KR20090095584A - 상이한 트래픽 클래스를 위한 통과 대역 예약 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대역폭 예약 프로토콜을 구현하고 적어도 하나의 호스트로 연결된 중앙 대역폭 관리자를 구비한 통신 네트워크에서 대역폭 예약 시스템에 관한 것으로,

외부 엔티티가 네트워크 논리적 토폴로지의 갱신 뷰를 중앙 대역폭 관리자에게 제공하고,

중앙 대역폭 관리자는 소정 트래픽 클래스를 위한 소스와 목적지 사이에 대역폭 예약 요청을 수신시에 알고리즘을 사용하여 소스와 목적지 사이에 현 네트워크 경로를 계산하기 위한 수단으로서, 상기 경로는 네트워크의 적어도 한 링크를 차용하는 상기 수단과, 요청된 예약에서 요청된 트래픽 클래스를 위해 사용가능한 충분한 대역폭이 있다면 경로의 각 링크상에 확인하기 위한 수단을 포함한다.

본 발명은 또한 통신 네트워크에서 대역폭 예약 프로토콜을 구현하고 적어도 한 호스트에 연결된 통신 장치에 관한 것이다.

통신 네트워크, 트래픽 클래스, 대역폭 예약, 토폴로지, 통신 장치

Description

상이한 트래픽 클래스를 위한 통과 대역 예약 시스템{SYSTEM FOR RESERVING A PASS BAND FOR DIFFERENT CLASSES OF TRAFFIC}

본 발명은 네트워크의 영역에 관한 것이다.

본 발명은 특히 상이한 트래픽 클래스에 대해 동적 및 제약없는 토폴로지(constraint-free topology)를 가진 루프 프리(loop-free) 네트워크로 적응가능하며 신뢰할만한 대역폭 예약 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 루프 프리 네트워크에 적용되는데, 즉 일정 순간에 네트워크의 두 지점들 간의 고유 경로가 있으며, 이 고유 경로는 네트워크의 토폴로지 변경에 의해서만 변형된다. "제약없는" 토폴로지는 네트워크 설비, 특히 호스트 및 네트워크 핵심 설비가 부적절한 방식으로 연결된다는 것을 의미한다. "동적" 네트워크 토폴로지는 네트워크 토폴로지가 시간에 걸쳐 변한다는 것을 의미한다.

루프 프리 네트워크의 예는 STP(Spanning Tree Protocol)와 사용될 수 있는 이더넷(Ethernet)이지만, 이 예로만 제한되지는 않는다. 특히 무선 네트워크가 루프 프리일 수 있다.

대역폭 예약은 각 스트림에 대역폭 제한을 두어 데이터 전송을 배정 또배정하지 않는 것에 있다. 이 예약은 두 단계를 포함한다:

- 예약 승인 여부를 제어 및 검증하는 것으로 된 제1 단계,

- 승인된 예약에 따라서 스트림을 보장하는 방식으로 네트워크에 이 예약을 적용하는 것으로 된 제2 단계.

네트워크 환경에서 QoS(quality of service)의 제공을 가능하게 하는 종래 기술의 몇몇 시스템 및 방법은 알려져 있다. 세 가지 주된 구조는:

- DiffServ(Differentiated Services),

- IntServ(Integrated Services), 및

- MPLS(MultiProtocol Label Switching).

DiffServ 모델은 IPv4 TOS(Type of Service) 헤더 필드 및 IPv6 트래픽 클래스 필드의 구현을 사용한다. DIffServ의 목적은 스트림마다 상태를 유지관리하거나, 혹은 홉 시그널링마다 수행할 필요없이 스케일러블 서비스 식별(scalable service discrimination)을 제공하는 것이다. 이 해결방안은 상이한 스트림 유형을 식별하기 위한 수단을 제공하지만, 이 식별은 상이한 트래픽 클래스가 텍스처 방식으로 간단히 정의된다면 결정론자가 아니므로, 네트워크 설비의 각 항목이 그 자신의 트래픽 클래스 정의 해석에 따라서 그 자신의 식별 정책을 구현할 수 있다. 따라서 이 해결방안으로 스트림의 엄격한 식별을 보장하는 것은 불가능하다. 또한 DiffServ 해결방안에서는 대역폭을 예약할 수 없다.

IntServ 통합 서비스 모델은 실시간 서비스를 지원하는 두 유형의 서비스, 즉 예측 서비스 및 보장 서비스인 두 유형의 서비스로 구성된다. 중요한 전제는 명확한 방식으로 네트워크 자원을 제어할 수 있다는 것이다. 이것은 자원 예약 및 승인 제어가 라우터 모델의 기본 블록이라는 것을 의미한다. 승인 제어는 라우터 또는 호스트가 새로운 스트림이 종래 보장에 영향을 주지 않으면서 요청된 서비스 품질을 승인받을 수 있는 지의 여부를 결정하는데 사용되는 결정 알고리즘을 구현한다. RSVP(Resource Reservation Protocol)은 소스로부터 목적지로의 경로를 통해 라우터에서, 그리고 단말 호스트에서 특정 스트림 정보를 생성할 책임이 있다. InServ 해결방안은 QoS 기능의 품질을 포함하는 결정론자 대역폭 예약을 제공할 수 있다. 본 발명의 프레임워크의 목적을 따르는 경우의 단점은 IntServ이 단지 라우터와 동작한다는 것이고, 즉 루프 프리 네트워크의 제약이 고려되지 않는 OSI 스택의 층 3 레벨에 있다는 것이다.

MPLS는 패킷에 배정된 레벨을 사용함으로써 IP(Internet Protocol) 패킷 또는 프로토콜에 대응한 다른 데이터 유닛의 신속한 운송을 위한 일반적인 기법이다. 이것은 로드 밸런싱을 수행할 수 있게 하고, 데이터를 정체 지점 주위로 라우팅시킬 수 있게 함으로써, 네트워크의 효율성을 개선하고 고 레벨의 QoS을 제공한다. MPLS의 단점중에서, 이 기법은 QoS 및 멀티캐스트를 동시에 다룰 수 없다는 사실이 다. 현 네트워크에서 상이한 QoS 제한을 가진 서비스 다양성을 지원할 수 있다는 사실로 인하여, DiffServ 트래픽 엔지니어링이 MPLS의 확장으로 사용된다. 각 서비스 클래스에 대한 개별 터널이 구현된다. 각 터널은 QoS에 의해 동일 처리를 요구하는 트래픽 집합체에 대응한다. 터널은 통신 네트워크에서 소스 노드와 목적지 노드 사이에 설정되고, 적절한 대역폭이 그들 각각에 대해 예약된다. MPLS는 TCP/IP 스택에서 네트워크 층(층 3)을 사용하는 스위치상에서 구현될 수 있지만, QoS 기능성은 아직 구현되지 않았다. 따라서 이 해결방안은 본 발명이 해결할 것을 제안하는 문제에 대한 답이 아니다.

본 발명의 특정 네트워크 환경에서, DiffServ 모델은 대역폭이 보장되지 않는다는 사실로 인하여 요건에 적합하지 않다. 어려움은 다음과 같다: 사용자의 수가 너무 높아지자마자, 각 스트림은 심지어 실시간 제약을 가지도록 성능저하될 것이다. IntServ 모델은 서비스 품질 제약을 만족시키지만, RSVP 프로토콜은 루프 프리 네트워크의 부분이 아닌 라운터상에서만 구현된다.

다른 작업은 애플리케이션이 대역폭을 예약할 수 있도록 프로토콜의 구현에 관여하여 왔다. 이 작업의 한 부분, NetRAP는 토큰 시스템을 기반으로 한 프로토콜이며, 애플리케이션에게 대역폭 보장을 가진 네트워크에 대한 액세스를 주는데 사용된다. 토큰은 세션 동안에 회전을 수행한다: 토큰을 가진 한 세션은 데이터를 전송하기 위한 허가를 가진다. 토큰을 가진 세션은 사전결정된 시간으로 불리는 TRT(Token Rotation Time)의 일부인 많아야 THT(Token Holding Time)동안 토큰을 유지하고, 토큰을 다른 세션으로 전달한다. TRT는 세션 동안의 토큰의 회전 시간이다. 마지막 세션이 토큰을 가진 후에, 다른 애플리케이션은 TRT에 도달할 때까지 비보장 데이터를 송신하기 위하여, 첫 세션이 토큰을 가지게 하는 등이 가능하도록 하는 등을 위해 네트워크에 접근할 수 있다. 단지 한 세션만이, 따라서 단일 네트워크 노드가 일정 순간에 토큰을 가질 수 있으므로, 세션을 시작한 애플리케이션은 충돌이 일어날 수 없음을 보장한다. 이 해결방안은 다수의 스트림을 동시에 전송시킬 수 없고, 서비스 품질에 관련된 임의 기능성을 관리할 수 없으므로 상당 히 제한적이다.

스위치가 단지 네트워크 설비인 이더넷 네트워크에서, 대역폭 예약 문제를 해결하기 위한 몇 가지 해결방안이 시도되었다.

종래기술에서는 미국특허 US 6 941 380(Nortel)을 통해 제약을 가진 토폴로지를 갖춘 이더넷 네트워크에서 대역폭을 할당할 수 있는 방법을 안다. 이 미국특허가 제안한 발명은 대역폭 요청을 수신하고, 대역폭 사용가능 여부를 검사하고, 요청을 행한 설비에 응답하는 중앙 관리자를 기반으로 한다. 시스템의 제한 기능성은 제약을 가진 네트워크 토폴로지를 기반으로 하며, 트래픽 클래스를 모른다는 것이다. 이 미국특허는 이 특허의 도 1 및 도 2에 도시된 두 가지 경우의 네트워크 구조에서 대역폭을 예약하는 방법을 기술한다. 시스템은 이들 두 네트워크 예의 프레임워크 외부의 대역폭을 예약하기 위한 능력을 가지지 않는다. 두 번째 제한은 시스템이 대역폭을 예약할 수 있음에도 불구하고 이들 예약내 상이한 서비스 품질 제약을 포함하는 상이한 트래픽 유형의 식별을 수행할 수 없다는 것이다.

문서 WO 2006/051519, US 2005/0128951 및 EP 1 662 716은 대역폭 할당 시스템의 행동을 개선하는 방법을 기술하지만 새로운 기능성을 정의하지는 않는다.

또한 종래 기술은 미국특허 US 2005/076336(Nortel)을 통해 교환 네트워크에서 자원을 순서화(sequencing)하기 위한 방법 및 장치를 안다. 이 미국특허 출원은 특히 자원 전송을 관리하는 방식을 기술하거나, 혹은 보다 일반적으로 네트워크의 엔티티들간의 연결을 기술한다.

본 발명의 프레임워크내 서비스 예약 시스템은 네트워크 토폴로지가 무엇이든지 간에 대역폭을 예약할 수 있으며, 몇몇 트래픽 클래스를 관리할 수 있다는 사실로 인해 플렉시블하다. 본 발명의 프레임워크내, 서비스 예약 시스템은 QoS의 모든 매개변수의 유효성 및 일관성을 보장할 수 있으므로 결정론적 QoS 품질을 제공한다: 트래픽 클래스 처리 및 대역폭. 예약 최적화는 동일 소스와 목적지 간의 몇몇 대역폭 예약을 수행할 수 있다. 이것은 애플리케이션이 요구하는 두 호스트들 간에 예약된 대역폭 양을 증가 또는 감소시킴으로써, 그리고 상이한 애플리케이션이 상이한 서비스 품질을 가진 대역폭을 예약할 수 있게 함으로써 대역폭 예약을 개선한다. 마지막으로, 본 발명은 네트워크를 오버로딩함으로써 대역폭 예약을 훼손할 수 있는 호스트로부터 시스템을 보호하기 위한 메가니즘을 제공한다.

본 발명의 문맥내 예약 대역폭에서 상이한 트래픽 클래스가 관리되고, 이것은 종래 기술의 시스템 및 방법과 관련한 추가 기능이다.

이더넷 네트워크와 같은 루프 프리 네트워크의 특정 경우에 장래에 아마도 QoS 기능성을 제공할 MPLS를 제외하고, 종래 기술에서 대역폭 예약을 가능하게 하며 토폴로지가 제약없으며 예측불가한 루프 프리 네트워크에서 필요한 서비스 품질을 기반으로 상이한 트래픽 클래스를 처리에 제공할 수 있는 임의 시스템은 없다. 본 발명은 이러한 시스템을 제안함으로써 종래 기술의 단점을 극복하려고 한다.

이 목적을 위하여, 본 발명은 가장 일반적으로 받아들여지는 의미에서 대역폭 예약 프로토콜을 구현하고 적어도 하나의 호스트로 연결된 중앙 대역폭 관리자를 포함한 통신 네트워크에서 대역폭 예약 시스템에 관한 것으로,

외부 엔티티가 네트워크 논리적 토폴로지의 갱신 뷰(view)를 중앙 대역폭 관리자에게 제공하며,

중앙 대역폭 관리자는 소정 트래픽 클래스의 소스와 목적지 사이에 대역폭 예약 요청을 수신시에, 알고리즘을 사용하여 소스와 목적지 간에 현 네트워크 경로를 계산하기 위한 수단과, 경로의 각 링크상에서 요청된 예약에서 요청된 트래픽 클래스를 위해 사용가능한 충분한 대역폭이 있음을 확인(verification)하기 위한 수단을 포함하는데, 여기서 상기 경로는 네트워크의 적어도 한 링크를 차용(borrow)하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 알고리즘은 다익스트라(Dijkstra) 알고리즘의 간단한 버전이다.

유리하게도, 대역폭에 관한 검증 결과가 긍적적이면, 대역폭이 승인되고 대역폭 관리자는 각 네트워크 링크상에 대역폭을 예약한다.

특정 구현에 따라서, 중앙 관리자는 대역폭 예약 동안에 그 자신의 정보를 갱신하고 예약에 관여한 네트워크 설비의 각 항목에 네트워크 정책을 적용하기 위한 수단을 포함한다.

바람직하게, 중앙 대역폭 관리자는 대역폭 예약의 수락 여부를, 대역폭 예약을 요청하는 호스트에게 통보하기 위한 수단을 포함한다.

유리하게도, 상기 대역폭 예약 프로토콜이 대역폭을 예약하기를 원하는 네트워크의 호스트에 알려진다.

바람직하게 상기 토폴로지는 네트워크 노드 리스트 및 네트워크 논리 링크의 형태를 가진다.

유리한 변경에 따라, 상기 대역폭 예약 시스템은 애플리케이션 요건에 따라 대역폭을 예약하기 위한 수단을 포함한다.

또한 본 발명은 통신 네트워크에서 대역폭 예약 프로토콜을 구현하고 적어도 한 호스트로 연결된 통신 장치에 관한 것으로,

- 외부 엔티티로부터 네트워크 논리적 토폴로지의 갱신 뷰를 수신하기 위한 수단,

- 소정 트래픽 클래스를 위한 소스와 목적지 사이에 대역폭 예약 요청을 수신시에, 알고리즘을 사용하여 소스와 목적지 사이에 현 네트워크 경로를 계산하기 위한 수단으로서, 상기 경로는 네트워크의 적어도 한 링크를 차용하는 상기 수단,

- 경로의 각 링크상에서 요청된 예약에서 요청된 트래픽 클래스를 위해 사용가능한 충분한 대역폭이 있음을 확인하기 위한 수단

을 포함하는 것을 특징으로 한다.

루프 프리 네트워크의 네트워크 핵심 설비가 결정론적 대역폭 예약을 위한 수단 및 트래픽 클래스 처리를 제공하지 않으므로, 제약없고 예측불가한 토폴로지에서 필요한 서비스 품질을 제공하기 위한 가장 손쉬운 방법은 네트워크 핵심 설비들 간에 이 기능성을 분산시킬 수 없으므로 대역폭 관리자에서 대역폭 예약을 중앙화하는 것이다.

미국특허 US 6 941 380(Nortel)은 두 특정 경우의 이더넷 네트워크 토폴로지에서만 대역폭을 예약할 수 있는 유사한 구조를 기술하였다. 또한 이 시스템은 예약 대역폭에서 트래픽 클래스의 처리, 혹은 애플리케이션 대역폭에서 필요성의 동적 조정을 제공하지 않는다.

본 발명은 루프 프리 제약없고 예측불가한 토폴로지에서 대역폭을 예약하고 이 예약 대역폭내 트래픽 클래스 식별을 제공하는 것이 가능한 시스템을 정의한다.

본 발명에 따른 시스템은 대역폭 예약을 위해 프로토콜을 구현하는 중앙 대역폭 관리자를 기반으로 한다. 이 프로토콜은 대역폭을 예약하길 원하는 네트워크의 호스트에 알려진다.

교환 네트워크의 토폴로지가 뭐든지 간에, 대역폭 관리자는 정의된 소스 주소와 정의된 소스 애플리케이션 포트 번호, 목적지 주소 및 목적지 애플리케이션 포트 번호, 정의된 대역폭 품질과 정의된 트래픽 클래스를 수신한다.

그 후, 대역폭 관리자는 이들 요청을 처리하여 요청된 소스와 목적지 사이의 네트워크 경로의 각 링크상에서 예약의 수행 가능여부를 결정한다. 네트워크 토폴로지가 제약없으므로, 외부 엔티티는 네트워크 논리적 토폴로지의 갱신 뷰를 대역폭 관리자에게 제공한다. 이 토폴로지는 네트워크 노드 리스트와 네트워크 논리 링크로서 제공된다. 다음, 대역폭 관리자는 다익스트라(Dijkstra) 알고리즘을 기반으로 한 간단한 알고리즘을 사용하여 소스와 목적지 사이의 현 네트워크 경로를 계산한다. 일단 이 경로가 계산되면, 대역폭 관리자는 경로의 각 링크상에서 요청된 예약에서 요청된 트래픽 클래스를 위해 사용가능한 충분한 대역폭이 있음을 확인한다.

대역폭이 승인되면, 대역폭 관리자는 각 네트워크 링크상에 대역폭을 예약한다. 이 단계는 그 자신의 정보 갱신, 그리고 예약에 관여한 네트워크 설비의 각 항목상에 네트워크 정책의 적용을 포함한다. 대역폭 관리자는 네트워크 정책을 관리 및 제어한다.

마지막으로, 수락 여부를 알려주는 대역폭 관리자 응답이 요청 호스트에게 송신된다.

또한 대역폭 예약 처리를 아는 호스트는 대역폭을 자유롭게 사용할 수 있으며 예약된 대역폭의 증가 또는 감소를 요청할 수 있다. 예약된 대역폭의 증가를 요청하기 위한 처리는 새로운 대역폭 요청에서와 동일하다: 요청시에 대역폭 양은새 예약 대역폭의 양이 될 것이다.

예약 대역폭을 감소시키도록 요청시에, 호스트는 예약 대역폭을 자유롭게 또는 감소시키기 위한 요청을 송신한다. 대역폭 관리자는 그 자신의 정보를 갱신함으로써, 그리고 예약에 관여한 네트워크 설비의 각 항목상에서 네트워크 정책을 갱신함으로써 대역폭을 "예약해제(un-reserve)"한다.

예약 대역폭을 증가 또는 감소시키는 이 능력으로, 시스템은 토폴로지 변경에 적응될 수 있다. 대역폭 예약에 관여한 네트워크 설비 항목을 제거하기 전, 후반에 프리(free)여야 한다.

본 발명은 다음과 같은 다수의 장점을 가진다:

- 네트워크의 호스트의 각 요구에 대역폭 예약을 적응화.

- 대역폭 예약은 루프 프리 네트워크의 제약없는 동적 토폴로지를 기반으로 한다.

- 상이한 QoS 품질 요구를 위해 상이한 트래픽 클래스 제공.

- 루프 프리 네트워크에서 대역폭 예약 및 QoS 제약 고려.

- 예약 대역폭으로의 호스트의 액세스 제어

도 1은 본 발명의 문맥내 네트워크 환경을 도시하는 도면.

도 2는 대역폭 관리자와 네트워크 토폴로지 발견 모듈을 도시하는 도면.

도 3은 대역폭 예약 절차를 알고 있는 시스템, 소스 제한을 도시하는 도면.

도 4는 대역폭 예약 절차를 모르는 시스템, 소스 제한을 도시하는 도면.

도 5는 네트워크 코어 장치상에 스위칭 정착을 도시하는 도면.

본 발명은 첨부 도면을 참조하여 예로서 제공되는 본 발명의 실시예의 다음의 설명으로부터 보다 잘 이해될 것이다.

본 발명의 문맥내에서, 대역폭 예약 시스템은 대역폭을 예약하기를 원하는 네트워크의 호스트로부터 대역폭 요청을 수신하는, 중앙 관리자를 기반으로 한다. 네트워크는 루프 프리이고, 예측불가하며 제약없는 토폴로지를 가진다. 부정수의 호스트 및 네트워크 설비 항목이 있다. 네트워크 설비가 연결되는 방식인 네트워크 구조는 제약이 없다(constratint-free). 네트워크 환경은 도 1에 도시된다.

네트워크 핵심 설비는 대역폭 예약 절차를 알지 못하거나 이해하지 못한다. 그들은 단순히 네트워크를 가로질러 운송되는 표준 네트워크 메시지를 본다. 대역폭을 예약하기 원하고 반드시 네트워크 관리자를 원하는 일부 호스트는 대역폭 예 약 절차를 알지만 모든 호스트가 프로토콜을 이해할 필요는 없다.

중앙 대역폭 관리자는 서비스 품질에 의해 보증을 요청하는, 네트워크상 호스트로부터의 대역폭 예약 요청을 수신한다.

대역폭 예약 처리는 다음의 단계를 포함한다:

1. 호스트는 소스뿐만 아니라 목적지를 예약하도록 대역폭 양을 포함한 대역폭 예약 요청을 송신한다.

2. 대역폭 관리자는 이 요청을 수신한다.

3. 대역폭 관리자는 예약에 관련된 네트워크의 각 링크상에 충분한 대역폭이 있다는 것을 확인한다. 또한 예약을 요청하는 호스트가 이 유형의 권리를 가진 호스트 리스트를 기반으로 함으로써 대역폭을 예약하기 위한 허가를 가진다. 이 링크 집합의 선택 및 생성은 분명하지 않다. 이것은 종래 기술의 방법 및 시스템이 예약 확률을 제약을 가진 토폴로지로 제한하기 때문이다.

4. 대역폭 예약이 승인될 수 있다면, 대역폭 관리자는 대역폭을 예약한다.

5. 대역폭 관리자는 대역폭 예약이 승인되었는 지의 여부를 나타내는 응답을 송신한다.

본 발명은 다음의 기능성을 제안한다: 애플리케이션의 요구를 기반으로 하여 대역폭 예약의 적응화. 이것은 대역폭 예약 시스템을 최적화시킬 수 있고, 네트워크의 각 호스트상에 각 유형의 애플리케이션의 요구에 대역폭 예약을 적응시킴으로써 보다 유연하게 만들 수 있다. 대역폭 적응화는 예약을 위한 대역폭 양을 변경시키기 위한 수단을 가지는 것으로 간주한다. 각 호스트의 각 애플리케이션이 그 의 요구에 따라 대역폭을 예약할 수 있도록 하기 위해 대역폭 요청에 포함된 정보가 보다 확장된다고 간주한다.

대역폭 예약 시스템은 특정 대역폭 예약을 위해 예약된 대역폭 양을 변형시킬 수 있다. 이것은 각 다음을 위해 사용되는 상이한 유형의 메시지에 의해 실현된다:

- 새로운 대역폭 예약(표준 대역폭 요청),

- 예약 대역폭 증가,

- 예약 대역폭 감소, 및

- 대역폭 예약의 클리어런스(clearance).

전술한 범주 중의 하나에 속한 메시지를 수신시에, 대역폭 관리자는 두 가지 상이한 행동을 가질 수 있다. 더 많은 대역폭이 이로부터 요청된다면(새로운 대역폭 예약 또는 그외 대역폭 증가), 대역폭 관리자는 본 발명의 프레임워크내에 있는 특성 및 추가 메카니즘을 모두 포함하여, 이전에 정의된 바와 같이 표준 대역폭 요청에 관하여 동일한 처리를 적용한다. 적은 대역폭이 이로부터 요청된다면(예약 대역폭 감소 또는 클리어런스), 대역폭 관리자는 다음과 같이 메시지를 처리한다:

1. 호스트는 기존 대역폭 예약의 식별을 위해 충분한 정보뿐만 아니라 예약할 대역폭 양을 포함한 대역폭 예약 요청을 송신한다.

2. 대역폭 관리자는 요청을 수신한다.

3. (대역폭의 클리어런스가 항상 가능한 지의 여부를 검증할 필요없다).

4. 대역폭 관리자는 그의 내부 테이블을 갱신한다.

5. 대역폭 관리자는 예약이 변형되었음을 표시하는 응답을 송신한다.

네트워크의 서비스 품질 요건은 특정 트래픽의 소스 및 목적지에만 의존하지 않는다. 또한 이것은 네트워크가 사용하는 서비스 유형에 의존한다는 것이 분명하다. 예를 들면 네트워크에 걸친 파일 교환에 시간 제약이 없는 반면에, "음성" 통신은 시간 또는 지터(jitter)라는 면에서 보증을 요구한다. 이들 두 유형의 서비스가 네트워크의 동일 호스트에 사용될 수 있다. 따라서 대역폭 예약에서 서비스 유형을 구별할 필요가 있다.

네트워크를 사용하는 서비스 유형은 네트워크 운송층의 애플리케이션 포트 번호에 의해 정의된다. 이들 포트 번호는 공통 방식으로 상이한 기존 운송 프로토콜에 대해 정의된다. 따라서 이 값은 정확히 서비스 유형와 대응한다.

대역폭 예약 시스템은 대역폭 예약의 식별(identificiation)을 위해 소스와 목적지의 애플리케이션 포트 번호를 사용한다.

대역폭 예약 식별은 몇몇 대역폭 예약을 구별할 필요가 있는 모든 곳에 사용된다. 이것은 대역폭 예약 메시지와 대역폭 관리자의 내부 테이블을 포함한다.

종래 기술의 방법 및 시스템은 제약을 가진 토폴로지를 기반으로 하는데, 즉 대역폭 예약이 시작하기 전에 시스템에 알려져야 하고 시간에 걸쳐 변하지 않아야 하는 고정된 네트워크 토폴로지 경우이다.

본 발명에 따른 대역폭 예약 시스템은 예측불가하며 제약없는 토폴로지를 가진 루프 프리 네트워크에서 대역폭을 예약할 수 있다. 이것은 네트워크 토폴로지가 뭐든지 간에 동작하고, 토폴로지는 시스템에 통계적 방식으로 주어지지 않았고, 그리고 토폴로지의 변경은 시스템에 의해 자동방식으로 관리된다는 것을 의미한다.

이 특성은 토폴로지 모듈로 불리는 네트워크의 토폴로지의 동적 발견 모듈을 기반으로 하며 네트워크의 토폴로지의 갱신 뷰를 대역폭 예약 관리자에게 준다. 이 모듈은 대역폭 관리자로부터 보여지는 루프 프리 네트워크 토폴로지의 표현을 제공한다. 따라서 이 모듈은 대역폭 관리자와 동일한 소프트웨어 환경에서, 동일 하드웨어상에 설치된다. 도 2는 대역폭 관리자 및 네트워크 토폴로지 발견 모듈을 도시한다.

토폴로지 모듈은 대역폭 관리자와는 독립적으로 동작한다. 이로 인해 네트워크 토폴로지의 정확한 갱신 뷰가 유지된다. 예를 들면, 네트워크는 이더넷 유형일 수 있다.

대역폭 관리자와 토폴로지 모듈 간에는 두 유형의 통신이 있다: 대역폭 관리자는 토폴로지 모듈에 의해 제공되는 기능을 호출함으로써 토폴로지의 표현을 요청하고, 그 후 토폴로지 모듈은 대역폭 관리자에게 토폴로지 변경을 경고한다. 이것은 대역폭 관리자로 하여금 항상 정확한 방식으로 현 네트워크 토폴로지를 통보할 수 있게 해준다.

토폴로지 모듈은 루프 프리 네트워크의 링크 테이블 및 네트워크의 노드 테이블의 형태인 토폴로지 표현을 제공한다.

노드 테이블은 다음의 정보를 포함하다: 설비의 고유 및 불가변 식별자(이것은 후반에 시간에 걸쳐 변하지 않는다면 설비의 물리적 주소일 수 있다).

링크 테이블은 다음의 정보를 포함한다:

- 네트워크 유형: 이더넷, Wi-Fi, Wi-Max 등,

- 링크의 두 끝단에서 쌍(노드 식별자, 물리적 포트 번호),

- 와이어 링크의 경우에 링크상에 사용가능한 총 대역폭.

예약은 사용되는 네트워크 전송에 따라 적용된다.

대역폭 관리자는 이제 루프 프리 네트워크의 토폴로지를 인식한다. 이것은 제약없는 토폴로지에 그 예약 절차를 채택하는 데에 이러한 표현을 이용한다.

대역폭 관리자 절차의 제3 단계 동안에(새 대역폭 예약 또는 예약 대역폭의 증가, 전술한 내용 참조), 대역폭 관리자는 예약에 관여한 네트워크의 각 링크상에 사용가능한 충분한 대역폭이 있는 지의 여부를 확인한다. 이 링크 집합은 예약의 소스와 목적지 간의 고유 경로인, 루프 프리 네트워크내 정확한 경로를 결정할 수 있도록 하는 방식으로 알려져야 한다. 제약을 가진 토폴로지의 경우, 경로는 대역폭 예약 요청의 각 경우에 대해 통계적 방식으로 결정된다. 본 발명의 문맥내에서, 토폴로지는 제약이 없다. 따라서 네트워크내 경로를 계산할 필요가 있다.

이를 행하기 위하여, 다익스트라(Dijkstra) 알고리즘이 사용될 수 있다. 다익스트라(Dijkstra) 알고리즘은 그래프에서 두 지점들 간의 상이한 경로를 계산하고, 그래프의 에지의 웨이트(weight)를 기반으로 하여 이들 두 지점들 간에 최단 경로를 계산한다. 본 발명의 문맥내에서, 그래프는 네트워크의 노드 트리이고, 즉 그래프의 두 지점들 간의 고유 경로가 있다는 것이다. 네트워크의 트리의 지점들 간의 경로에 대한 고유 해결방안이 있으므로, 네트워크의 에지로 웨이트를 배정할 필요는 없다. 또한 일단 경로가 발견되면(진실로 고유 경로), 알고리즘은 중단된 다.

토폴로지 모듈 및 (예를 들면) 다익스트라(Dijkstra) 알고리즘을 결합하여 사용하는 것은 대약폭 예약 시스템을 루프 프리 네트워크의 토폴로지를 독립적으로 만든다: 토폴로지는 제약없을 수도 있다. 또한 토폴로지 모듈이 토폴로지 변경을 대역폭 관리자에게 경고하므로, 대역폭 관리자는 동적 토폴로지에서 대역폭을 예약할 수 있다. 자연히, 대역폭 예약에 관여한 네트워크 항목을 제거하기 전에 대역폭 예약 시스템의 무결성을 보존하기 위하여, 후반에 클리어되어야 한다.

또한 본 발명은 다른 기능성을 제공한다: 상이한 트래픽 클래스를 위한 대역폭 예약. 트래픽 클래스는 대역폭의 보증을 보존하면서 상이한 네트워크 트래픽으로 우선순위를 할당할 수 있다. 이들 우선순위 할당은 모든 예약 트래픽에 대한 예약 대역폭을 보장하면서 소정 유형의 트래픽에 대한 최소 횟수 및 지터를 보장할 수 있다.

대역폭 예약 처리는 예약 대역폭내 N 트래픽 클래스를 처리할 수 있다. 추가 정보가 대역폭 보존의 식별을 위해 추가된다: 트래픽 클래스 번호. 이 필드는 루프 프리 네트워크에서 예약 대역폭의 우선순위 레벨을 정의한다. 트래픽 클래스 n-1은 그 자체가 클래스 n+1 보다 낮은 우선순위를 가진 클래스 n보다 낮은 우선순위를 가진다.

대역폭 보장이 각 트래픽 클래스에 대해 엄격한 방식으로 보장되므로, 더 많은 대역폭(새로운 대역폭 예약 또는 예약 대역폭의 증가, 전술한 내용 참조)을 예약하기 위한 방법의 제3 단계는 요청된 트래픽 클래스에 관계없이 변하지 않는다. 물론 소스와 목적지가 트래픽 클래스에 독립적이므로, 링크 집합의 계산이 변하지 않는다. 계산된 네트워크 경로의 각 링크상에서 사용가능한 대역폭 양의 확인에서와 같이, 트래픽 클래스가 무엇이든지 요청된 총 대역폭의 양을 사용할 수 있어야 한다. 그러나 대역폭 예약 식별자의 "트래픽 클래스"는 대역폭 요청의 특정 처리 정책을 설정하는 것에 관한 방식에서 이 제3 단계에 사용될 수 있다. 예를 들면 보다 높은 우선순위의 대역폭 예약 요청이 먼저 처리되도록 선택될 수 있다.

예약 처리의 제2 단계는 네트워크에서 예약의 애플리케이션이다. 여기서 트래픽 클래스는 모두 중요하다. 대역폭 관리자는 상이한 트래픽 클래스에 우선순위 배정을 보장하는 네트워크 정책을 적용해야 한다.

제약없는 토폴로지를 가진 루프 프리 네트워크에서 대역폭 예약은 신뢰할만한 대역폭 예약을 보장하기 위하여 몇몇 절차를 설정하는 것과 관련있다.

대역폭 예약은 두 처리에 의해 보장된다:

- 일관된 대역폭 예약을 요청하는 요청/응답의 교환

- 네트워크상 대역폭 예약의 애플리케이션. 이 제2 단계는 대역폭 요청이 적절히 다루어지도록 보장한다.

대역폭 예약의 애플리케이션은 두 기능에 의해 설정된다. 일단 대역폭이라는 면에서 일관성이 대역폭 예약의 전달에 의해 보장된다면, 구현할 제1 제어는 소스가 각 트래픽 클래스에서 허용되는 것보다 많은 트래픽을 송신하지 않도록 보장하는 것으로 이루어진다. 구현할 제2 제어는 그들의 보증된 서비스 품질(대역폭 및 트래픽 클래스 보증)에 따라 정확하게 스트림을 운송할 것이다.

몇몇 유형의 트래픽이 루프 프리 네트워크를 지나간다. 이들 상이한 유형의 트래픽은 그들의 보증된 서비스 품질에 따라 인식되어야 한다. 단일 소스가 몇몇 유형의 트래픽을 송신할 수 있다. 네트워크 핵심 설비는 그들의 전송 처리를 트래픽 유형을 기본으로 한다.

네트워크는 트래픽 N+2 유형의 트래픽을 인식해야만 하고, 여기서 N은 위에서 정의된 트래픽 클래스 번호이다. N 트래픽 클래스는 대역폭 예약 방법을 사용한다.

대역폭 예약 방법을 사용하지 않는 데이터 트래픽은 시간에 대한 것도 아니고 지터에 대한 것도 아니고 패킷 손실에 대한 것도 아닌, 보장되지 않는 "최상 노력(Best effort)" 유형에 대응한다.

마지막 유형의 데이터는 대역폭 예약 시스템의 관리 전용인 트래픽이다. 이것은 예약 방법 동안에 수행되었고, 트래픽은 토폴로지 모듈에 의해 생성되었다. 이 트래픽의 대역폭은 임의 다른 대역폭 예약 전에 예약하는 방식으로 루프 프리 네트워크의 각 링크상에서 최대화된다. 이 유형의 트래픽은 대역폭 예약 시스템이 항상 올바르게 동작할 수 있도록 보장하기 위하여 최고 우선순위를 가진다.

본 발명은 네트워크 장치에서 요구되는 N+2 레벨의 우선순위가 있는 시스템을 정의하고, 여기서 N은 위에서 정의된 바와 같은 트래픽 클래스 번호이다.

소스는 송신하는 프레임에 대한 트래픽 유형을 나타내야 한다. 네트워크 핵심 장치는 트래픽을 정확하게 운송해야 하고, 대역폭에서 볼 때 가용성은 대역폭 예약 커맨드에 의해 보장된다. 이 설비는 프레임에서 소스에 의해 공급되는 트래 픽 유형에 관한 표시에 따라 각 프레임의 우선순위를 보장해야 한다.

호스트는 대역폭 예약 절차를 알 수 없다고 가리켜 왔다. 따라서 이들 호스트는 트래픽 유형에 관한 임의 표시없이 트래픽을 송신한다. 이들 경우, 네트워크 핵심 설비는 최저 우선순위를 가진 트래픽의 "최상 노력" 유형에 속한 트래픽을 고려해야 한다.

몇몇 기술이 트래픽을 표시하기 위해 존재한다. 이더넷 프로토콜의 경우, VLAN은 네트워크 프레임의 멤버쉽을 그룹으로 표시하기 위한 해결방안이다. 본 발명은 기술 선택에 독립적인 형태이다.

대역폭 관리 절차를 구현하는 호스트는 대역폭 관리자로부터 수신하였던 순서를 고려해야 한다. 행동은 트래픽 유형에 따라 변한다:

- 대역폭 관리 트래픽: 충분한 대역폭 양이 이 트래픽 유형에 대한 대역폭 예약 시스템에 의해 예약되었다. 따라서 소스는 동의한 대로 이 트래픽 유형을 송신한다.

- 예약 대역폭: 소스는 특정 예약을 위해 이 대역폭 예약을 위해 수락한 예약 요청을 수신한 경우에 특정 예약 및 특정 트래픽 클래스를 위해 트래픽을 전송해야만 한다. 또한 소스는 예약 대역폭 양을 고려해야 한다.

- "최상 노력" 유형의 트래픽: 이전 두 유형의 트래픽을 전송한 후에 사용가능한 대역폭이 있다면, 소스는 이 유형의 트래픽을 전송해야만 한다.

도 3은 대역폭 예약 절차를 구현하는 소스 행동을 도시한다. 도 3은 위 단락에서 주장되는 세 유형의 트래픽을 도시한다: 대역폭 관리 트래픽, 예약 대역폭 에 대응한 트래픽, 그리고 최상 노력" 유형의 트래픽. 송신된 트래픽 유형에 따라, 소스는 상이한 행동을 가진다. 도 3에서, 각 레벨의 그레이(grey)는 트래픽 유형이 소스에 의해 프레임에 표시된다는 것을 의미한다.

예약 스트림을 송신하기 위하여, 소스는 전술한 바와 같이 대역폭 예약 요청을 수행한다. 요청이 수락되면, 소스는 "예약" 유형을 표시함으로써 스트림을 송신할 수 있다. 요청이 수락되지 않으면, 소스는 줄쳐진 튜브에 의해 표시된 바와 같이 스트림을 송신하지 않는다.

대역폭 관리 스트림은 항상 이전 단락에서 기술한 바와 같이 송신된다.

소스는 할 수 있는 한 "최상 노력" 유형의 트래픽, 즉 그의 네트워크 인터페이스의 대역폭의 나머지를 송신한다. 송신하기를 원하는 추가 트래픽은 (도 3에서 하향 화살표에 의해 표시된 바와 같이) 거부되거나 또는 후속하여 송신된다.

대역폭 예약 절차를 구현하지 않는 소스는 전술한 바와 같이 네트워크 핵심 설비에 의해 "최상 노력" 트래픽으로 간주될 표시되지 않은 트래픽만을 전송한다.

도 4는 대역폭 예약 절차를 구현하지 않는 소스의 행동을 도시한다. 여기서, 소스는 트래픽 유형을 표시하지 않는다. 이 유형의 소스는 "최상 노력" 유형의 트래픽에서 한 것과 같이 대역폭 예약 절차를 구현하는 소스로서 행동한다. 초과 트래픽은 도 4에 하향 화살표에 위해 표시된 바와 같이 거부된다.

네트워크의 정책 관리는 대역폭 예약 애플리케이션의 또 다른 기능이다. 대역폭 관리자는 전체 루프 프리 네트워크내 대역폭 사용의 정정 표시의 분산을 보장한다. 다음, 소스는 전술한 바와 같이 이들 표시를 고려한다. 스트림의 올바른 운송을 보장하기 위해 설정할 마지막 제어는 루프 프리 네트워크내 모든 네트워크 핵심 설비상에 올바른 네트워크 정책의 적용에 있다.

이 정책은 단지, 전술한 바와 같이 우선순위를 보장해야 한다. 도 5는 네트워크 핵심 설비가 상이한 트래픽 유형을 만나야 할 때에 행동해야 하는 방식을 도시한다.

트래픽 관리는 최고 우선순위를 가지고, 대역폭은 각 링크상에 충분한 대역폭이 있다는 것을 보장한다. 따라서 이 트래픽은 항상 네트워크내에서 전송 및 운송된다. 예약 대역폭은 N 트래픽 클래스에 있다. 그들 각각은 정의된 우선순위에 따라 처리된다. 대역폭 관리자는 각 링크상에 충분한 대역폭이 있음을 보장한다. 따라서 이 트래픽은 항상 네트워크내에서 전송 및 운송된다. 마지막으로, "최상 노력" 유형의 트래픽은 최저 우선순위를 가지며, 링크상에 충분한 대역폭이 없는 경우에 운송될 수 없다. 이 경우, 트래픽 부분은 도 5에 도시된 바와 같이 네트워크 핵심 설비에 의해 거부된다.

이 행동은 각 네트워크 핵심 설비의 레벨에서 평가되지만, 이 행동의 구현은 한 링크로부터 다른 링크로, 그리고 한 네트워크 항목 설비로부터 다른 네트워크 항목 설비로 변할 수 있다. 본 발명에 따른 대역폭 예약 시스템은 네트워크에 사용되는 라인 유형에 독립적이며, 행동을 구현하는 기술을 적용하기 위하여 링크 테이블(전술 내용 참조)에서 토폴로지 모듈에 의해 제공되는 "링크 유형" 필드를 사용한다.

몇몇 기법은 이 행동의 구현을 위해 이미 존재한다. 이더넷의 경우, 우선순 위는 각 VLAN을 위해 구성될 수 있다. 네트워크 링크는 특정 우선순위와 함께 오프닝을 구현한다.

대역폭 예약 시스템은 네트워크상에서 대역폭 예약 절차를 아는 호스트, 그리고 이를 알지 못하는 호스트를 받아들인다. 안전하지 않은 호스트의 대역폭 예약을 막기 위하여, 대역폭을 예약하기 위한 허가를 가진 호스트 리스트("등록된 호스트")의 사용이 이미 생각되었다. 그러나 안전하지 않은 호스트의 대역폭 요청을 막는다는 사실은 올바른 대역폭 예약에서 성능저하(degradation)를 일으킬 수 있는, 이들 동일 호스트가 높은 우선순위를 가진 트래픽을 송신하지 않도록 막지 않는다는 것이다.

대역폭 관리 시스템은 대역폭을 예약하고, 우선순위를 가진 트래픽을 송신하고, 그리고 비등록 호스트의 예약 트래픽 송신을 막기 위하여 허가를 가진 액세스 호스트 리스트를 동적 방식으로 관리하기 위한 메카니즘을 제공한다.

이 기능성은 주어진 물리적 포트를 위한 트래픽과 소정 유형의 트래픽을 차단하기 위하여 네트워크 핵심 설비의 능력을 사용한다. 대역폭을 예약하기를 원하는 호스트의 등록은 아래의 절차를 따른다:

1. 시스템 초기화: 네트워크 핵심 설비의 각 항목의 각 포트는 트래픽의 "최상 노력" 유형인 최저 우선순위를 제외한 우선순위를 가진 모든 유형의 트래픽을 차단한다. 액세스 리스트는 재설정된다: 비게 된다.

이 단계에서, 호스트는 관리 트래픽이 차단됨에 따라 임의 대역폭 예약 요청을 송신할 수 없다. 우선순위를 포함한 트래픽이 또한 차단된다

2. 대역폭을 예약하기를 원하는 호스트는 "최상 노력" 트래픽으로서 대역폭 관리자에게 등록 요청을 송신함으로써 미리 그자체를 대역폭 관리자에게 등록해야 한다.

3. 관리자는 등록 요청을 수신하고, 기본으로서 그의 액세스 정책을 사용함으로써 이 호스트의 예약 대역폭 요청의 허용 여부를 결정한다.

4. 대역폭 관리자가 호스트의 대역폭 예약을 허용한다면, 액세스 리스트로 그의 신원을 추가하고, 호스트가 연결된 네트워크 핵심 설비의 포트상에 관리 트래픽을 차단해제(unblock)한다.

이 단계에서, 호스트는 관리 트래픽을 송신함에 따라 예약 대역폭을 요청할 수 있다. 그러나 우선순위를 가진 트래픽이 호스트가 연결된 네트워크 핵심 설비의 포트상에스 여전히 차단되므로 예약 트래픽을 송신할 수 없다.

일단 호스트가 등록되면, 대역폭 관리자는 전술한 바와 같이 상이한 유형의 대역폭 예약을 처리한다. 예약 요청이 승인될 때, 대역폭 관리자는 이미 주장된 작업에 추가적으로 호스트가 연결된 네트워크 핵심 설비의 포트상에 요청된 트래픽 유형을 차단해제한다.

이 단계에서, 호스트는 비예약 트래픽, 대역폭 예약 요청, 그리고 대역폭 예약을 요청했던 트래픽을 송신할 수 있다.

본 발명은 상기에서 예로서 설명되었다. 당업자는 본 발명의 범주를 벗어나지 않으면서 본 발명의 변형을 행할 수 있다는 것을 이해한다.

Claims (9)

1. 대역폭 예약 프로토콜을 구현하며 적어도 하나의 호스트에 연결된 중앙 대역폭 관리자(centralised bandwidth manager)를 구비한 통신 네트워크에서의 대역폭 예약 시스템으로서,

   외부 엔티티는 네트워크 논리 토폴로지(topology)의 갱신 뷰를 상기 중앙 대역폭 관리자에게 제공하고,

   상기 중앙 대역폭 관리자는, 소정 트래픽 클래스(class of traffic)를 위한 소스와 목적지 간의 대역폭 예약 요청의 수신시에 알고리즘을 사용하여 상기 소스와 상기 목적지 간의 현 네트워크 경로를 계산하기 위한 수단- 상기 경로는 상기 네트워크의 적어도 하나의 링크를 차용(borrow)함 -과, 상기 경로의 각 링크상에서, 상기 요청된 예약에서의 요청된 트래픽 클래스를 위해 사용가능한 충분한 대역폭이 있음을 검증하기 위한 수단을 포함하는 대역폭 예약 시스템.
2. 제1항에 있어서,

   상기 알고리즘은 다익스트라(Dijkstra) 알고리즘의 단순 버전인 대역폭 예약 시스템.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 대역폭 양에 관한 검증이 긍정적인 결과이면, 상기 대역폭은 승인되고 상기 대역폭 관리자는 각 네트워크 링크상에 대역폭을 예약하는 대역폭 예약 시스템.
4. 제3항에 있어서,

   상기 중앙 관리자는 대역폭 예약 동안에, 그 자신의 정보를 갱신하고, 예약에 관여한 네트워크 설비의 각 항목에 네트워크 정책을 적용하기 위한 수단을 포함하는 대역폭 예약 시스템.
5. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서,

   상기 중앙 대역폭 관리자는 대역폭 예약의 수용 여부를 대역폭 예약을 요청한 호스트에게 통보하기 위한 수단을 포함하는 대역폭 예약 시스템.
6. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서,

   상기 대역폭 예약 프로토콜은 대역폭을 예약하기를 원하는 네트워크의 호스트에 의해 알려지는 대역폭 예약 시스템.
7. 제1항 또는 제6항 중의 어느 한 항에 있어서,

   상기 토폴로지는 네트워크 노드 리스트와 네트워크 논리 링크의 형태를 가지는 대역폭 예약 시스템.
8. 제1항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서,

   적용 요건에 따라 대역폭을 예약하기 위한 수단을 포함하는 대역폭 예약 시스템.
9. 통신 네트워크에서, 대역폭 예약 프로토콜을 구현하고 적어도 하나의 호스트에 연결된 통신 장치로서,

   외부 엔티티로부터 네트워크 논리 토폴로지의 갱신 뷰를 수신하기 위한 수단과,

   소정 트래픽 클래스를 위한 소스와 목적지 간의 대역폭 예약 요청의 수신시에, 알고리즘을 사용하여 상기 소스와 상기 목적지 간의 현재 네트워크 경로를 계산하기 위한 수단- 상기 경로는 상기 네트워크의 적어도 하나의 링크를 차용함 -과,

   상기 경로의 각 링크상에서, 요청된 예약에서 요청된 트래픽 클래스를 위해 사용가능한 충분한 대역폭이 있음을 검증하기 위한 수단

   을 포함하는 통신 장치.

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