KR20180013573A - 중앙 집중형 네트워크 컨트롤러의 제어에 의한 혼잡 회피 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 네트워크 혼잡 회피 방법으로, 과부하 플로우를 전송하는 라우팅 경로의 트래픽량을 모니터링하는 단계와, 상기 모니터링된 트래픽 량에 따라 상기 라우팅 경로 상태를 설정하는 단계와, 상기 과부하 플로우를 상기 라우팅 경로에 전송하는 스위치 및 상기 과부하 플로우를 전송하는 소스 네트워크 장비와 연결되는 에지 스위치에 상기 라우팅 경로의 상태 정보 및 혼잡 회피를 위한 혼잡 우회 경로 정보 중 적어도 하나를 상기 라우팅 경로 상태에 따라 선택적으로 전송하는 단계를 포함한다.

Description

중앙 집중형 네트워크 컨트롤러의 제어에 의한 혼잡 회피 방법{Method for Avoiding Network Congestion by Centralized Network Controller}
본 발명은 통신 네트워크 기술에 관한 것으로, 특히 통신 네트워크에서의 혼잡을 회피하기 위한 방법에 관한 것이다.
인터넷 사용자의 지속적인 증가는 인터넷 트래픽의 특성을 보다 복잡하게 만드는 다양한 응용 프로그램의 등장 및 대용량 데이터, 과부하 트래픽을 유발하는 고용량 파일을 전송하는 서비스로 인해 네트워크 트래픽의 대규모화를 야기시키고 있다.
이런 현상으로 인해 실제 네트워크 트래픽은 엘레펀트(elephant) 플로우와 마이스(mice) 플로우와 같이 다양한 종류의 트래픽들이 공존하고 있다. 전체 네트워크 대역의 일부분을 홀로 특정 시간 동안 점유하고 있는 현상을 발생시키는 요인이 되는 엘레펀트 플로우는 극도로 많은 바이트 수를 가지고 있는 네트워크 플로우를 가리킨다. 이 엘레펀트 플로우들을 구성하고 있는 플로우 개수는 전체 플로우 수 중에 소수에 불과하지만 네트워크 대역을 차지하는 비율이 높은 특성을 가지고 있어서 관리해야 할 네트워크 트래픽 요소 중 하나이다.
한편, 네트워크 혼잡 회피를 중앙의 제어 장치에서 수행하게 되면, 제어 트래픽으로 인한 제어 장치에서의 부하가 증가될 수 있다.
본 발명은 대규모 네트워크망 자원을 중앙 집중적으로 제어하는 컨트롤러에 의해 트래픽 특성에 따라 분류된 플로우별로 차별화된 동적 경로 제어를 수행하여 네트워크 자원 사용률을 향상시키는 정책 기반 네트워킹 운용 시스템을 구축한다.
또한, 본 발명은 컨트롤러에 집중되는 제어 트래픽으로 인한 컨트롤러의 부하를 감소시키면서 전체 네트워크의 균형적인 트래픽 부하 분산을 지원하기 위한 방안으로서 컨트롤러와의 제어 인터랙션을 최소화하면서 전체 대역 공유의 불균형을 유발하는 과부하 플로우로 인한 혼잡상황을 회피하는 방법을 제안한다.
본 발명은 네트워크 혼잡 회피 방법으로, 과부하 플로우를 전송하는 라우팅 경로의 트래픽량을 모니터링하는 단계와, 상기 모니터링된 트래픽 량에 따라 상기 라우팅 경로 상태를 설정하는 단계와, 상기 과부하 플로우를 상기 라우팅 경로에 전송하는 스위치 및 상기 과부하 플로우를 전송하는 소스 네트워크 장비와 연결되는 에지 스위치에 상기 라우팅 경로의 상태 정보 및 혼잡 회피를 위한 혼잡 우회 경로 정보 중 적어도 하나를 상기 라우팅 경로 상태에 따라 선택적으로 전송하는 단계를 포함한다.
컨트롤러가 중앙 집중적으로 제어하는 대규모 네트워크 자원에 대해서 2단계 트래픽 측정(traffic metering)에 의한 경로 트래픽 상태(path traffic status)(혼잡 예측 상태(congestion prediction status), 혼잡 상태(congestion status))에 따라 해당 스위치들이 과부하 트래픽(heavy load-traffic)에 의한 혼잡상황을 회피할 수 있는 메커니즘을 고안함으로써, 트래픽 특성에 따라 분류된 플로우(flow) 별로 차별화된 동적 경로제어를 수행하는 정책기반 네트워킹 운용 시스템의 제어 부하를 최소화하여 시스템 구축을 용이하게 해주고 네트워크 자원 사용률을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 혼잡 회피 방법을 제공하는 중앙 집중형 네트워크 컨트롤러를 포함하는 네트워크의 구성도의 일 예이다.
도 2는 본 발명에 따른 2단계 트래픽 측정(traffic metering)과 트래픽 상태(traffic status)에 따른 혼잡상황 회피 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 중앙 집중형 네트워크 컨트롤러의 제어에 의한 혼잡 회피 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 본 발명에 따라 제어 컨트롤러가 이 측정 테이블(Metering table)의 상태정보에 의해 혼잡 예측 상태(congestion prediction status)로 판단하게 되는 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따라 제어 컨트롤러가 이 측정 테이블(Metering table)의 상태정보에 의해 혼잡 예측 상태(congestion prediction status)로 판단한 후, 고속 우회 경로를 제공하기 위해 해당 스위치들로 전달된 포워딩 룰 테이블 정보를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 바람직한 실시 예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 기술하기로 한다.
본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명 실시 예들의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
명세서 전반에 걸쳐 사용되는 용어들은 본 발명 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 사용자 또는 운용자의 의도, 관례 등에 따라 충분히 변형될 수 있는 사항이므로, 이 용어들의 정의는 본 발명의 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
중앙 집중형 제어 컨트롤러에 의한 정책기반 네트워킹 운용 시스템의 구축에 있어서, 트래픽 특성에 따라 분류된 플로우(flow)별로 네트워크 자원 사용량에 따른 링크 비용(link cost)을 적용한 동적인 경로제어 및 다중경로 제어를 수행하고, 네트워크 혼잡 예측 시에 미리 보호 백업 경로(protection backup path)를 설정하여 우회경로를 제공하면서 혼잡 회피를 위한 트래픽 측정(traffic metering)을 소스 에지 스위치(source Edge Switch)에 설정함으로써, 정적인 경로제어 방식으로 인한 네트워크 자원 사용의 불균형 문제 뿐만 아니라 과부하 플로우(heavy load flow)로 인해 빈번하게 발생할 수 있는 네트워크 혼잡상황을 최소한의 컨트롤러 제어에 의해 해소하여 트래픽 부하를 분산시키고자 한다.
본 발명의 중앙 집중형 네트워크 컨트롤러는 2단계 트래픽 측정(traffic metering) 메커니즘을 이용하여 과부하 플로우(heavy load flow)에 의한 네트워크 혼잡을 예측하여 사전에 우회경로를 제공하고 혼잡 회피 시점을 체크하기 위한 트래픽 측정(traffic metering)을 소스 에지 스위치(source Edge Switch)에 지원함으로써 발생될 혼잡상황을 재빠르게 회피하고자 한다. 과부하 플로우(heavy load flow)의 전송경로 상에 전달되는 트래픽량이 2단계로 구분된 단계별 기준 임계값 이상으로 도달되었음을 알리는 측정 이벤트(Metering Event)가 발생하면, 본 발명의 중앙 집중형 네트워크 컨트롤러는 그 측정 이벤트(Metering Event)에 따라 해당 스위치의 트래픽 상태(traffic status) 정보를 갱신하게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 혼잡 회피 방법을 제공하는 중앙 집중형 네트워크 컨트롤러를 포함하는 네트워크의 구성도의 일 예이다.
도 1을 참조하면, 1단계 기준 임계값 이상의 트래픽이 발생한 경우에는 혼잡 예측 상태(congestion prediction status)로 인지하게 되어, 혼잡 우회 루트(congestion detouring route)를 위한 포워딩 룰(forwarding rule) 정보가 중앙 집중형 네트워크 컨트롤러(이하 '컨트롤러'로 기재함)(100)에 의해 해당 스위치들(20-1, 20-2, ..., 20-7)로 전달된다. 또한, 혼잡 예측 상태(congestion prediction status)에서 추가로 발생하는 트래픽에 의한 혼잡 예상 시점을 알리는 트래픽 측정(traffic metering)을 소스 에지 스위치(source Edge Switch)(20-2)에 설정하여 해당 시점 이후에는 보호 백업 경로(protection backup path)로 발생 트래픽이 전송되도록 하여 혼잡 상황의 발생을 회피할 수 있게 한다.
혼잡 예측 상태(congestion prediction status)로 판단하여 해당 스위치들에 설치되는 혼잡 우회 루트(congestion detouring route)는 보호 백업 경로(protection backup path)와 백워드 우회 경로(backward detouring path) 및 최소 비용 우회 경로(minimum cost Detouring Path) 정보를 모두 포함한다.
그리고, 2단계 기준 임계값 이상의 트래픽이 발생한 경우, 컨트롤러(100)는 혼잡 상태(congestion status)로 판단하게 되어 해당 스위치의 트래픽 상태(traffic status)를 혼잡 상태(congestion status)로 갱신함과 동시에 소스 에지 스위치(source Edge Switch)(20-2)에게 현재 경로(current path)가 혼잡 상황임을 알려주면, 해당 스위치는 인지된 혼잡상황을 벗어나고자 트래픽을 백워드 경로(Backward Path)나 최소 비용 우회 경로(minimum cost Detouring Path)로 우회시키게 되고, 소스 에지 스위치(source Edge Switch)(20-2)에서는 추가로 발생되는 동일한 트래픽을 혼잡상태로 인지된 경로가 아닌 보호 백업 경로(protection backup path)로 우회해서 전달하게 된다. 혼잡상태로 판단된 경로 상의 링크 트래픽이 2단계 기준 임계값 미만으로 감소되어 혼잡상태에서 벗어났음을 인지하게 되면, 본 발명의 제어 컨트롤러는 해당 스위치의 트래픽 상태(traffic status)를 혼잡 상태(congestion status)에서 혼잡 예측 상태(congestion prediction status)로 변경시키고 소스 에지 스위치(source Edge Switch))(20-2)에게 혼잡상황을 벗어나서 경로상의 네트워크 자원 사용이 가능함을 알림으로써, 추가로 발생되는 해당 플로우(flow)들은 혼잡 우회 경로(congestion detouring path)가 아닌 포워딩 경로(forwarding path)로 전송되도록 한다.
소스 에지 스위치(source Edge Switch)(20-2)는 컨트롤러(100)와의 제어 인터랙션 없이 컨트롤러(20-2)에 의해 갱신된 트래픽 상태(traffic status)에 의해 현재 경로(current path)의 상황을 인지하게 됨으로, 혼잡상황에서는 보호 백업 경로(protection backup path)로 트래픽을 우회시키다가 혼잡상태가 아님을 인지하게 된다면 그 이후에 발생되는 동일한 플로우(flow)들을 기존의 동작 경로(working path)로 전달할 수 있게 된다.
본 발명은 이러한 트래픽 처리과정에서의 2단계 트래픽 측정(traffic metering) 과 트래픽 상태(traffic status) 에 따른 혼잡상황 회피 메커니즘에 의해, 컨트롤러와의 제어 인터랙션을 최소화하면서 과부하 플로우(heavy-load flow)에 의한 트래픽 혼잡을 예방하고자 한다.
도 2는 본 발명에 따른 2단계 트래픽 측정(traffic metering)과 트래픽 상태(traffic status)에 따른 혼잡상황 회피 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 2단계 트래픽 측정(traffic metering)에서는 측정 테이블(Meter Table)에 설정된 기준 임계값을 초과한 플로우(flow)들의 DSCP값을 설정된 precedence level 만큼 증가시켜서 remark 작업을 수행하므로 표기되는 DSCP값에 의해 해당 스위치의 트래픽 상태(traffic status)를 판단하게 되는데, 이 측정 이벤트(Metering Event)를 컨트롤러에 알리면 제어 컨트롤러는 변동되는 이 측정 이벤트(Metering Event)에 따라 스위치들로 전달하는 포워딩 룰(forwarding rule)을 통해 해당 스위치의 트래픽 상태(traffic status) 정보를 갱신시킨다. 이처럼 제어 컨트롤러에 의해 해당 플로우(flow)에 대한 현재 경로(current path) 상의 스위치의 트래픽 상태(traffic status) 및 소스 에지 스위치(source Edge Switch)의 트래픽 상태(traffic status)를 갱신함과 동시에, 사용중인 경로 상에 추가로 발생될 트래픽에 의한 혼잡예상 시점을 소스 에지 스위치(source Edge Switch)에 알리기 위해 현재의 측정 카운트(metering counts) 값에 혼잡을 야기시킬 추가 트래픽량의 한계치를 더한 traffic rate의 트래픽 측정(traffic metering)을 설정함으로써, 해당 시점 이후에 발생된 트래픽을 보호 백업 경로(protection backup path)로 우회시켜서 예상된 혼잡상황을 회피할 수 있다.
또한, 컨트롤러(100)는 특정시간 동안 장기간 발생되는 많은 바이트 수를 가진 트래픽과 단기간에 짧게 발생되는 트래픽으로 구분하기 위해서 에지 스위치(Edge Switch)에서 이를 분류하는 Traffic Differentiation 기능을 지원한다. 이렇게 분류된 트래픽에 대해 가용 네트워크 자원량에 따른 링크 비용(link cost)을 적용한 다중 경로 제어를 동적으로 수행하는 Dynamic Network-aware Multipath Routing 기능과, 혼잡 예측 상태(congestion prediction status)에 미리 보호 백업 경로(protection backup path)와 우회 경로(detouring path)를 설정하고 혼잡 상태(congestion status) 직전에 포워딩 경로(forwarding path)를 보호 백업 경로(protection backup path)로 변경하여 예상 혼잡을 회피하거나 혼잡 상태(congestion status)에 재빠르게 혼잡 우회경로로 우회하는 고속 혼잡 우회(Fast Congestion Detouring) 기능을 지원함으로써, 본 발명의 제어 컨트롤러는 측정 이벤트(Metering Event)에 의해 인지한 경로 트래픽 상태(path traffic status)에 따라 혼잡상황을 고려하면서 해당 플로우(flow)의 포워딩 경로(forwarding path)를 동적으로 결정한다. 이 Dynamic Network-aware Multipath Routing 기능과 Fast Congestion Detouring 기능은 제어 컨트롤러의 관리 대상인 device들간 링크 정보를 관리하고 해당 플로우(flow)의 결정된 포워딩 경로(forwarding path)에 의한 플로우 규칙(flow rule) 정보를 해당 스위치들로 설치하며 네트워크에 흐르는 현재 트래픽 통계정보를 주기적으로 모니터링하는 Basic Core Control의 기본 기능과 연동되어 제공된다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 중앙 집중형 네트워크 컨트롤러의 제어에 의한 혼잡 회피 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명은 과부하 플로우(heavy load flow)로 인해 빈번하게 야기될 수 있는 혼잡상황을 회피할 수 있는 지능적인 정책기반 트래픽 제어 기능을 지원하고자, 트래픽 특성에 따라 분류된 집합 플로우(aggregation flow) 그룹(S310)별로 네트워크 자원 사용량에 따른 링크 비용(link cost)를 적용한 동적인 경로제어 및 다중경로 제어를 수행(S320)하고, 분류된 과부하 플로우 그룹(heavy load flow group)으로 인한 네트워크 혼잡 시 보호 백업 경로(protection backup path)를 사용하여 우회경로를 제공한다(S330, S340, S350). 최소한의 컨트롤러 제어에 의해 네트워크 혼잡상황을 회피하면서 트래픽 부하를 분산시키기 위해, 2단계 트래픽 측정(traffic metering)에 의한 변경상태 이벤트를 수신하는 제어 컨트롤러에 의해 스위치들의 최신 트래픽 상태(traffic status) 정보를 갱신시키면서 해당 트래픽 상태(traffic status) 정보를 소스 에지 스위치(source Edge Switch)에게 전달함으로써 컨트롤러의 개입없이 현재 경로에 대한 트래픽 상태(traffic status)에 따라 해당 플로우(flow)의 포워딩 경로(forwarding path)가 결정될 수 있게 한다.
본 발명의 지능적인 정책기반 트래픽 제어 기능은 과부하 플로우(heavy load flow)의 경로 상태 모니터링(path status monitoring) 단계에서 발생 트래픽량이 어떤 기준 임계값 이상으로 발생했는지 여부에 따라 혼잡 예측 상태(congestion prediction status)나 혼잡 상태(congestion status)로 인지하여 해당 플로우(flow)에 대한 현재 경로(current path)의 트래픽 상태(traffic status) 를 결정하게 된다.
도 4는 본 발명에 따라 제어 컨트롤러가 이 측정 테이블(Metering table)의 상태정보에 의해 혼잡 예측 상태(congestion prediction status)로 판단하게 되는 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 컨트롤러가 이 측정 테이블(Metering table)의 상태정보에 의해 혼잡 예측 상태(congestion prediction status)로 판단하게 되는 경우에는, 혼잡상황을 예방하기 위한 보호 백업 경로(protection backup path) 및 백워드 우회 경로(backward detouring path), 최소 비용 우회 경로(minimum cost Detouring Path)를 미리 설정하고자 관련 포워딩 룰(forwarding rule) 정보를 해당 스위치들에게 전달한다. 그리고, 소스 에지 스위치(source Edge Switch)(20-2)에게 해당 플로우(flow)에 대한 현재 경로(current path)가 혼잡 예측 상태(congestion prediction status)임을 알리면서 추후의 혼잡상황을 예측할 수 있도록 예측된 혼잡 회피(congestion avoidance)의 트래픽 추정치를 가진 트래픽 측정(traffic metering)을 설정함으로써, 해당 시점 이후에 발생하는 트래픽은 설정된 보호 백업 경로(protection backup path)로 우회시켜서 예상 혼잡상황을 회피하게 한다.
도 5는 본 발명에 따라 제어 컨트롤러가 이 측정 테이블(Metering table)의 상태정보에 의해 혼잡 예측 상태(congestion prediction status)로 판단한 후, 고속 우회 경로를 제공하기 위해 해당 스위치들로 전달된 포워딩 룰 테이블 정보를 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 혼잡 예측 상태(congestion prediction status)에서 혼잡 회피 경로가 설정된 후에 상태변화가 발생되어 혼잡 상태(congestion status)임을 인지하게 되면, 제어 컨트롤러는 해당 플로우(flow)에 대한 현재 경로(current path)가 혼잡 상태임을 해당 스위치들과 소스 에지 스위치(source Edge Switch)에게 알리면서 해당 트래픽 상태(traffic status)를 갱신하며, 에지 스위치(Edge Switch)는 갱신된 트래픽 상태(traffic status) 인 혼잡 상태(congestion status)에 의해 이후에 추가로 발생되는 동일한 트래픽이 보호 백업 경로(protection backup path)로 전송되도록 하고, 에지 스위치(Edge Switch)에서 이미 전송시킨 트래픽을 수신한 경로 상의 스위치는 해당 플로우(flow)를 [congestion detouring] tag 설정과 함께 백워드 우회 경로(backward detouring path), 최소 비용 우회 경로(minimum cost Detouring Path)로 우회시킨다. 도중에 현재 경로(current path)가 혼잡상황을 벗어난 상태임을 인지하게 되면, 제어 컨트롤러는 소스 에지 스위치(source Edge Switch)에게 현재 경로(current path)의 네트워크 자원 사용이 가능한 상태임을 알려서 해당 플로우(flow)의 포워딩 경로(forwarding path)로 사용할 수 있게 한다.
본 발명은 2단계 트래픽 측정(traffic metering) 에 의한 상태변화 이벤트를 수신하는 제어 컨트롤러가 발생 이벤트에 의한 경로 트래픽 상태(path traffic status) 정보를 해당 스위치들에게 전달하고, 이렇게 관리되는 경로 트래픽 상태(path traffic status), 혼잡 예측 상태(congestion prediction status), 혼잡 상태(congestion status)에 따라 해당 스위치들이 과부하 트래픽(heavy load-traffic)에 의한 혼잡상황을 회피하는 메커니즘을 지원함으로써, 컨트롤러로 집중될 수 있는 제어 트래픽을 최소화하면서 트래픽 특성에 따라 분류된 플로우(flow)별로 네트워크 자원 사용량에 따른 링크 비용(link cost)를 적용한 동적인 다중경로 제어 및 혼잡회피 메카니즘을 수행하는 지능적인 정책기반 트래픽 제어기능을 제공한다.

Claims (1)

  1. 과부하 플로우를 전송하는 라우팅 경로의 트래픽량을 모니터링하는 단계와,
    상기 모니터링된 트래픽 량에 따라 상기 라우팅 경로 상태를 설정하는 단계와,
    상기 과부하 플로우를 상기 라우팅 경로에 전송하는 스위치 및 상기 과부하 플로우를 전송하는 소스 네트워크 장비와 연결되는 에지 스위치에 상기 라우팅 경로의 상태 정보 및 혼잡 회피를 위한 혼잡 우회 경로 정보 중 적어도 하나를 상기 라우팅 경로 상태에 따라 선택적으로 전송하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 네트워크 혼잡 회피 방법.
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