP가 네트워크에 걸쳐 설정되었을 때, 라벨 배포 프로토콜(label distribution protocol)은 특정의 IP FEC(Forwarding Equivalence Class)에 있어서 라벨(100)과 라벨(210) 간의 연관관계를 설정하고, 이에 따라 라우터(32B)가 MPLS 라벨(100)을 갖는 패킷을 수신하면, 라우터(32B)는 새로운 MAC 헤더를 추가하여 아웃바운드 인터페이스(outbound interface)에 포워딩하기 전에 그 라벨을 새로운 MPLS 라벨(210)로 대체시킨다. 도 2에서의 동작과 유사하게, 패킷을 포워딩하기 전에, 라우터(32B)는 새로운 MAC 헤더를 패킷에 추가하며, 이 경우에, 라우터(32B) 상에서 소스 MAC 어드레스를 MAC J로서 식별하고 라우터(32C) 상에서 목적지 MAC 어드레스를 MAC K로서 식별하도록 SA=J, DA=K이다.
따라서, MPLS는 MPLS 네트워크의 에지에서 한번의 IP 경로 룩업이 수행될 수 있게 하고, 패킷을 MPLS 네트워크를 통해 포워딩하기 위해 IP 룩업 대신에 라벨 스위칭이 사용될 수 있게 한다. 초기의 IP 룩업을 수행하고 패킷을 LSP 상에 배치하기 위해 라벨을 패킷에 할당하는 에지 라우터를 라벨 에지 라우터라고 한다. 라벨 스위칭을 수행하는 MPLS 네트워크 상의 중간 라우터는 통상 라벨 스위치 라우터(Label Switch Router, LSR)라고 한다. MPLS 네트워크에서의 포워딩은 각각의 홉에서 MAC 헤더를 분리시킨 후에 라벨을 스와핑함으로써 수행된다. MPLS 포워딩은 여전히 (이더넷 링크가 이용되는 경우) 네트워크에서의 모든 홉에서 MAC 헤더 분리가 행해질 것을 필요로 하고, 각각의 LSR이 라벨 룩업 및 라벨 스와핑을 수행할 것을 필요로 하며, 각각의 LSR이 이어서 다른 MAC 헤더를 추가하여 패킷을 LSP를 따라 다음 LSR로 배달할 것을 필요로 한다. 이 프로세스는 노드들 각각에서 더 많은 처리 및 지능을 필요로 하며, 따라서 이는 고비용의 솔루션으로 된다. 또한, 이것이 효과가 있기 위해서는, 경로가 초기에 설정되어야만 하는데, 이는 그 자체로 계산 비용이 많이 드는 프로세스이다.
IP 네트워크 및 네트워크 계층 프로토콜은 일반적으로 이더넷 네트워크와 같은 하위 계층 네트워크에 의해 지원된다. 따라서, 라우터는, 네트워크 계층 패킷을 송신할 때, 패킷을 네트워크 상에 송신하기 전에 이더넷 MAC 헤더 등의 하위 계층 프로토콜 헤더를 패킷에 붙인다. MAC 헤더는 네트워크 계층에 대한 지원을 제공하는 계층 2 네트워크를 통해 패킷을 포워딩하기 위해 링크 계층에서 사용된다. 그에 따라, 링크 상태 프로토콜 제어형 이더넷 네트워크가 네트워크 계층들에 대한 지원도 통합할 수 있게 하는 것이 유리하다.
본 발명의 양태들이 첨부된 청구항들에 상세히 언급되어 있다. 본 발명이 유사한 참조 번호들이 유사한 구성요소들을 가리키고 있는 이하의 도면들에 예로서 예시되어 있다. 이하의 도면들은 단지 예시를 위해 본 발명의 다양한 실시예들을 개시하고 있으며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 명확함을 위해, 모든 도면에서 모든 컴포넌트들에 도면 부호가 부기되어 있지는 않다.
도 1은 링크 상태 프로토콜 제어형 이더넷 네트워크를 구현하는 데에 사용될 수 있는 메쉬 네트워크의 기능 블록도이다.
도 2 및 도 3은 IP 네트워크에서 IP 라우팅을 구현하는 2가지 방식을 나타낸 기능 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 링크 상태 프로토콜 제어형 이더넷 네트워크에 걸친 IP 패킷의 흐름을 보여주는 기능 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, IP 정보를 처리하기 위해 링크 상태 프로토콜 제어형 이더넷 네트워크의 인그레스 노드에서 수행되는 프로세스의 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, IP 정보를 처리하기 위해 링크 상태 프로토콜 제어형 이더넷 네트워크의 중간 노드 또는 에지 노드에서 수행되는 프로세스의 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른, IP 패킷의 수신 시에 링크 상태 프로토콜 제어형 이더넷 네트워크의 인그레스 노드에서 수행되는 프로세스의 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른, IP 패킷의 수신 시에 링크 상태 프로토콜 제어형 이더넷 네트워크의 이그레스 노드에서 수행되는 프로세스의 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른, 링크 상태 프로토콜 제어형 이더넷 네트워크에서 사용되도록 구성된 네트워크 요소의 가능한 구현을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 10은 요소들의 가능한 조합들의 참조도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 L2/L3 혼합형 네트워크의 컴포넌트들의 기능적 분해를 나타낸 도면이다.
링크 상태 프로토콜 제어형 이더넷 네트워크 상의 노드들은 IS-IS(Intermediate System to Intermediate System)와 같은 링크 상태 라우팅 프로토콜을 구현한다. 네트워크 상의 노드들은 IS-IS 링크 상태 광고(LSA : Link State Advertisement)[링크 상태 패킷이라고도 함]로부터 인접성을 학습하고, 네트워크 상의 모든 노드 쌍 간의 최단 경로를 계산한다. 각각의 참여 노드는 네트워크 상의 각각의 노드 쌍 간의 유니캐스트 포워딩 상태를 구성하기 위해 그의 포워딩 정보 베이스(FIB : Forwarding Information Base)를 파퓰레이트한다. 트래픽 엔지니어링된 경로(traffic engineered path)도 역시 구성될 수 있고, TE 경로들에 대한 포워딩 상태가 네트워크 상의 노드들의 FIB 내에 설치된다.
IS-IS는, 특정의 네트워크 요소들에서 사용되는 스위칭 또는 포워딩 기술과 무관하게, 토폴로지 정보와 특정의 네트워크 위치들 및 인터페이스들에 대한 계층 2 및 계층 3 어드레스의 바인딩이 교환될 수 있게 한다. 이것은 2가지 일을 용이하게 하는데, 첫번째 일은 IS-IS 계산에 의해 고려되는 토폴로지가 유사하게 이용되는 실제의 스위칭 또는 포워딩과 무관하다는 것이고, 두번째 일은 공통의 IS-IS 도메인 내의 네트워크의 구성이 이더넷 및 MPLS, IPv4 또는 IPv6와 같은 스위칭 기술들의 연결(concatenation)일 수 있다는 것이다. 라우팅 시스템은 다수의 포워딩 패러다임(forwarding paradigm)을 통과하는 네트워크에 걸쳐 최단 경로들을 결정할 수 있다. 그 결과는 하나 이상의 이더넷 스위칭 도메인들을 포괄할 수 있는 라우팅 도메인들(라우팅 프로토콜의 인스턴스에 참여하는 일련의 네트워크 노드들)을 갖는 시스템이다. 하나의 축퇴한 경우(degenerate case)는 라우팅 도메인과 스위칭 도메인의 완전한 합동(complete congruence)이고, 다른 것은 라우팅 도메인 내의 모든 노드들이 계층 3에서 포워딩을 수행하고 이더넷이 링크 기술로서만 이용되는 현상 유지(current status quo)이다.
링크 상태 프로토콜 제어형 이더넷 네트워크는 LAN 연결성을 가상화하고 가상 LAN 인스턴스들을 802.1ah I-SID와 연관시킨다. 대부분의 네트워크 계층 라우팅 시스템 및 프로토콜 집합은 이미 LAN 세그먼트를 토폴로지 요소로서 인정하고 있으며, 따라서 대부분의 요구된 거동들이 잘 알려져 있기 때문에 가상 LAN 세그먼트들을 네트워크 계층과 통합시킬 때 메타포어(metaphor)를 유지하는 것이 유리하다. LAN 세그먼트는 종종 네트워크 계층에서 서브-네트워크, 즉 서브넷으로서 나타나며, 그에 따라 LAN 세그먼트에 의해 연결된 노드들과 연관된 일련의 네트워크 계층 어드레스들이 IP 세계에서 프리픽스(prefix)라고 알려져 있는 하나의 광고 내로 집계될 수 있다.
스위칭 도메인은 하나 이상의 가상 LAN 세그먼트들을 구현할 수 있다. 따라서, 네트워크 계층에서 네트워크를 구성하기 위해, 가상 LAN 세그먼트들을 상호연결시키는 메커니즘이 필요하다. 스위칭 도메인에 연결된 노드들이, 네트워크 계층 포워딩을 구현하고 수신된 패킷들 내의 네트워크 계층 정보를 사용하여 가상 LAN 세그먼트들 간에 패킷들을 포워딩하도록 구성될 수 있다. 따라서, 포워딩 요소들을 "가상 포워딩 요소(Virtual Forwarding Element)", 즉 VFE라고 한다.
스위칭 도메인들은 전적으로 네트워크 계층 포워딩만을 수행하는 장치들에 의해 상호연결될 수 있다. 통상의 인스턴스화는 라우터이다. 스위칭 도메인과 라우팅 도메인이 합동이 아닐 때, 스위칭 도메인으로부터의 올바른 이그레스가 해석될 수 있도록 스위칭 도메인의 범위에 관한 추가의 정보를 전달하기 위해 IS-IS를 보강하는 것이 필요하다. 이것은 노드가 L2 통과를 제공하는지 여부 및 링크가 이더넷인지 여부에 관한 정보의 형태이다. 이들은 네트워크 계층 라우팅 세계에 존재하는 개념의 직접적인 확장이다[예를 들어, 지원되는 서비스들을 지정하는 네트워크 계층 포트 ID(PID) 또는 노드가 통과를 제공하는지 여부를 나타내는 과부하 비트(overload bit)].
무번호 링크(unnumbered link)의 사용이 어드레스 소진을 감소시키는 IP 세계에서의 방식과 유사하게, 복수의 VFE를 상호연결시키기 위해 명시적으로 존재하고 따라서 엔드 시스템 어드레싱(end system addressing)을 필요로 하지 않는 가상 LAN 세그먼트의 개념을 고려하는 것이 유리하다. 이러한 성질의 LAN 세그먼트를 본 명세서에서 "통과 I-SID"라고 하며, 가상 LAN 세그먼트의 어드레싱된 버전을 본 명세서에서 UNI I-SID라고 한다. 다수의 통과 I-SID의 연결을 사용하여 구성된 네트워크를 고려하는 것도 가능하지만, 추가의 복잡도가 아무런 추가의 효용성도 제공하지 않으며, 따라서 본 개시 내용의 나머지는 일련의 VFE들 사이의 상호연결로서 하나의 통과 I-SID만을 고려할 것이다.
통과 I-SID의 추가의 장점은 L2/L3 통합에 대한 상태의 총량이 네트워크 내의 일련의 VFE들 간에 분할될 수 있다는 것이다. VFE와 연관된 상태의 양이 VFE를 통해 직접 연결되어 있는 일련의 UNI I-SID와 연관된 L2 및 L3 상태의 합이다. 이것은 통상적으로 엔드 시스템 네트워크 계층 어드레싱 및 네트워크 계층-이더넷 MAC 바인딩 둘다를 갖는 형태로 되어 있다. 통과 I-SID의 사용에 의해 VFE들 간에 상태를 분할하는 것에 의해 VFE가 UNI I-SID 및 공통의 통과 I-SID와 연관관계를 갖는 포트들에 대한 네트워크 계층 정보만을 가질 수 있다.
유사하게, L2/L3 혼합형 네트워크에의 액세스가 가상 LAN 세그먼트를 통할 필요가 없다. 물리적 LAN 세그먼트 또는 물리적 포인트-투-포인트 연결도 역시 혼합형 네트워크에 대한 유효한 연결이다. 물리적 LAN 세그먼트도 유사하게 NULL I-SID를 갖는 UNI로서 식별되는 반면, 포인트-투-포인트 연결의 경우는 UNI 포트라고 한다.
라우팅 도메인 내의 노드가 라우팅 도메인을 벗어나 있는 네트워크 계층 어드레스 또는 프리픽스가 그 자체를 통해 도달될 수 있는 것으로 판정할 때, 그 노드는 네트워크 계층 정보를 링크 상태 광고에 포함시킨다. 이것은 이 정보로 구성되거나 발견 메커니즘에 의해 구성되는 것의 결과일 수 있다. 네트워크 계층 정보는 UNI I-SID, UNI 포트 중 하나[엔드 시스템을 스위칭 도메인(switched domain)에 직접 연결하는 경우]와 연관되거나, 라우터와 같은 네트워크 계층 포워더(network layer forwarder)(본 명세서에서 스위칭 도메인에 직접 연결되지 않은 엔드 시스템을 연결시키는 데에 사용되는 엔티티를 기술하는 데에 사용됨)와 연관되어 있다.
라우팅 도메인에 의해 포괄되는 스위칭 도메인 내의 각각의 노드는 이 네트워크 계층 프리픽스를 그의 링크 상태 데이터베이스에 추가한다. 스위칭 도메인 내에 VFE를 구현하는 노드는 이 정보를 사용하여 그의 FIB를 올바르게 파퓰레이트하며, 그에 따라 패킷이 VFE에 도달할 때, VFE는 네트워크 계층 어드레스를 읽고 라우팅 도메인 내의 네트워크 계층 목적지로의 최단 경로를 통해 패킷을 계속하여 포워딩하기 위해 적절한 포워딩 동작을 결정한다.
멀티캐스트 상황에서, 스위칭 도메인 내의 노드들은, 동일한 네트워크 계층 멀티캐스트 그룹 어드레스에 대한 관심을 광고한 2개의 노드 사이의 최단 경로에 있는 경우, 네트워크 계층 멀티캐스트 그룹에 대한 포워딩 상태를 설치하도록 구성될 수 있다. 링크 상태 프로토콜 제어형 이더넷 네트워크 상의 노드들이 링크 상태 광고에 IP 멀티캐스트에 대한 관심을 광고할 수 있게 하기 위해, TLV(Type Length Value) 튜플과 같은 네트워크 계층 멀티캐스트 정보 요소가 IS-IS에 추가될 수 있다. 유사하게, 기존의 링크 상태 브리징 추가/이동/변경 절차가 주어진 스위칭 도메인에 걸쳐 멀티캐스트 라우팅을 처리하도록, 네트워크 계층 멀티캐스트를 I-SID 값으로 알고리즘적으로 또는 관리적으로 변환하는 것이 이용될 수 있다. 노드가 IP 멀티캐스트 어드레스를 포함하는 링크 상태 광고를 낼 때, 노드들은 멀티캐스트 그룹 멤버쉽을 나타내기 위해 그들의 링크 상태 데이터베이스를 업데이트시킨다. 노드들은 또한 자신이 IP 멀티캐스트 소스와 IP 멀티캐스트에 대한 관심을 광고하는 노드(목적지 노드 또는 그룹 노드) 간의 경로 상의 중간 노드인지를 판정한다. 그러한 경우, 링크 상태 프로토콜 제어형 이더넷 네트워크가 IP 멀티캐스트에 대한 송신 서비스를 제공할 수 있도록, 중간 노드는 IP 멀티캐스트 그룹과 연관된 멀티캐스트 DA에 대한 포워딩 상태를 설치한다.
IP 멀티캐스트 패킷이 링크 상태 프로토콜 제어형 이더넷 네트워크에 대한 인그레스에 수신될 때, 인그레스 노드는 링크 상태 프로토콜 제어형 이더넷 네트워크 상에서 사용될 멀티캐스트 DA를 결정하기 위해 IP 룩업을 수행하고, IP 패킷을 전달하는 데에 사용될 프레임들에 대한 MAC 헤더를 구성한다. IP 멀티캐스트에 대한 관심을 광고한 노드들로 중간 노드들에 의해 (그 멀티캐스트 DA에 대해 설치된 FIB 상태를 사용하여) 포워딩될 멀티캐스트 헤더를 갖는 프레임들이 이어서 출력된다.
네트워크 계층 라우팅을 링크 상태 프로토콜 제어형 이더넷 네트워크 포워딩에 연계시킴으로써, IP 경로에 필요한 유니캐스트 또는 멀티캐스트 교환 경로에 대한 경로를 설정하기 위해 추가의 시그널링을 필요로 하지 않고, IP 서비스가 링크 상태 프로토콜 제어형 이더넷 네트워크를 통해 엔드-투-엔드로 전달될 수 있다. 이것에 의해 네트워크 계층 경로에 대해 링크 상태 프로토콜 제어형 이더넷 네트워크 지름길이 생성될 수 있으며, 그에 따라 L3 포워딩이 링크 상태 프로토콜 제어형 이더넷 네트워크 도메인을 거쳐 L2 스위칭에 매핑될 수 있다.
교환 도메인에서 그리고 교환 도메인 외부의 공통의 인터페이스를 통해 다수의 네트워크 계층 프로토콜을 동시에 지원하는 것이 가능하다. 다수의 네트워크 계층 프로토콜(예를 들어, IPv4 및 IPv6)에 관한 정보가 링크 상태 라우팅 프로토콜을 통해 생성될 수 있고, VFE가 다수의 네트워크 계층을 FIB에 포함시킬 수 있으며, 그에 따라 라우팅 도메인에 의해 지원되는 네트워크 계층 상으로 수신된 임의의 패킷이 올바르게 해석될 수 있다.
네트워크 내의 교환 도메인에 대한 인그레스 노드로 하여금 네트워크 계층 어드레스를 링크 상태 프로토콜 제어형 이더넷 네트워크를 통한 경로에 매핑하게 함으로써 네트워크 계층 라우팅 및 포워딩을 구현하는 데에 링크 상태 프로토콜 제어형 이더넷 네트워크가 사용될 수 있다. 도 4는 링크 상태 프로토콜 제어형 이더넷 네트워크 노드들이 IP 어드레스들을 링크 상태 프로토콜 제어형 이더넷 네트워크 내의 엔드포인트 이더넷 MAC 어드레스들에 매핑하도록 구성되어 있는 경우 IP 포워딩이 어떻게 구현될 수 있는지의 예를 나타낸 것이다. IS-IS를 사용하여 네트워크 계층 어드레스들을 광고하는 것과 연관된 추가의 정보가 이하에 개시되어 있다.
네트워크 계층 어드레스들을 광고하는 것에 의해 인그레스 노드(12A)는, 네트워크 계층 패킷이 수신될 때, 네트워크 상의 어느 다른 링크 상태 프로토콜 제어형 이더넷 네트워크 노드가 네트워크 계층 어드레스에 도달할 수 있는지를 판정할 수 있다. 링크 상태 프로토콜 제어형 이더넷 네트워크 노드는 이어서 네트워크를 통해 네트워크 계층 패킷을 포워딩하는 데에 사용되는 MAC 헤더를 생성한다. 이 경우에, MAC 어드레스는 출구 노드(도 4에 도시된 예에서 라우터 E)의 노드 MAC(nodal MAC)이다. 중간 노드가 노드 MAC E로 어드레싱된 패킷들을 최단 경로를 따라 그 노드로 포워딩할 수 있도록 중간 노드가 최단 경로 포워딩 상태를 설치했기 때문에, 중간 노드 B, C 및 D는 간단히 그들의 FIB(Forwarding Information Base)에서 MAC 룩업을 수행하고 그 패킷을 네트워크 상의 올바른 목적지로 포워딩한다. 중간 노드는 경로를 따라 있는 각각의 홉에서 MAC 헤더를 분리시켜 새로운 MAC 헤더를 생성할 필요가 없다. 따라서, 링크 상태 프로토콜 제어형 이더넷 네트워크를 통한 네트워크 계층 포워딩을 구현하기 위해 링크 상태 프로토콜 제어형 이더넷 네트워크 경로들이 사용될 수 있다.
라우팅 도메인 내의 노드가 네트워크 계층 어드레스 또는 프리픽스를 알게 될 때, 그 노드는 그 어드레스를 IS-IS 링크 상태 광고에 광고한다. 스위칭 도메인 내의 노드들은 그 어드레스를 속성으로서 링크 상태 광고를 사용하여 공통으로 송신되는 다른 라우팅 정보, 예컨대 노드 인접성, I-SID 및 LSA를 사용하여 송신될 수 있는 그 밖의 정보를 포함하는 링크 상태 데이터베이스에 저장한다. 모든 노드들이 네트워크 어드레스 또는 프리픽스가 어디에서 네트워크에 연결되는지를 알고 있기 때문에, 노드들은 특정의 노드에 도달하기 위해 올바른 이그레스 MAC 어드레스를 선택할 수 있다. 또한, 노드들은 동일한 네트워크 어드레스에 대한 관심을 광고하는 노드들 간의 네트워크를 통한 연결성을 설정하기 위해 포워딩 상태를 설치할 수 있다.
네트워크 계층 프리픽스는 가상 또는 물리 LAN 세그먼트와 연관될 수 있다. 이들은 라우팅 시스템에서 I-SID로서 식별되고, 따라서 프리픽스와 I-SID 간의 명시적인 연관관계가 라우팅 데이터베이스에 존재한다. 스위칭 도메인 내에서, 어느 물리 또는 가상 인그레스 포트가 I-SID와 연관되는지에 관한 어떤 제한도 없으며, 따라서 네트워크 설계가 단지 VFE가 어느 I-SID와 상호연결되는지에 중점을 두고 있다. 스위칭 도메인의 경계에서 하나의 IP 룩업 및 L3/L2 해석 단계를 사용하여 스위칭 도메인을 통해 유니캐스트 IP 트래픽을 송신하고 네트워크를 통해 스위칭 도메인으로부터의 이그레스 노드로 네트워크 패킷을 송신하게 될 MAC 헤더를 생성하기 위해 B-MAC 스위칭이 사용될 수 있다. 이것에 의해 룩업 및 해석이 한번 행해질 수 있으면서, MAC 헤더가 스위칭 도메인에 걸쳐 각각의 홉에서 대체될 필요없이, 패킷의 포워딩과 관련하여 보다 효율적이고 네트워크 계층 독립적인 스위칭이 행해질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, IS-IS 등의 링크 상태 프로토콜 제어형 이더넷 네트워크에서 네트워크 토포그라피를 교환하기 위해 사용되는 라우팅 프로토콜은 네트워크 노드들 사이에서 네트워크 계층 어드레스들을 송신하는 데에 사용된다. 이것에 의해 모든 노드들이 어느 네트워크 계층 어드레스의 엔드 시스템이 라우팅 도메인 상의 다른 노드들 각각을 통해 액세스가능한지를 알 수 있다. 네트워크 계층 어드레스는 노드들의 링크 상태 데이터베이스에 의해 공유될 수 있고, 멀티캐스트 토폴로지를 식별하는 데에 또한 L2 및 L3 네트워크 토폴로지 간의 연관관계를 결정하는 데에 사용된다.
패킷이 로컬 스위칭 도메인 외부로부터 또는 VFE를 식별하는 B-MAC을 전달하는 도메인 내부로부터 VFE에 도달할 때, VFE는 패킷에 대한 적절한 포워딩 동작을 결정하기 위해 네트워크 계층 경로 룩업을 수행한다. 이것은 이하의 것들 중 하나일 수 있다:
1) 최단 경로가 로컬 스위칭 도메인으로부터 바로 나와야 할 때, 패킷을 직접 연결된 네트워크 계층 포워드로 포워딩하는 것.
2) 패킷을 UNI I-SID로 포워딩하는 것. 이것은 패킷을 VFE로부터 가상 브리지로 넘겨주는 것을 필요로 하며, 이 가상 브리지는 네트워크 계층에 대한 올바른 C-MAC을 결정하고 그 C-MAC을 스위칭 도메인으로부터의 이그레스에 도달하는 데에 적절한 B-MAC으로 해석한다.
3) 패킷을 스위칭 도메인 내의 피어 VFE로 포워딩하는 것. 이것은 피어 VFE 노드의 MAC을 해석하는 것 및 패킷을 적절히 포워딩하는 것을 포함한다.
4) 패킷을 UNI 포트로 포워딩하는 것.
패킷의 통상의 네트워크 계층 처리는 VFE 포워딩 프로세스의 일부로서, 예를 들어, IPv4 또는 IPv6 TTL(time to live) 카운터를 감소시키는 것에 의해 수행된다.
스위칭 도메인 내에서 포워딩되는 패킷의 경우, VFE는 이어서 스위칭 도메인을 통해 이그레스 노드로 패킷을 포워딩하기 위해 도 4에 도시된 바와 같이 패킷에 대한 MAC 헤더를 구성한다. 구체적으로는, 에지 노드는 링크 상태 프로토콜 제어형 이더넷 네트워크를 거쳐 네트워크 상의 목적지 노드로 패킷을 스위칭하기 위해 사용될 수 있는 MAC 헤더를 결정한다. 패킷은 이어서 패킷이 목적지 노드로 포워딩되게 하기 위해 스위칭 도메인으로 출력될 수 있다. 링크 상태 프로토콜 제어형 이더넷 네트워크가, 이전에 FIB에 파퓰레이트된 정보를 사용하여, MAC 목적지 어드레스 및 VLAN ID(DA/VID)에 따라 데이터의 프레임을 포워딩하도록 설계되어 있기 때문에, 네트워크 상의 노드들은, 각각의 중간 노드에서 외부 MAC 헤더가 변경될 필요 없이, 네트워크 계층 패킷을 링크 상태 프로토콜 제어형 이더넷 네트워크를 거쳐 에지 노드 E로 포워딩한다.
따라서, 이더넷 스위칭이 네트워크 계층 포워딩을 구현하는 데에 사용될 수 있으며, 패킷이 교환 도메인 내의 VFE에 도달할 때, 네트워크 계층 포워딩을 통해 한번의 네트워크 계층 룩업이 패킷에 대해 수행될 수 있다. 패킷이 스위칭 도메인을 통과할 때 추가적인 네트워크 계층 룩업 동작을 필요로 하지 않고, 네트워크 어드레스가 스위칭 도메인을 거쳐 패킷을 송신하는 데에 사용될 수 있는 MAC 헤더에 매핑될 수 있다. 따라서, 그것은 네트워크 계층 룩업도 필요로 하지 않지만 서브네트워크보다는 링크의 입도(granularity)로 이더넷 스위칭 도메인을 구현하는 MPLS의 이점을 달성할 수 있다. 그러나, 링크 상태 프로토콜 제어형 이더넷 네트워크를 사용하여 네트워크 계층 트래픽을 포워딩하는 것은 MPLS에 비해 중간 노드에서 MAC 헤더가 분리될 필요가 없고 스위칭 거동을 시뮬레이트하는 데에 추가되는 라벨의 추가를 필요로 하지 않는다는 추가의 이점을 갖는다. 오히려, 패킷이 네트워크 상의 노드들을 통과할 때 다수의 네트워크 노드들을 통해 패킷을 스위칭하는 데에 동일한 MAC 헤더가 사용될 수 있다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른, 네트워크가 네트워크 계층 프레임을 포워딩할 수 있게 하기 위해 도 4의 스위칭 도메인 상의 노드들에 의해 구현되는 프로세스의 일부를 나타낸 것이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 에지 노드는, 네트워크 계층 어드레스를 학습하면(50), 이 어드레스를 그의 링크 상태 광고 네트워크 계층 어드레스에 추가한다. LSA는 자신을 IPv4 또는 IPv6 어드레스 등의 네트워크 계층 어드레스를 포함하는 것으로 지정하는 TLV(type-length-value)를 가질 수 있다. LSA는 이어서 네트워크를 통해 송신되어(52), 에지 노드가 네트워크 계층 어드레스의 정보를 광고할 수 있다. 이와 관련하여 유의할 점은, IS-IS LSA가 네트워크 계층 어드레스를 전달하도록 구성되어 있다는 것이다. 이 본래의 용량이 본 발명의 일 실시예와 관련하여 사용될 수 있으며, 네트워크 계층 어드레스가 이어서 교환 도메인 상의 노드들의 FIB의 사전-설치된 최단 경로 포워딩 상태를 사용하여 네트워크 계층 포워딩이 일어날 수 있게 하는 새로운 방식으로 사용될 수 있다.
멀티캐스트 상황에서, 에지 노드는 멀티캐스트 네트워크 계층 어드레스와 네트워크 계층 멀티캐스트와 연관될 I-SID 간의 바인딩을 형성하거나, 포워딩을 위해 사용할 이더넷 그룹 어드레스를 도출하기 위해 본래의 수단을 사용할 수 있다. 네트워크 계층 멀티캐스트에서의 멤버쉽은, 예를 들어, IGMP(Internet Group Management Protocol) 또는 다른 그룹 관리 프로토콜을 사용하는 관심 노드에 의해 광고될 수 있다. 노드가 연결된 라우터로부터 IGMP 메시지를 수신할 때, 한가지 유용한 기법은 IGMP 메시지를 IP 멀티캐스트와 연관된 I-SID로 해석하고 네트워크 계층 멀티캐스트 어드레스를 포함하는 링크 상태 광고를 발생하는 것이며, 이 링크 상태 광고는 이어서 링크 상태 프로토콜 제어형 이더넷 네트워크를 통해 송신된다. 노드는 이어서 멀티캐스트 그룹에 추가되고, 연결성이 동작들의 통상의 부분으로서 구성된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 라우팅된 도메인 내의 노드가 LSA를 수신할 때(60), 그 노드는 네트워크 계층 어드레스를 LSA를 발행한 노드의 ID와 연관시키기 위해 그의 링크 상태 데이터베이스를 업데이트시킨다. 스위칭 도메인 내의 노드들도 역시 네트워크 계층 어드레스와 연관된 노드 MAC 어드레스로 그들의 링크 상태 데이터베이스를 업데이트시킨다(62). 네트워크 계층 어드레스가 네트워크 계층 멀티캐스트 어드레스인 경우(64), 노드는 또한 동일한 네트워크 계층 멀티캐스트에 대한 관심을 광고한 2개의 노드 간의 최단 경로 상에 있는지를 판정한다(66). 그러한 경우, 노드는 네트워크 계층 멀티캐스트 어드레스와 연관된 DA/VID에 대한 그의 FIB에 포워딩 상태를 설치한다. 네트워크 계층 멀티캐스트 멤버쉽은 흔히 IGMP 등의 프로토콜을 사용하여 구현된다. 에지 노드가 연결된 네트워크들로부터 IGMP 메시지를 수신할 때, 링크 상태 프로토콜 제어형 이더넷 네트워크 상의 노드들은 링크 상태 프로토콜 제어형 이더넷 네트워크를 통해 네트워크 계층 멀티캐스트 멤버쉽에 대한 변경들을 광고하기 위해 도 5와 관련하여 상기한 바와 같이 LSA를 생성할 수 있다. IGMP 메시지도 물론 통상의 방식으로 송신될 수 있다. 네트워크 계층 어드레스를 포함하는 LSA는 링크 상태 프로토콜 제어형 이더넷 네트워크 상의 노드들이, 네트워크를 통해 최단 경로를 따라 네트워크 계층 멀티캐스트를 구현하기 위해, 멀티캐스트 포워딩 상태를 설정할 수 있게 한다.
도 7에 도시된 바와 같이, VFE가 네트워크 계층 패킷을 수신할 때(70), VFE는 패킷이 유니캐스트 네트워크 계층 패킷인지를 판정하고, 그러한 경우, 패킷에 대한 올바른 포워딩 동작을 결정하기 위해 네트워크 계층 룩업을 수행한다(72). 패킷이 스위칭 도메인 내로 포워딩될 때, 룩업된 MAC 어드레스가 그 다음 홉 네트워크 계층 어드레스에 바인딩된 MAC 어드레스가 된다(52). 패킷이 멀티캐스트 네트워크 계층 패킷인 경우, 인그레스 에지 노드는 네트워크 계층 그룹 어드레스와 연관된 이더넷 그룹 어드레스를 결정하기 위해 네트워크 계층 룩업을 수행하고 이 정보를 사용하여 그 멀티캐스트 그룹에 사용되는 멀티캐스트 DA/VID를 갖는 MAC 헤더를 생성한다(74). 이것에 의해 네트워크 계층 멀티캐스트가 로컬 스위칭 도메인으로의 그 인그레스를 통과하는 연관된 네트워크 계층 멀티캐스트 그룹에 대한 소스들에 의해 사용하기 위해 생성된 멀티캐스트 트리를 통해 링크 상태 프로토콜 제어형 이더넷 네트워크로 포워딩될 수 있다.
이제 도 8을 참조하면, 프레임이 이그레스 노드에 수신될 때(80), 이그레스 노드는 그 자체를 목적지로서 볼 때 MAC 헤더를 분리시키고(82) 패킷과 연관된 네트워크 계층 어드레스를 읽는다. 이그레스 노드는 이어서 네트워크 계층 어드레스에 기초하여 패킷을 그의 의도된 목적지로 포워딩할 수 있다(84). 이그레스 노드가 어떻게 VFE(Virtual Forwarding Entity)를 통해 패킷을 포워딩하는 동작을 할 수 있는지에 관한 추가의 정보가 도 10 및 도 11과 관련하여 이하에 기술된다.
도 9는 링크 상태 프로토콜 제어형 이더넷 네트워크에서 사용되도록 구성된 네트워크 요소(12)의 가능한 구현을 개략적으로 나타낸 것이다. 네트워크 요소(12)는 링크 상태 라우팅 프로토콜을 사용하여 네트워크 토폴로지에 관하여 네트워크(10) 내의 피어들(12)과 라우팅 및 그 밖의 정보를 포함하는 제어 메시지를 교환하도록 구성된 라우팅 시스템 모듈(80)을 포함한다. 라우팅 시스템(80)에 의해 수신된 정보가 링크 상태 데이터베이스(90)에 또는 다른 방식으로 저장될 수 있다. 앞서 기술한 바와 같이, 정보의 교환에 의해 네트워크 상의 노드들이 네트워크 토폴로지의 동기화된 뷰를 발생할 수 있고, 이에 의해 이어서 라우팅 시스템 모듈(80)이 네트워크 상의 다른 노드들로의 최단 경로를 계산할 수 있다. 라우팅 시스템(80)에 의해 계산된 최단 경로가, 계산된 최단 경로, 멀티캐스트 트리, 트래픽 엔지니어링된 경로 엔트리에 기초하여 그리고 다른 엔트리에 기초하여, 네트워크를 통해 트래픽을 보내는 데에 적절한 엔트리로 파퓰레이트되는 FIB(82)에 프로그램된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 라우팅 시스템(80)은 네트워크 계층 신뢰성 정보를 포함하는 경로 업데이트를 교환할 수 있다. 네트워크 계층 패킷이 도달할 때 인그레스 노드가 링크 상태 프로토콜 제어형 이더넷 네트워크 상의 올바른 이그레스 노드를 선택할 수 있도록 네트워크 상의 노드들이 알고 있는 네트워크 계층 어드레스들이 네트워크 요소(12) 상의 링크 상태 데이터베이스(90)에 저장된다. 네트워크 계층 어드레스들에 대한 정보에 의해 또한, 노드들로 하여금 동일한 IP 멀티캐스트에 관심을 갖는 노드의 쌍 간에 포워딩 상태를 설치하게 함으로써, 네트워크 계층 멀티캐스트가 네트워크 상의 노드들에 의해 처리될 수 있게 하기 위해 멀티캐스트 포워딩 상태가 네트워크 상에 구현될 수 있다.
네트워크 요소(12)는 또한, 프레임이 수신된 포트가 특정의 소스 MAC에 대한 FIB(82)에서 식별된 포트와 일치하는지를 판정하기 위해, 들어오는 프레임들을 처리하고 FIB(82)에서의 룩업을 수행하는 데에 사용될 수 있는 RPFC(Reverse Path Forwarding Check) 모듈(84) 등의 하나 이상의 다른 모듈들을 포함할 수 있다. 입력 포트가 FIB에서 식별된 올바른 포트와 일치하지 않는 경우, RPFC 모듈은 메시지가 드롭되게 할 수 있다.
프레임이 RPFC 모듈(84)을 통과하는 경우, 목적지 룩업 모듈(86)은 FIB(82)로부터 프레임이 포워딩되어야 하는 포트 또는 포트들을 결정한다. FIB가 DA/VID에 대한 엔트리를 갖지 않는 경우, 프레임이 폐기된다.
또한, 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 기술된 모듈들이 단지 예시를 위한 것이며 노드의 모듈들 간에 기능들을 결합 또는 분산시킴으로써 구현될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
도 10은 요소들의 몇가지 가능한 조합들을 나타낸 참조도이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 스위치(100) 및 라우터(102)는 VFE(Virtual Forwarding Entity)(104)에 연결될 수 있다. 통과 I-SID(106)는 어드레싱되지 않은 LAN 세그먼트이며, 복수의 VFE, 구체적으로는 I-SID와 연관된 상호 연결성의 인스턴스에의 참여자들에게 서비스하는 일련의 VFE를 상호연결시키는 데에 사용된다. 통과 I-SID는 임의의 수의 VFE를 상호연결시킬 수 있고, 단지 하나의 예시적인 I-SID가 도 10에 도시되어 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 스위치(100) 또는 라우터(102)는 UNI 포트를 통해 VFE에 연결될 수 있다. VFE는 이어서 어드레싱되지 않은 통과 I-SID를 통해 다른 VFE에 연결될 수 있다. 대안으로서, 스위치들이 VFE로 어드레싱된 가상 링크(본 명세서에서 UNI I-SID라고 함)에 연결될 수 있다. UNI I-SID는 통과 I-SID를 통해 상호연결되어 있거나 그렇지 않고 서로 연결되어 있지 않은 VFE에 연결될 수 있다.
또한, 스위칭 네트워크에서 어드레싱되지 않은 링크를 통해 VFE를 상호연결시키도록 통과 I-SID를 구현할 수 있다. 따라서, 많은 가능한 경우들이 있으며, VFE가 네트워크를 통해 패킷들을 포워딩하기 위해 다수의 방식으로 사용될 수 있다.
통과 I-SID의 한가지 특징은 L2/L3 통합에 대한 상태의 총량이 네트워크 내의 일련의 VFE들 간에 분할될 수 있다는 것이다. VFE와 연관된 상태의 양이 VFE를 통해 직접 연결되어 있는 일련의 UNI I-SID와 연관된 L2 및 L3 상태의 합이다. 이것은 통상적으로 엔드 시스템 네트워크 계층 어드레싱 및 네트워크 계층-이더넷 MAC 바인딩 둘다를 갖는 형태로 되어 있다. 통과 I-SID의 사용에 의해 VFE들 간에 상태를 분할하는 것에 의해 VFE가 UNI I-SID 및 공통의 통과 I-SID와 연관관계를 갖는 포트들에 대한 네트워크 계층 정보만을 가질 수 있다.
유사하게, L2/L3 혼합형 네트워크에의 액세스가 가상 LAN 세그먼트를 통할 필요가 없다. 물리적 LAN 세그먼트 또는 물리적 포인트-투-포인트 연결도 역시 혼합형 네트워크에 대한 유효한 연결이다. 물리적 LAN 세그먼트도 유사하게 NULL I-SID를 갖는 UNI로서 식별되는 반면, 포인트-투-포인트 연결의 경우는 UNI 포트라고 한다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 L2/L3 혼합형 네트워크의 컴포넌트들의 기능적 분해를 나타낸 것이다. 도 11에 도시된 바와 같이, L2/L3 혼합형 네트워크는 라우팅 도메인(130) 및 스위칭 도메인(150)을 포함한다. 네트워크 계층(130)은 엔드 시스템(170)과 스위칭 도메인 내의 가상 포워딩 엔티티(152) 간에 상호연결되는 네트워크 계층 포워더(132)를 포함한다.
스위칭 도메인 내에서, 가상 포워딩 엔티티(152)는 물리 UNI 포트(154), 다른 VFE(UNI I-SID)(156)에 어드레싱된 가상 LAN 세그먼트, 및 다른 VFE(통과 I-SID)(158)에 어드레싱되지 않은 가상 LAN 세그먼트에 연결되어 있다. VFE(152)가 패킷들을 네트워크 계층 포워드로 포워딩할 수 있게 하기 위해, UNI 포트(154)가 네트워크 계층 포워더(132)에 연결되어 있다. 어드레싱된 가상 LAN 세그먼트(UNI I-SID)(156)는 가상 브리지(160) 및 물리 LAN(162)과 연관되어 있으며, 패킷들이 스위칭 도메인 내에서 네트워크 계층 포워더(132)로 또는 엔드 시스템(170)으로 스위칭될 수 있게 한다. 통과 I-SID는 패킷들이 VFE와 가상 브리지(164) 사이에서 포워딩될 수 있게 한다.
라우팅 도메인 내의 노드가 라우팅 도메인을 벗어나 있는 네트워크 계층 어드레스 또는 프리픽스가 그 자체를 통해 도달될 수 있는 것으로 판정할 때, 그 노드는 네트워크 계층 정보를 링크 상태 광고에 포함시킨다. 이것은 이 정보로 구성되거나 발견 메커니즘에 의해 구성되는 것의 결과일 수 있다. 네트워크 계층 정보는 UNI I-SID, UNI 포트[엔드 시스템을 교환 도메인(switched domain)에 직접 연결시키는 유효한 수단]와 연관되거나, 네트워크 계층 포워더(network layer forwarder)(교환 도메인에 직접 연결되지 않은 엔드 시스템을 연결시키는 데에 사용됨)와 연관되어 있다.
라우팅 도메인에 의해 포괄되는 스위칭 도메인 내의 각각의 노드는 이 네트워크 계층 프리픽스를 그의 링크 상태 데이터베이스에 추가한다. 스위칭 도메인 내에 VFE를 구현하는 노드는 이 정보를 사용하여 그의 FIB를 올바르게 파퓰레이트하며, 그에 따라 패킷이 VFE에 도달할 때, VFE는 네트워크 계층 어드레스를 읽고 라우팅 도메인 내의 네트워크 계층 목적지로의 최단 경로를 통해 패킷을 계속하여 포워딩하기 위해 적절한 포워딩 동작을 결정한다.
네트워크 계층 라우팅을 링크 상태 프로토콜 제어형 이더넷 네트워크 포워딩에 연계시킴으로써, IP 경로에 필요한 유니캐스트 또는 멀티캐스트 경로에 대한 경로를 설정하기 위해 추가의 시그널링을 필요로 하지 않고, IP 서비스가 링크 상태 프로토콜 제어형 이더넷 네트워크를 통해 엔드-투-엔드로 전달될 수 있다. 이것에 의해 네트워크 계층 경로에 대해 링크 상태 프로토콜 제어형 이더넷 네트워크 지름길이 생성될 수 있으며, 그에 따라 L3 포워딩이 링크 상태 프로토콜 제어형 이더넷 네트워크 도메인을 거쳐 L2 스위칭에 집약될 수 있다.
교환 도메인에서 그리고 교환 도메인 외부의 공통의 인터페이스를 통해 다수의 네트워크 계층 프로토콜을 동시에 지원하는 것이 가능하다. 다수의 네트워크 계층 프로토콜(예를 들어, IPv4 및 IPv6)에 관한 정보가 링크 상태 라우팅 프로토콜을 통해 생성될 수 있고, VFE가 다수의 네트워크 계층을 FIB에 포함시킬 수 있으며, 그에 따라 라우팅 도메인에 의해 지원되는 네트워크 계층 상으로 수신된 임의의 패킷이 올바르게 해석될 수 있다.
상기한 기능들이 컴퓨터 판독가능 메모리에 저장되어 있고 컴퓨터 플랫폼 상의 하나 이상의 프로세서들에서 실행되는 일련의 프로그램 명령어들로서 구현될 수 있다. 그러나, 당업자에게는 본 명세서에 기술된 모든 논리가 이산적인 컴포넌트, ASIC(Application Specific Integrated Circuit)와 같은 집적 회로, FPGA(Field Programmable Gate Array) 또는 마이크로프로세서 등의 프로그램가능 논리 장치와 관련하여 사용되는 프로그램가능 논리, 상태 기계, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 임의의 다른 장치를 사용하여 구현될 수 있다는 것을 명백할 것이다. 프로그램가능 논리는 일시적으로 또는 영구적으로 판독 전용 메모리 칩, 컴퓨터 메모리, 디스크, 또는 다른 저장 매체와 같은 유형의 매체(tangible medium)에 고정되어 있을 수 있다. 모든 이러한 실시예들이 본 발명의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.
도면에 도시되고 본 명세서에 기술된 실시예들의 여러 가지 변경들 및 수정들이 본 발명의 사상 및 범위 내에서 행해질 수 있다는 것을 잘 알 것이다. 그에 따라, 이상의 설명에 포함되고 첨부 도면들에 도시된 모든 내용이 제한적인 의미가 아니라 예시적인 의미로 해석되어야 한다는 것을 잘 알 것이다. 본 발명은 이하의 청구항들 및 그에 대한 등가물들에 정의된 대로만 제한된다.

Claims (14)

  1. 혼합형 스위칭 계층(L2)/네트워크 계층(L3) 네트워크로서,
    복수의 네트워크 계층 포워더들 및 하나 이상의 스위칭 도메인들을 포함하는 라우팅 도메인
    을 포함하며,
    상기 스위칭 도메인은 가상 포워딩 엔티티(VFE : Virtual Forwarding Entity)들을 이용하여 네트워크 계층 포워더들과 엔드 시스템들을 상호연결시키고,
    상기 스위칭 도메인은 복수의 가상 LAN 세그먼트들을 구현하고, 상기 LAN 세그먼트들은 어드레싱되거나 어드레싱되지 않을 수 있으며, 상기 어드레싱된 가상 LAN 세그먼트들은 상기 VFE들을 네트워크 계층 포워더들에 또는 엔드 시스템들에 상호연결시키는 데에 이용되고, 상기 어드레싱되지 않은 가상 LAN 세그먼트들은 상기 스위칭 도메인 내의 VFE들을 상호연결시키는 데에 이용되며,
    상기 스위칭 도메인 내의 VFE들은 상기 스위칭 도메인에 의해 구현된 상기 복수의 가상 LAN 세그먼트들의 임의의 서브세트를 상호연결시키는 혼합형 L2/L3 네트워크.
  2. 제1항에 있어서, 상기 어드레싱되지 않은 가상 LAN 세그먼트들은 상호연결된 네트워크 계층 포워더들을 포함하는 관심 커뮤니티에 대한 VFE가 없는 경우에 네트워크 계층 포워더들을 다른 네트워크 계층 포워더들과 상호연결시키는 데에 더 이용되는 혼합형 L2/L3 네트워크.
  3. 제1항에 있어서, 상기 어드레싱되지 않은 가상 LAN 세그먼트들은 네트워크 계층 포워더들 및 엔드 시스템들을 포함하는 관심 커뮤니티에 대한 VFE가 없는 경우에 네트워크 계층 포워더들 및 엔드 시스템들을 상호연결시키는 데에 더 이용되는 혼합형 L2/L3 네트워크.
  4. 제1항에 있어서, 상기 네트워크는 하나의 어드레싱되지 않은 가상 LAN 세그먼트를 포함하는 혼합형 L2/L3 네트워크.
  5. 제1항에 있어서, 상기 네트워크는 복수의 어드레싱된 가상 LAN 세그먼트들을 포함하는 혼합형 L2/L3 네트워크.
  6. 제1항에 있어서, 상기 어드레싱되지 않은 가상 LAN 세그먼트는 상기 VFE들 모두의 서브세트를 상호연결시키는 혼합형 L2/L3 네트워크.
  7. 제1항에 있어서, 상기 어드레싱된 가상 LAN 세그먼트들은 가상 브리지들 또는 물리 LAN 세그먼트들을 이용하여 실현되는 혼합형 L2/L3 네트워크.
  8. 제7항에 있어서, 상기 가상 브리지들은 상기 스위칭 도메인을 상기 네트워크 계층 포워더들 중 하나와 또는 상기 엔드 시스템들 중 하나와 상호연결시키는 혼합형 L2/L3 네트워크.
  9. 제8항에 있어서, 상기 VFE들은 상기 스위칭 도메인과 상기 라우팅 도메인 간의 네트워크 계층 포워딩을 수행하는 데에 이용되는 혼합형 L2/L3 네트워크.
  10. 제9항에 있어서, 상기 스위칭 도메인은 복수의 스위칭 노드들을 포함하고, 이 스위칭 노드들 중 적어도 일부가 상기 VFE들을 구현하고, 상기 스위칭 도메인 내의 VFE들을 구현하는 노드들은 상기 네트워크 도메인 내의 경로들과 연관된 정보를 이용하여 상기 스위칭 도메인 내의 스위칭 노드 FIB들을 파퓰레이트(populate)함으로써, 패킷이 VFE에 도달하면, 상기 VFE가 상기 네트워크 계층 어드레스를 판독하여 스위칭된 경로 상의 패킷을 상기 스위칭 도메인을 통해 상기 라우팅 도메인 내의 네트워크 계층 목적지에 포워딩하기에 적절한 포워딩 동작을 결정할 수 있는 혼합형 L2/L3 네트워크.
  11. 제1항에 있어서, 상기 스위칭 도메인은 상기 스위칭 도메인 내의 노드들 상에서 포워딩 정보 베이스들에 포워딩 상태를 파퓰레이트하는 것을 제어하기 위한 링크 상태 라우팅 프로토콜을 실행하는 복수의 노드들을 포함하고, 상기 링크 상태 라우팅 프롤토콜은 상기 스위칭 도메인 내의 노드들 사이에서 네트워크 계층 어드레스들을 전송하는 데에 이용되는 혼합형 L2/L3 네트워크.
  12. 제11항에 있어서, 노드들 사이에서 네트워크 계층 어드레스들을 전송하는 것은 상기 노드들이 어느 네트워크 계층 어드레싱된 엔드 시스템들이 상기 네트워크 도메인 상의 다른 노드들 각각을 통해 도달가능한지를 학습할 수 있게 하는 혼합형 L2/L3 네트워크.
  13. 제12항에 있어서, 상기 노드들은 상기 네트워크 계층 어드레싱된 엔드 시스템들과 연관된 네트워크 계층 어드레스들을 링크 상태 데이터베이스들에 저장하고, 상기 링크 상태 데이터베이스들은 상기 L2 및 L3 네트워크 토폴로지 간의 연관관계를 결정하는 데에 이용될 수 있는 혼합형 L2/L3 네트워크.
  14. 제11항에 있어서, 상기 스위칭 도메인은 이더넷 도메인인 혼합형 L2/L3 네트워크.
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