KR20170026664A

KR20170026664A - 네트워크 프로빙

Info

Publication number: KR20170026664A
Application number: KR1020177005756A
Authority: KR
Inventors: 한스 마틴 스톡킹; 프랑크 덴 하토그
Original assignee: 코닌클리즈케 케이피엔 엔.브이.; 네덜란제 오르가니자티에 포오르 토에게파스트-나투우르베텐샤펠리즈크 온데르조에크 테엔오
Priority date: 2012-12-18
Filing date: 2013-12-17
Publication date: 2017-03-08
Also published as: US10181994B2; US20150350054A1; CN104871487B; KR20150093219A; CN104871487A; EP2936741A1; WO2014095927A1; EP2936741B1; KR101924740B1

Abstract

프로브 패킷 쌍으로 프로빙하는 네트워크 프로빙 방법을 기술하였으며, 상기 쌍은 제1 프로브 패킷(L1)과 제2 프로브 패킷(L2)을 포함하되, 여기서 L1>L2이다. L1 프로브 패킷은 L2 에 앞서 전송되며 프로브 패킷들은 최종 링크에서 백-투-백되게 배열된다. 이 방법의 사용은 프로브된 경로에서 마지막 링크의 용량을 제공한다. 상기 방법은 네트워크의 양상(aspects)을 프로브하기 위하여 네트워크에서 게이트웨이로부터 실행될 수 있으며 홈 게이트웨이 뒤의 국내(domestic) 네트워크 프로빙에 적합하다. 방법의 사용 역시 기술되었다.

Description

네트워크 프로빙{PROBING A NETWORK}

본 발명은 프로브 패킷 쌍(probe packet pair)을 사용한 네트워크 프로빙의 방법에 관한 것이다. 또한 본 발명은 네트워크를 위한 게이트웨이 및 원격 네트워크를 프로브(probe)하도록 구성된 테스트 장치에 관한 것이다.

용량에 대한 네트워크 프로빙은 일반적으로 사용할 수 있는 많은 방법 중 하나를 사용하여 수행되며, 본 발명과 가장 관련 있는 것은 가변 프로빙 사이즈(Variable Probing Size, VPS) 방법 및 프로브 갭 모델(PGM) 방법이다.

VPS 프로빙은 가변 패킷 사이즈에 대한 왕복-트립 시간 (RTT)을 측정하고 측정된 다른 RTT로부터 용량을 추론한다. VPS는 IP 생존시간(time-to-live) 파라메터를 사용하여 개별 홉(hop)을 측정한다. VPS의 주요한 하나의 단점은 프로브의 경로가 다중 네트워크 링크 또는 다중 스위치를 포함할 때 제대로 작동하지 않는다는 것이다. 이것의 한 결과는 VPS 경로 용량을 과소평가할 수 있다는 것이다. 이것을 피하는 방법은 네트워크를 파괴하고(break down) 경로를 구성하는 개별 링크에 VPS프로빙을 적용하는 것이다. 이것은 네트워크에 상기 방법을 효과적으로 적용하는데 필요한 예비지식과 개별 경우에 적용되는 방법의 복잡성을 상당히 증가시킨다. 그러나 이것조차 스위치들 또는 다른 층(layer)-2 또는 층-1 장치가 네트워크에 포함되는 경우에는 실패한다(breaks down). 국내 네트워크(domestic network)는 일반적으로 이러한 장치들을 포함한다.

PGM 프로빙은 두 개의 동일한 사이즈의 백-투-백(back-toback) 프로브 패킷을 사용한다. 두 개의 패킷을 백-투-백으로 전송함은 전송에 있어서 두 패킷 사이에 지연이 없음을 의미하며 통상의 기술자는 이것이 무엇을 의미하는지 및 이것을 달성하는 방법을 안다. 이러한 패킷들은 다양한 네트워크 링크를 가로질러 그들의 목적지로 이동하기 때문에 다양한 지연을 겪게 될 것이다.

네트워크에서 직렬화 지연은 패킷이 전송되는 매체의 대역폭으로 인해 야기되는 지연이다. 그것은 패킷을 전송하는데 필요한 시간이다. 전송 비 C(비트/s)의 링크에서 사이즈 L (비트) 패킷에 대해, 직렬화 지연은 L/C와 동일하다. 예를 들어, 10,000,000 비트/S 의 전송 비로 링크 상에서 10,000 비트의 패킷을 전송하기 위하여, 상기 패킷을 전송하는데0,001s 또는 1ms가 걸릴 것이다. 직렬화 지연은 패킷 사이즈에 좌우되고, 실제로 패킷을 전송하는데 걸리는 시간이다.

큐잉(Queuing) 지연은 크로스 트래픽 때문에 프로빙 패킷이 겪는 지연이다. 다중의 데이터 스트림들이 동일한 네트워크 링크를 통해 전송되는 경우, 그들은 네트워크 링크 상에서 일반적으로 대기(Queue)하고 버퍼링(buffer)하며 그리고 나서 한번에 하나의 패킷이 전송된다. 이것은 프로빙 패킷이 전송될 차례를 기다리면서, 일정 시간 동안 버퍼링됨을 의미할 수 있다. 이 지연을 큐잉 지연이라 한다. 이러한 큐잉 지연은 송출기(sender)자체를 포함하여, 송출기와 수신기(receiver) 사이의 경로 상의 임의의 장치에서 발생할 수 있음을 주목해야 한다. 이러한 지연은 다른 데이터 패킷들에 좌우되기 때문에, 프로빙 패킷 사이즈와는 무관하다.

전달 지연(propagation delay)은 패킷이 네트워크 링크를 물리적으로 통과하는데 소요되는 시간이고 전송에 사용되는 매체에 좌우되지만 패킷 사이즈와는 무관하다. 예를 들어, 50 m 이더넷 케이블(CAT-케이블)에서, 전달 지연은 50 m/ 177,000,000 m/s = 0,28㎲이다. 1 Gbit/s 네트워크 링크에1,500 바이트 패킷(최대 표준 이더넷 패킷 사이즈)를 입력하면 1,500*8bits/1,000,000,000 bits/s = 12 ㎲의 직렬화 지연을 야기한다. 이 예에서 전달 지연은 단지 직렬화 지연의 2.3% 이다. 따라서 패킷들이 매우 먼 거리 또는 매우 높은 네트워크 속도로 이동하지 않는다면, 네트워크 측정을 수행하는 대부분의 경우에 전달 지연은 무시할 수 있다.

고려해야 할 처리 지연도 있다. 측정을 할 수 있도록 프로브 전송자와 프로브 수신기는 프로브 패킷에 '전송 패킷' 과 '수신 패킷'에 대한 타임 스탬프를 찍는다. 그러나, 상기 패킷에 타임 스탬프를 찍는 장치의 부분은 일반적으로 장치의 소프트웨어의 어딘가에 있으며 네트워크 인터페이스 카드 자체의 일부가 아니다. 따라서, 패킷을 전송할 때, 패킷에 타임 스템프를 찍는 시간과 네트워크에서의 패킷의 실제의 전송 사이에 적은 양의 시간이 존재한다. 유사하게, 패킷의 실제 수신과 그것에 타임 스템프를 찍는 시간 사이에 적은 양의 시간이 있고, 이 적은 시간 차이를 처리 지연이라고 한다.

고려해야할 최종 지연은 프로브 응답 지연이고, 프로브 패킷의 수신기에 의해 야기되는 지연이다. 이것은 프로브를 수신하고 응답을 전송하는 데 걸리는 시간이다.

PGM으로 경로의 용량을 결정하기 위하여, 큐잉 지연은 영(0) 이어야 한다. 크로스 트래픽(cross traffic)이 확률적 특성을 가진다고 가정하면, 충분히 긴 시리즈의 프로빙 측정은 큐잉 지연이 0 (제로) 인 적어도 하나의 측정에서 산출할 것이다. 측정은 다수의 측정에서 프로브 패킷의 최소 지연을 취함으로써 식별된다. 무시할 수 없는 경우, PGM 프로브의 전달 지연은 두 프로브 패킷이 동일한 링크로 이동하기 때문에 동일할 것이다. 더욱이, 패킷이 동일 사이즈이기 때문에, 처리 지연, 프로브 응답 지연 및 직렬화 지연은 두 패킷들에 대해 또한 동일할 것이다.

다른 것은, 그러나, 각각의 네트워크 링크에 대한 직렬화 지연이다. 높은 속도의 네트워크 링크는 더 작은 직렬화 지연을 가지며, 낮은 속도의 네트워크 링크는 더 높은 직렬화 지연이 있다. 두 프로브 패킷이 다른 링크를 통해 이동하므로, 그들은 직렬화 지연에 기초하여 분산된다. 초기 분산은 프로브 송출기(sender)가 네트워크에서 패킷을 전송할 때, 제 1 링크에 의해 야기된다.

프로브 패킷이 적어도 하나의 이전에 이동한 느린 링크보다 더 빠른 네트워크 링크를 만날 때마다, 분산은 동일하게 유지된다. 그러나, 프로브 패킷이 이전에 이동한 임의의 링크보다 더 느린 네트워크 링크를 만날 때마다, 분산은 더 긴 직렬화 지연으로 인해 증가할 것이다.

수신기(receiver)에서의 두 프로브 패킷 사이의 분산의 크기는 가장 느린 네트워크 링크에 의해 결정되기 때문에, 이것은 PGM이 프로브 경로에서 병목 링크를 측정하는데 사용될 수 있고 사실 PGM은 병목 링크 만을 측정 할 수 있다는 것을 의미한다.

병목 링크에서의 용량은 다음 공식을 사용하여 결정될 수 있다:

여기서 분산(D)은 제2 패킷(TaPK2)의 도착시간에서 제1 패킷(TaPK1 )의 도착시간을 빼는(subtracting) 것에 의하여 결정된다. 그리고 나서 용량은 프로브 패킷(L)의 사이즈를 분산으로 나누어 결정할 수 있다.

PGM의 가장 진보된 다양성은, 예를 들어, Delphinanto, A. 등의l, "End-to-end available bandwidth probing in heterogeneous IP home networks", Consumer Communications and Networking Conference (CCNC), 201 1 IEEE, pp. 431-435, 9-12 January 2011」 에 기술되어 있다. 이 논문은 PGM이 또한, 속도 및 매체를 달리하는 링크로 구성된, 예를 들어, 유선 링크와 무선 링크 등으로 구성된 이종 네트워크에서 병목 링크 속도를 결정하는데 이용될 수 있음을 보여준다. 또한 이 논문은 PGM이 별도의 소스와 수신기로 수행될 수 있으나, 그러나 왕복-트립 프로브를 사용하여, 예를 들어, 핑(ping) 패킷으로 프로빙함으로써 수행 될 수 있음을 또한 보여준다. 패킷은 순방향 및 역방향에서 동일한 사이즈다.

왕복- 트립 방식에 PGM을 사용함은 많은 의미를 염두에 두어야 한다. 종종, 왕복-트립 측정을 위해 대중적인 핑, 즉 ICMP 요청 및 응답이 사용된다. ICMP 요청과 응답은 비슷한 사이즈다. 네트워크가 대칭인 경우, 즉 순방향 경로의 링크에서의 대역폭이 역방향 경로의 링크에서의 대역폭과 동일한 경우, ICMP 요청을 사용하면 결과에 영향을 미치지 않는다. 다시 말해서 결과적인 병목 용량은 원-웨이 PGM 측정에서 측정된 경우와 동일하다. 그러나, 비대칭 링크, 즉, 순방향 및 역방향 대역폭이 다른 경우에, 이것은 영향을 미친다. 비대칭 링크인 경우, 병목 링크는 한 방향에 있거나 또는 다른 방향에 있다. 실제로, 이러한 방식으로 ICMP 요청을 사용하면 네트워크가 대칭인지 또는 아닌지는 나타내지 않고, 그것은 단지 병목 링크의 용량만을 제공한다.

프로브 패킷으로 많이 사용되는 다른 것은, 소위 사용되지 않은UDP 포트로 가는 UDP 패킷이다. 이러한 UDP 패킷은 ICMP에 "도달할 수 없는 목적지 포트"라는 응답을 야기할 것이다. 일반적으로, UDP 패킷의 사이즈는 이것이 달성 가능한 최대의 정확도로 이어질 직렬화 지연의 사이즈를 최대화하기 때문에, 가능한 한 크게 선택된다. ICMP 응답은 소형-사이즈의 패킷이다.

ICMP 응답에 대한 임의의 직렬화 지연은 순방향 병목에서 프로브 패킷의 직렬화 지연보다 훨씬 작을 것이다. 오로지 극도의 비대칭 네트워크 상에서 ICMP응답의 직렬화 지연이 병목 링크 상에서 프로브 패킷의 직렬화 지연보다 클 경우에만 이것은 문제를 일으킬 수 있다. 그 결과, UDP로 프로빙하면 일반적으로 측정이 원-웨이를 사용하여 수행되었는지 또는 왕복-트립을 사용하여 수행되었는지에 상관없이, 오로지 순방향에서만 병목 링크 용량을 산출한다.

따라서 통상의 기술자는 프로브 패킷이 병목 링크에 의해 분산되기 때문에 PGM이 경로 상의 병목 링크 용량을 결정하지만, 프로빙 경로에서 다른, 비-병목 링크의 용량 측정을 허용하지 않을 것임을 알고 있다. 최근 프로빙 방법은 프로브되는 네트워크에 대해 가능한 한 많은 정보를 유도해내려고 시도하지만, 추출된 정보에는 항상 갭이 존재한다.

미국특허 US 6,795,401(B1)에는 상호 연결된 패킷 스위칭을 위한 복수의 노드를 포함하는 패킷 스위칭 네트워크의 대역폭이 측정되는 패킷 스위칭 네트워크에 대한 대역폭 측정 방법을 기술하며, 상기 방법은 다른 패킷 길이를 갖는 두 개의 테스트 패킷을 적어도 포함하는 복수의 테스트 패킷이 패킷 스위칭 네트워크에 공급되며 그래서 두 개의 테스트 패킷에서, 긴 패킷 길이를 가진 테스트 패킷과 짧은 패킷 길이를 가진 테스트 패킷이 이러한 순서로 잇따르는 절차를 포함하고, 및 각 테스트 패킷을 수신하는 수신기가 그들의 수신 완료 타이밍에서의 차이를 바탕으로 직전의 대역폭(immediately former bandwidth)을 결정하는 절차를 포함한다. 이 방법은 다음의 몇 가지 단점을 갖는다: 패킷 사이즈를 결정하기 위하여, 링크 속도를 아는 것이 요구된다. 또한, 다수의 병목 링크의 경우에 상기 방법이 항상 제대로 작동하지는 않는다.

프로빙되는 네트워크에 대해 가능한 많이 알아내야 하는 것이 문제점이다.

본 발명이 해결하려는 과제는 프로브 패킷 쌍(probe packet pair)을 사용한 효율적인 네트워크 프로빙의 방법을 제공하는데 있다.

본 발명 과제의 해결 수단은 적어도 하나의 네트워크 경로를 포함하는 네트워크 프로빙 방법에 있어서, 네트워크 경로는 프로브 패킷 쌍을 사용하는 하나 이상의 네트워크 링크를 포함하며, 상기 쌍은 제1 프로브 패킷(L1)과 제2 프로브 패킷(L2)를 포함하되, 여기서 L1>L2이며; 방법은 네트워크 경로를 통해서 L1과 L2를 전송하는 단계를 포함하되, 여기서 L1은 L2에 앞서 전송되고 L1과 L2는 네트워크 경로의 최종 링크에서 백-투-백되게 배열된 네트워크 프로빙 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 과제의 해결 수단은 적어도 하나의 네트워크 경로를 포함하는 네트워크에 대한 게이트웨이에 있어서, 네트워크 경로는 하나 이상의 링크를 포함하며, 여기서 게이트웨이는 프로브 패킷 쌍을 사용하여 네트워크에서 네트워크 경로를 프로브하도록 구성되고, 상기 프로브 쌍은 제1 프로브 패킷(L1)과 제2 프로브 패킷(L2)을 포함하되, 여기서 L1의 사이즈는 L2 사이즈보다 크며; 게이트웨이는 네트워크 경로를 통하여 L1과 L2를 전송하고 L2에 앞서 L1을 전송하고 추가로 L1과 L2가 네트워크 경로의 최종 링크에서 백-투-백 되게 배열하도록 구성된 게이트웨이를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 과제의 해결 수단은 원격 네트워크를 프로브 하도록 구성된 테스트 장치에 있어서, 적어도 하나의 네트워크 경로를 포함하고, 상기 네트워크 경로는 네트워크에 포함된 게이트웨이를 통해 액세스 할 수 있는 하나 이상의 링크를 포함하며, 테스트 장치는 프로브 패킷 쌍을 사용하여 게이트웨이를 경유하여 네트워크에서 네트워크 경로를 프로브 하도록 구성되고 프로브 쌍은 제1 프로브 패킷(L1)과 제2 프로브 패킷(L2)을 포함하며, 및 여기서 L1의 사이즈는 L2 사이즈보다 크며; 테스트 장치는 네트워크 경로를 통해서 L1과 L2를 전송하고 L2에 앞서L1을 전송하고 추가로 L1과 L2가 네트워크 경로의 최종 링크에서 백-투-백되게 배열하도록 구성된 테스트 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 과제의 해결 수단은 프로브 패킷 쌍을 사용하여 네트워크에서 네트워크 경로를 프로브 하도록 구성된 테스트 장치에 있어서, 상기 프로브 쌍은 제1 프로브 패킷(L1)과 제2 프로브 패킷(L2)을 포함하며, 및 여기서 L1의 사이즈는 L2 사이즈보다 크며; 테스트 장치는 네트워크 경로를 통해서 L1과 L2를 전송하고 L2에 앞서 L1을 전송하고 추가로 L1과 L2가 네트워크 경로의 최종 링크에서 백-투-백되게 배열하도록 구성된 테스트 장치를 제공하는데 있다.

본 발명은 프로브 패킷 쌍(probe packet pair)을 사용하여 보다 네트워크 프로빙의 방법의 효율성을 향상시키는 유리한 효과가 있다.

도 1은, 본 발명에 따른, 두 개의 프로브 패킷을 가진 프로빙을 나타내며 큰 프로브 패킷이 먼저 전송되고 프로브 패킷들은 최종 링크에서 백-투-백이다.
도 2는 본 발명에 따른 큰-패킷-우선(larger-packet-first) 프로브에서의 최종 링크를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시 예를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시 예를 나타낸다.

본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 살펴본다.

본 발명은 청구항에 기술되어 있다.

적어도 하나의 네트워크 경로를 포함하는 네트워크 프로빙에 대한 방법을 기술하였으며, 네트워크 경로는 프로브 패킷 쌍을 사용하는, 하나 이상의 네트워크 링크를 포함하고, 상기 프로브 패킷 쌍은 제1 프로브 패킷(L1) 및 제2 프로브 패킷(L2)를 포함하되, 프로브 패킷(L1)의 사이즈는 프로브 패킷(L2)의 사이즈보다 크다. 상기 방법은 네트워크 경로를 통한 L1과 L2 전송을 포함하되 여기서 L1은 L2에 앞서 전송되고 또한 L1과 L2는 네트워크 경로의 최종 링크에서 백-투-백(back-to-back) 되도록 구성된다.

이 방법은 프로브 경로에서, 그것이 병목이든 아니든 상관없이, 최종 링크(last link)의 용량을 제공하고, 따라서 프로빙되는 네트워크에 관해 더 많은 정보를 제공한다. 이것은 네트워크로부터 추출할 수 있는 정보를 근본적으로 확장한다. 통상의 기술자에게 알려진 바와 같이, 이 방법은 또한 프로브 경로에서 최종 링크의 가용 대역폭을 측정하기 위해 사용될 수 있다.

이 방법은 큐잉 지연의 영향을 최소화하기 위하여 일련의 프로브 패킷 쌍과 함께 사용할 수 있다.

프로빙은, 때로 핑으로 알려진, 예를 들어, ICMP 에코 요청을 사용하여 수행되며, 여기서 수신기에 의해 전송된 ICMP 에코 응답은 프로빙 소스에 의해 전송된 ICMP 에코 요청과 동일한 사이즈이다.

백-투-백의 조건은 해당 네트워크 링크에서 제1 프로브 패킷의 전송 후 제 2 프로브 패킷이 지연없이 네트워크 링크에서 전송되는 경우에 충족된다.

바람직한 실시 예에서 추가 프로브 쌍이 전송될 수 있으며 여기서 L2의 사이즈는 결과가 동일하거나 더 이상 변화하지 않을 때까지 추가 프로빙 쌍에서 점진적으로 감소한다. 즉, 추가 프로브 쌍이 전송되고 두개의 프로브 쌍이 동일한 결과를 생산할 때까지 L2의 사이즈가 추가 프로브 쌍에서 점진적으로 감소된다. 그 시점에서, 프로브 패킷은 최종 링크에서 백-투-백이다. 이 기술분야에 통상의 기술자는 L2는 가능한 최소 사이즈로 시작해서 두 개의 프로브 쌍이 동일한 결과를 더 이상 생산하지 않을 때까지 L2의 사이즈를 점진적으로 증가시키는 것도 가능하다는 것을 이해할 것이다. 두 개의 프로브 쌍이 동일한 결과를 산출하는 최종 패킷 사이즈는 네트워크 속도 사이의 비율이 이러한 제 2 실시 예에서의 패킷 사이즈 사이의 비율과 정확하게 일치한다. L2의 패킷 사이즈가 커지면, 패킷은 최종 링크에서 백-투-백되지 않을 것이다.

다른 실시 예에서, L2의 사이즈가 변화되는 추가 프로브 쌍을 전송하는 것은 큰-패킷-우선(larger-packet-first) 프로빙 방법을 사용하는 용량 측정의 유효성을 검증하기 위해 사용될 수 있다.

또 다른 바람직한 실시 예에서, 추가 프로브 쌍은 연속적인 측정에 대해 결과가 동일할 때까지 전송된다.

또 다른 바람직한 실시 예에서, 추가 프로브 쌍이 전송되고 결과의 최대값이 발견될 때까지 L2 의 사이즈는 그것의 최소와 최대 값 사이에서 임의의 순서로 변화된다.

특히 바람직한 실시 예에서 L1은 L2 보다 상당히 크다.

바람직하게는, 프로브 패킷(L1)의 사이즈가 프로브 패킷(L2)의 사이즈 보다 크다는 조건은 프로브 패킷(L1)의 길이가 프로브 패킷(L2)의 길이 보다 클 경우에 충족된다.

바람직한 실시 예에서 L1은 대략 네트워크 경로에서 발견된 최소의 최대 전송 단위(Maximum Transfer Unit), 또는 MTU 사이즈이다. 예를 들어, L1의 사이즈는 링크에서 사용되는 네트워크 기술의 MTU의 사이즈이며, 그것은 예컨대 이더넷 네트워크 링크에 대해서는 1500 바이트일 것이다.

특히 바람직한 실시 예에서 네트워크는 게이트웨이 장치를 포함하며 프로빙은 게이트웨이에서 수행된다. 그러나 상기 방법은 네트워크에서 임의의 다른 장치, 예를 들면 PC 또는 다른 컴퓨팅 장치에서 수행 될 수 있다.

방법은 네트워크가 소규모 네트워크일 때, 특히 그것이 예를 들어, 네트워크 경로의 완전한 프로빙, 말하자면, 3-링크 네트워크 경로를 허용할, 국내(domestic) 네트워크 또는 홈 네트워크일 때, 특히 유리하다. 전형적인 국내 네트워크는 종종 스위치를 포함하지만 최대 3-링크로 종종 제한되며, 이러한 프로빙 방법은 그러한 환경에서 특히 유용하다.

특히 유용한 실시 예에서 프로빙은 네트워크 외부에서 원격으로 제어된다.

본 발명의 방법이 실질적으로 사용될 수 있는 추가적인 방법 역시 기술된다. 이것은 방법에 따라 네트워크로, 한 쌍의 프로브(L1과 L2)를 전송하고, 그리고 나서 두 측정의 결과가 동일할 때까지 상기 제 2 프로브 패킷(L2)의 사이즈를 감소시키고 측정을 반복하는 단계를 포함한다. 프로브 패킷들(L1 및 L2)은 그 리고 나서 마지막 링크에서 백-투-백이다. 제2 프로브의 사이즈 감소는 점진적으로 이루어진다. 특히 바람직한 실시 예에서 방법은 두 개의 연속적 측정의 결과가 동일할 때까지 반복된다. 프로브 패킷들은 그리고 나서 마지막 링크에서 백-투-백이다.

본 발명의 방법이 실질적으로 사용될 수 있는 추가적인 방법 역시 기술된다. 여기서 한 쌍의 프로브(L1 과 L2)은 네트워크로 전송되며, L2의 사이즈는 결과의 최대 값이 발견될 때까지 그것의 최소와 최대값 사이에서 임의의 순서로 변화된다. 실질적으로 상기 방법의 사용은 임의의 바람직한 순서로 제2 프로브 패킷(L2)의 사이즈를 변화시키는 단계와 이러한 시리즈로 측정된 용량의 최대 값을 발견하는 단계를 포함한다.

본 발명은 적어도 하나의 네트워크 경로를 포함하는 네트워크에서 게이트웨이에서 유리하게 수행되며, 상기 네트워크 경로는 하나 이상의 네트워크 링크를 포함한다. 바람직하게는 게이트웨이는 제1 프로브 패킷(L1)과 제2 프로브 패킷(L2)을 포함하는 프로브 패킷 쌍을 사용하여 네트워크 경로를 프로브하도록 구성되되, 여기서 L1의 사이즈는 L2의 사이즈보다 크다. 게이트웨이는 네트워크 경로를 통해서 L1과 L2를 전송하도록 구성되고 L2 에 앞서 L1이 전송되고 또한 네트워크 경로의 최종 링크에서 L1과 L2가 백-투-백 되게 배열하도록 구성되어 있다.

대안적으로 방법은 게이트웨이를 통해서 원격 네트워크를 프로브하도록 구성된 테스트 장치에서 수행될 수 있다. 게이트웨이는 네트워크 내에 구성되며 네트워크 가장자리에 네트워크 경계(term)에 존재하고 일반적으로 인터넷을 통해서 액세스 가능하다. 테스트 장치는 적어도 하나의 네트워크 경로를 포함하는 네트워크를 프로브하도록 구성되고, 상기 네트워크 경로는 프로브 패킷 쌍을 사용하는 게이트웨이를 경유하는 하나 이상의 네트워크 링크를 포함하며, 상기 프로브 쌍은 제1 프로브 패킷(L1)과 제2 프로브 패킷(L2)을 포함하되, L1의 사이즈는 L2의 사이즈보다 크다. 테스트 장치는 네트워크 경로를 경유하여 L1과 L2를 전송하도록 구성되고 L2에 앞서 L1이 전송되며 또한 L1과 L2가 네트워크 경로의 최종 링크에서 백-투-백 되게 배열하도록 구성되어 있다. 테스트 장치는 서버, 또는 컴퓨터, 또는 인터넷과 연결되고 본 발명의 방법을 수행하도록 프로그램된 독립형 테스트 장치 일 수 있으며, 또는 서버, 컴퓨터 또는 분리된 장치에 설치된 소프트웨어 프로그램 일 수 있다.

대안적으로 방법은 네트워크 라우트(route)를 포함하는 네트워크에서 임의의 다른 장치에서 수행될 수 있다. 방법은, 예를 들어, 네트워크에 연결된 컴퓨터 또는 다른 컴퓨터 장치에서, 그러한 장치 상의 소프트웨어에 의해 동작될 수 있고, 또는 네트워크에 일시적으로 연결된 다른 휴대용(handheld) 장치에서 동작될 수 있다. 바람직하게 장치는 프로브 패킷 쌍을 사용하여 네트워크에서 네트워크 경로를 프로브하도록 구성되며, 프로브 쌍은 제1 프로브 패킷(L1)과 제2 프로브 패킷(L2)을 포함하되, 여기서 L1 사이즈는 L2 사이즈보다 크다. 장치는 제 1프로브 패킷 L1 및 제 2 프로브 패킷 L2를 네트워크 경로를 통해 전송하고 L2에 앞서 L1이 전송되고 또한 L1과 L2가 네트워크 경로의 최종 링크에서 백-투-백되게 배열하도록 구성되어 있다.

상기 방법의 사용은 게이트웨이 또는 인터넷에서 테스트 장치에 의하여 유리하게 수행되고 네트워크에서 게이트웨이를 경유하여 네트워크에 액세스할 수 있다. 테스트 장치는 인터넷과 연결되며 본 발명의 방법을 수행하도록 프로그램된 서버, 또는 컴퓨터, 또는 독립형 테스트 장치 일 수 있으며, 또는 서버, 컴퓨터 또는 분리된 장치에 설치된 소프트웨어 프로그램 일 수 있다.

본 발명은 사용자에게 네트워크 경로에서 마지막 링크의 용량에 관한 정보를 유도하도록 허용할 수 있다. 관찰된 용량이 특정 임계 값보다 작은 임의의(any) L2와 동일하면, 프로브 패킷들은 마지막 링크에서 백-투-백이며 관찰된 용량은 네트워크 경로에서 마지막 링크의 용량과 동일하다. 관찰된 용량이 주어진 L2에서 최대화되고 더 작은 L2 에서 다시 감소한다면, 네트워크 경로에서 마지막 링크의 용량은 최대 관찰된 용량보다 크거나 같다. 이것은 추가적인 지연 메커니즘, 예를 들어, 프로브 응답 지연, 전달 지연 및 처리 지연이 작은 L2 에 대한 분산에 무시할 수 없는 영향을 일으키는 경우이다.

본 발명은 두 개의 다르게 사이즈된 패킷을 가진 프로브를 포함하는 방법의 사용을 기술하며, 큰 패킷이 먼저 전송되며 여기서 패킷들은 마지막 링크에서 백-투-백되게 배열된다. 이것은 심지어 네트워크 경로에 관련된 스위치가 있는 경우에도, 네트워크 경로에서 특정 비-병목 링크의 측정을 허용한다.

추가 실시 예는 도면에서 기술된다.

도 1은, 본 발명에 따른, 두 개의 프로브 패킷을 가진 프로빙을 나타내며, 여기서 큰 프로브 패킷이 먼저 전송되고 프로브 패킷들은 최종 링크에서 백-투-백이다. 통상의 기술자에게 알려진 바와 같이, 시간은 하방으로 진행하는 것으로 도시되고, 링킹 구조(linking structures)는 장치 사이의 시그널링을 나타낸다. 두 개의 프로브 패킷 중 큰 것은 PK1이고 두 개의 프로브 패킷 중 작은 것은 PK2이다. 도시된 바와 같이, 먼저 전송된 큰 패킷으로 프로빙하면 항상 제1 프로브 패킷을 따라잡는 제2 프로브 패킷을 초래한다. 패킷들은 훨씬 더 빠른 네트워크 링크가 느린 네트워크 링크를 뒤따른다면 다소 분산할 수 있다. 이러한 경우 네트워크 디바이스(2)와 프로브 패킷의 수신기(receiver) 사이의 링크를 나타내는 오른쪽 링크는 네트워크 장치(1)와 네트워크 장치(2) 사이의 네트워크 링크를 나타내는 이전의 링크보다 훨씬 더 빠른 네트워크 링크이다. 이러한 분산은 더 나중의(later) 네트워크 링크에서는 사라질 수 있다.

본 발명의 실시 예에서 제2 패킷이 제1 패킷보다 작은 사이즈를 가지는 두 개의 프로빙 패킷은 네트워크 경로로 전송된다. 패킷은 도 1에서 보는 바와 같이 네트워크 경로를 통해 백-투-백으로 전송될 수 있지만, 이러한 패킷 사이에 일부 크로스 트래픽이 있을 수 있다. 제2 패킷이 네트워크에서 다른 링크로 이동하는 시간이 적게 걸리는 것을 알 수 있다. 이것은 그것이 더 낮은 직렬화 지연을 겪기 때문이다. 따라서, 제2 패킷은 이동하는 동안 제1 패킷 바로 뒤에 있다. 패킷들이 분산되면, 제2 패킷은 결국 마지막 링크에서 백-투-백 되게 제1 패킷을 따라 잡는다. 이것은 도 1에 그래픽으로 도시되어 있다.

제2 패킷이 제1 및 더 큰 패킷과 최종 링크에서 백-투-백 하면, 상기 방법은 최종 링크의 용량에 관한 정보의 결정을 허용한다. 획득할 수 있는 최소한의 정보는 병목 링크가 알려진 경우에는, 예를 들어, 정규 PGM 측정을 먼저 수행함으로써, 최종 링크가 병목 링크보다 빠른지 또는 그렇지 않은지의 여부이다. 획득할 수 있는 최대 정보는 최종 링크의 용량 또는 용량의 하부 경계(lower boundry)이다.

프로빙은 예를 들어 ICMP 에코 요청을 사용하여 이루어지며, 수신기에 의해 전송된 ICMP 에코 응답은 프로빙 소스에 의해 전송된 ICMP 에코 요청과 동일한 사이즈이다. 정규 PGM에서, 백-투-백으로 전송된 두 개의 동일한 사이즈의 패킷 때문에, 두 프로브 패킷의 도달 시간 사이의 분산은 병목 링크에 의해 야기된다. 이 새로운 프로빙 방법에서 제 2 프로브 패킷이 제1 프로브 패킷보다 작기 때문에 분산은 주로, 그리고 최상의 경우에 마지막 링크에서 완전히 결정되는 것을 발견했다.

본 발명의 특히 유리한 사용에서 많은 프로브가 사용되고 프로브 수의 최소 분산이 결정된다. 이것이 크로스 트래픽의 효과를 설명해준다.

도 2는 본 발명에 따른 큰-패킷-우선(larger-packet-first) 프로브에서 마지막 링크를 나타낸다. 여기서, 제2 프로브 패킷은 제1 프로브 패킷이 도착하는 즉시 마지막 링크에서 출발할 것이다. 즉 그들은 마지막 링크에서 백-투-백이다. 제1 패킷의 도착시간(Ta_PK1), 및 제2 패킷의 도착시간(Ta_PK2)은 둘 다 기록된다. 제2 패킷이 제1 패킷과 백-투-백임으로, 최종 링크로부터의 제1 패킷의 도착시간은 최종 링크에서 제2 패킷의 출발 시간이다. 우리가 이 최종 링크에서 제1 패킷의 전달 지연은 모든 실용적인 목적을 위해 무시할 수 있는 것으로 가정을 하고, 및 우리가 또한 소스에서 패킷 수신 및 패킷 타임 스템핑 사이의 처리 지연이 동일하거나 또는 두 프로브 패킷에 대해 그 차이를 무시할 수 있는 것으로 가정할 경우에 최종 링크의 용량은:

이며,

여기서 L2는 제2 프로브 패킷 사이즈이다. 제1 패킷은 단지 최종 링크에서 제2패킷을 지연시키기 위해서만 사용되기 때문에, 이 수식에서 제1 패킷의 사이즈(L1)는 사용되지 않는다. 이 방법은 소스와 수신기 사이 경로에 있는 링크 수와 무관하게 사용될 수 있다. 더 많은 링크들이 제1 및 제2 프로브 패킷 사이에 들어오는 크로스 트래픽을 참작해야 할 수도 있지만, 제2 패킷이 제시간에 제1 패킷을 따라 잡을 기회를 가지는 한 이것은 문제가 없다.

ICMP 에코 요청을 사용하는 경우, 이 큰-패킷-우선 방법은 프로브의 소스에 가장 가까운 링크의 하류(downstream) 용량을 측정하는데 사용될 수 있다. 동일한 방법이 사용하지 않는 UDP 포트(port)로 가는 UDP 프로브 패킷을 사용하여 수행 될 수 있다. UDP 프로브 패킷으로 PGM 방법을 사용하는 경우, 프로브 응답들이(ICMP 형태로 도달할 수 없는 목적지 포트 패킷) 너무 작아서 그것들은 복귀 경로에서 거의 어떠한 지연도 겪지 않는 것으로 간주된다. 이러한 프로브 응답들의 도착 시간들 사이의 차이는 프로브의 수신기에서 프로브 패킷들의 도착 시간에서의 차이와 동일하다. UDP 프로브를 사용하면, 큰-패킷-우선 방법은 프로브 수신기로 가는 경로에서 최종 링크의 업스트림(upstream) 용량을 측정할 수 있게 허용한다. 이것은 제 1 및 제 2 프로브 패킷이 경로 상의 최종 링크에서 백-투-백으로 전송될 것을 요구한다. 왕복-트립 측정을 위해 UDP 패킷을 사용함으로써, 프로브 응답 패킷은 실제 프로브 패킷과는 다른 사이즈이기 때문에 사실상 수신기 전의 마지막 링크가 용량이 유도되는 최종 링크이다. 따라서 수신기에서 소스로 되돌아 가는 경로는 프로브 패킷에 의하여 프로브될 경로의 일부(part)로 고려될 수 없다. 프로브 응답 패킷들은 매우 작은 사이즈이기 때문에, 이러한 프로브 응답 패킷들의 작은 사이즈로 인해 추가적인 분산이 발생하지 않을 것이기 때문에, 측정은 여전히 소스에서 프로브 응답 패킷들의 도달 시간에 기초할(따라서 왕복-트립 이동 후) 수 있다. 동일한 결과(프로브 수신기로 가는 경로에서 최종 링크의 용량에 관한 정보)는 원-웨이(one-way) 측정에 임의의 형태의 프로브 패킷(UDP, TCP, ICMP, ...)을 사용할 때 얻게 된다.

도 3은 알려진 큰-패킷-우선 방법으로 프로빙할 때, 항상 두 개의 프로브 패킷이 최종 링크에서 백-투-백하지는 않는 경우를 나타내는 발명의 실시 예를 보여준다. 도 3은 제1 링크가 비교적 빠른, 즉 100Mbps이고, 제2 링크는 비교적 느린, 즉 10 Mbps이면, 두 프로브는 최종 링크에서 백-투-백 되지 않을 수 있음을 보여준다. 이것은 두 네트워크 속도 사이의 비율(rate)과 두 프로브 패킷 사이즈 사이의 비율에 달려있다. 두 네트워크 속도 사이의 비율(rate)이 두 프로브 패킷 사이즈 사이의 비율과 동일하거나 작을 경우, 패킷은 최종 링크에서 백-투-백할 것이다.

그러나, 도 3에 도시된:

경우에

C1은 최종 링크의 속도이고 C2는, 이 경우에, 최종 링크에 대한 제2의 속도이다. 예에서, 두 네트워크 속도 사이의 비율은 100:10 또는 10:1 이다. 두 패킷 사이즈 사이의 비율은 10,000:9,000 또는 10:9이다. 두 네트워크 속도 사이의 비율은 두 패킷 사이즈 사이의 비율과 동일하지 않거나 보다 작지 않으며, 따라서 패킷은 최종 링크에서 백-투-백하지 않는다.

일반적으로, 최종 링크가 병목 링크일 경우, 프로브 패킷은 비록 그들이 동일한 사이즈 일 경우에도 백-투-백할 것이다. 최종 링크가 병목 링크가 아닐 경우, 더 작은 사이즈의 제2 프로브 패킷을 가지면, 프로브 패킷과 네트워크 속도의 비율에 따라, 그것이(제2 프로브 패킷) 제1 프로브 패킷을 따라잡게 할 수 있다. 다행히도, 프로브 패킷이 최종 링크에서 백-투-백인지 여부를 테스트 할 수 있다.

따라서, 본 발명의 방법을 사용할 때, 네트워크 속도의 비율이 패킷 사이즈의 비율과 동일하거나 또는 보다 작은 경우, 패킷은 백-투-백이다. 미리 네트워크 속도를 알 필요는 없음을 유념해야 한다. 측정 결과 자체는 프로브 패킷의 사이즈와 무관하다. 두 패킷 사이즈 사이 비율을 변화할 때, 측정 결과는 다른 경우에 패킷들이 최종 링크에서 백-투-백이면 동일하게 유지될 것이다. 따라서, 패킷 사이즈의 두 개의 다른 비율로 측정을 실시하고, 두 비율이 네트워크 속도의 비율보다 크면, 두 측정의 결과는 매우 거의 동일할 것이다. 결과가 동일하다는 사실은, 두 경우에 두 프로브 패킷이 최종 링크에서 백-투-백임을 증명한다. 관찰된 용량이 주어진 L2에서 최대가 되고 더 작은 L2에서 다시 감소할 경우, 네트워크 경로에서 최종 링크의 용량은 최대 관찰된 용량보다 크거나 동일하다. 이것은 추가적인 지연 메카니즘(프로브 응답 지연, 전달 지연, 및 처리 지연)이 작은 L2에 대한 분산에 무시할 수 없는 영향을 야기하는 경우이다.

도 4는 도면으로 테스트를 보여준다. 수평 축은 L2와 L1 사이의 비율을 나타내고 수직축은 측정된 용량을 나타낸다. L1은 고정된 길이이고, 일반적으로 네트워크 상에서 최대 패킷 사이즈(MTU)이다. 도면에는 3 개의 마크된 점이 있다. 점 A는 가능한 한 작은 L2를 표시하는 점이다. 예로써, ICMP 요청에서 이것은 노 데이터 비트(no data bits)를 포함하는 요청이다. 점 C는 L2가 L1과 동일한 사이즈 일 때이다. 그런 경우에는, 정상적인(regular) PGM이 수행되고, 따라서 통상의 기술자에 의해 알려진 바와 같이, 병목 링크가 측정된다. 점 B는 네트워크 속도 사이의 비율이 패킷 사이즈 사이의 비율과 정확하게 동일한 포인트를 표시한다.

테스트는 두 개 이상의 측정이 표시된 A와 B 사이에서 수행되는 그러한 방식으로 사이즈 L2를 변화시키는 단계를 포함한다. L2의 사이즈는 다를 것이지만, 결과가 거의 동일할 것이고 따라서 패킷은 최종 링크에서 백-투-백 된다. 최종 링크가 병목 링크인 경우, 점 B는 점 C에 병합되고, 다시 말해서 최종 링크 용량은 병목 링크로 측정된다. 어떠한 측정도 수행할 수 없을 가능성, 즉 점 B도 또한 점 A로 병합될 수도 있음을 유념해야 한다. 패킷 사이즈(L2/L1) 사이의 비율은 무한히 작을 수 없으며, 즉, 정상적인 이더넷 네트워크에서 이 비율은 최소일 때 약 0.04 일 수 있다. 이것은 L2가 최소 사이즈를 갖기 때문이다. 이론적으로는 그것은 1 비트이다. 실제로 이는 주어진 링크에서 최소 허용 패킷 사이즈이고, 예를 들면, 이더넷에서 64바이트이다. 예를 들어 10Mbit/s와 1Gbit/s 의 두 네트워크 속도가 있다면 이 비율은 최소일 때 0.01 일 수 있고, 따라서 어떠한 측정도 수행될 수 없다. 이 경우에 두 측정을 수행하고 동일한 결과를 갖는 것이 불가능하기 때문에, 테스트는 이점을 고려한다.

또한 프로브 패킷 사이즈의 증가와 더불어 전형적으로 프로빙의 정확성이 증가함을 유념해야 한다. 패킷 사이즈가 클수록, 측정할 수 있는 직렬화 지연이 커진다. 또한, 직렬화 지연이 커질수록, 다른 지연 또는 지연 차이를 점점 더 무시할 수 있다. 따라서, 궁극적인 측정 포인트는 사실상로 B로 표시된 포인트이다.

Claims

적어도 하나의 네트워크 경로를 포함하는 네트워크 프로빙 방법에 있어서,
네트워크 경로는 프로브 패킷 쌍을 사용하는 하나 이상의 네트워크 링크를 포함하며, 상기 쌍은 제1 프로브 패킷(L1)과 제2 프로브 패킷(L2)를 포함하되, 여기서 L1>L2이며;
방법은 네트워크 경로를 통해서 L1과 L2를 전송하는 단계를 포함하되, 상기 L1은 L2에 앞서 전송되고 L1과 L2는 네트워크 경로의 최종 링크에서 백-투-백 되게 배열된 네트워크 프로빙 방법.
제1항에 있어서,
백-투-백 조건은 해당 네트워크 링크에 제1 프로브 패킷의 전송 후 제2 프로브 패킷이 지연없이 네트워크 링크로 전송되는 경우에 충족되는 네트워크 프로빙 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
추가 프로브 쌍이 전송되고 여기서 두 개의 프로브 쌍이 동일한 결과를 생산할 때까지 L2의 사이즈는 추가 프로브 쌍에서 점진적으로 감소되는 네트워크 프로빙 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
결과가 연속적 측정에 대해 동일할 때까지 추가 프로브 쌍이 전송되는 네트워크 프로빙 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
추가 프로브 쌍이 전송되고 여기서 L2의 사이즈는 결과의 최대 값이 발견될 때까지 임의의 순서로 그것의 최소와 최대 값 사이에서 변화되는 네트워크 프로빙 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
L1 은 L2 보다 상당히 큰 네트워크 프로빙 방법.
제1항에 있어서,
길이 L1 >길이 L2 일 경우 조건 L1 > L2 가 충족되는 네트워크 프로빙 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
L1 은 네트워크 경로에서 발견된 대략 가장 작은 MTU 사이즈인 네트워크 프로빙 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
네트워크는 게이트웨이 장치를 포함하고 프로빙은 게이트웨이에서 수행되는 네트워크 프로빙 방법.
제9항에 있어서,
프로빙은 네트워크 외부에서 원격으로 제어되는 네트워크 프로빙 방법.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
네트워크는 홈 네트워크인 네트워크 프로빙 방법.
적어도 하나의 네트워크 경로를 포함하는 네트워크에 대한 게이트웨이에 있어서,
네트워크 경로는 하나 이상의 링크를 포함하며, 여기서 게이트웨이는 프로브 패킷 쌍을 사용하여 네트워크에서 네트워크 경로를 프로브하도록 구성되고, 상기 프로브 쌍은 제1 프로브 패킷(L1)과 제2 프로브 패킷(L2)을 포함하되, 여기서 L1의 사이즈는 L2 사이즈보다 크며; 게이트웨이는 네트워크 경로를 통하여 L1과 L2를 전송하고 L2에 앞서 L1을 전송하고 추가로 L1과 L2가 네트워크 경로의 최종 링크에서 백-투-백되게 배열하도록 구성된 게이트웨이.
원격 네트워크를 프로브 하도록 구성된 테스트 장치에 있어서, 적어도 하나의 네트워크 경로를 포함하고, 상기 네트워크 경로는 네트워크에 포함된 게이트웨이를 통해 액세스 할 수 있는 하나 이상의 링크를 포함하며, 테스트 장치는 프로브 패킷 쌍을 사용하여 게이트웨이를 경유하여 네트워크에서 네트워크 경로를 프로브 하도록 구성되고 프로브 쌍은 제1 프로브 패킷(L1)과 제2 프로브 패킷(L2)을 포함하며, 및 여기서 L1의 사이즈는 L2 사이즈보다 크며; 테스트 장치는 네트워크 경로를 통해서 L1과 L2를 전송하고L2에 앞서L1을 전송하고 추가로 L1과 L2가 네트워크 경로의 최종 링크에서 백-투-백되게 배열하도록 구성된 테스트 장치.
프로브 패킷 쌍을 사용하여 네트워크에서 네트워크 경로를 프로브 하도록 구성된 테스트 장치에 있어서, 상기 프로브 쌍은 제1 프로브 패킷(L1)과 제2 프로브 패킷(L2)을 포함하며, 및 여기서 L1의 사이즈는 L2 사이즈보다 크며; 테스트 장치는 네트워크 경로를 통해서 L1과 L2를 전송하고 L2에 앞서 L1을 전송하고 추가로 L1과 L2가 네트워크 경로의 최종 링크에서 백-투-백되게 배열하도록 구성된 테스트 장치.