MPLS ATM 시스템에서 응용 기반 차별화 서비스를 지원하는 포워딩엔진 및 복구 기법 = (A)forwarding engine and a restoration technique supporting application-based differential services in MPLS ATM system

국문 초록 (Abstract)

차별화 서비스를 MPLS ATM망에서 수용하기 위해서는 기존의 MPLS ATM 시스템 뿐만 아니라 기존의 라우터들도 모두 통합 서비스나 차별화 서비스를 수행할 수 있도록 교체되어야 한다. 하지만 현재의 차별화 서비스를 지원하지 않는 라우터들을 모두 차별화 서비스를 지원하는 라우터들로 교체하는 것은 엄청난 비용이 들것이며, 차별화 서비스를 구현하는 시간도 많이 소요될 것이다.
본 논문은 최선형 서비스만을 수용하는 기존의 라우터로 부터 전달된 패킷들의 목적지 주소와 포트 번호를 이용하여 사용되는 응용을 구별하고, 응용의 종류에 따라서 차별화 서비스를 지원하는 응용 기반 포워딩 엔진 설계에 대해 연구하였다. MPLS ATM 시스템에서 이 차별화 서비스를 지원하기 위해서 기존의 LDP(Label Distribution Protocol)를 이용하여 각 FEC(Forwarding Equivalence Class)에 서비스 클래스별로 LSP(Label Switched Path)를 설정하고 제어하는 방법과 응용 범주에 따라서 적합한 차별화 서비스를 선택하여 ATM 헤더중 CLP(Cell Loss Priority) 값을 마킹하는 알고리즘을 제안한다. 응용의 범주는 지연 시간과 처리 성능의 특성에 따라 분류하였고, 분류된 응용 범주를 차별화 서비스에 매핑하는 방법을 기술한다. 그리고 기존의 MPLS ATM 시스템의 변경을 최소화하여 구현할 수 있는 응용 기반 포워딩 엔진의 설계 기법을 제안한다. 또한 제안한 포워딩 알고리즘과 기존 포워딩 알고리즘의 지연 시간, 처리율 및 손실율을 비교하여 우선 순위가 높은 응용 범주에 대해 제안한 포워딩 알고리즘의 성능 결과가 우수함을 보인다.
한편, MPLS 망에서 망 장애로 인하여 장시간 서비스를 제공하지 못할 경우 사용자에게 치명적인 손실을 안겨줄 수 있을 뿐만 아니라 망 사업자의 수입에 결정적인 영향을 미치게 된다. 특히 고속 패킷 교환 장치와 고밀도 파장 분할 다중화(Dense Wave Division Multiplexing : DWDM) 기반의 광 인터넷이 구축될 경우 라우터 간 하나의 광 케이블을 통해서 수 십만 혹은 그 이상의 트래픽 흐름이 전달되고 있기 때문에 한 물리 링크의 장애는 수 많은 사용자의 서비스를 불통 상태로 만들어 버리게 되어 막대한 데이터의 손실을 초래하게 된다.
본 논문에서는 MPLS ATM망에서 링크 장애시에 노드 내에서 작업 경로의 이중화를 통하여 경로를 복구하는 방법에 대하여 연구하였다. 기존의 경로 복구 방법은 링크 장애시에 트래픽의 우선 순위에 관계없이 동일하게 복구 경로로 전송되는 방법이다. 반면에, 본 논문에서 제안한 이중화 경로 설정 장애 복구 방법은 우선 순위가 높은 트래픽이 전송되는 작업 경로에 대해서 이중화 경로를 설정하여 링크 장애시에 우선 순위가 높은 트래픽은 복구 경로로 전송하지 않고 이중화 경로를 이용한 빠른 복구 경로로 전송함으로써 우선 순위가 낮은 트래픽에 대해 차별화를 두기 위한 방법이다. 그리고 기존의 경로 복구 방법은 어떤 노드에서 링크 장애가 발생하면 반드시 입구 노드에서 복구 경로로 트래픽을 전송해야 하기 때문에 연결이 복구되는데 시간이 많이 소요되는 문제점이 있으나 이에 반해 제안된 장애 복구 방법은 해당 노드에서 이중화된 경로로 트래픽을 전송할 수 있어 신속히 연결이 복구되는 장점을 갖는다. 따라서, 전송 지연 시간을 최소로 하고 전송 손실율도 최소로 하여 전송되어야 할 가장 높은 우선 순위의 데이터를 위한 경로 복구 방법으로는 매우 효율적이다. 또한 이중화 경로를 이용한 복구 시스템의 성능을 분석하고, 우선 순위가 높은 트래픽에 대해서 제안한 경로 복구 방법이 기존 방법보다 복구 성능이 우수함을 시뮬레이션을 통하여 제시한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

For accommodating differential services in MPLS ATM network, all of the existing MPLS ATM systems and the existing routers must be replaced by new systems and routers, which are able to process IntServ or DiffServ. However, the cost and time for that the current routers are replaced by the new routers to support the differential service will be very heavy and long, respectively. This paper is for the study on a forwarding engine supporting differential service according to application categories, which is discriminated using destination address and port number of transferred packet from the existing routers. In order to support this differential service in the MPLS ATM system, a LSP control method and an application-based marking algorithm are suggested. The LSP control method establishes several different LSPs for each FEC(Forwarding Equivalence Class) according to the service class using the existing LDP(Label Distribution Protocol). The application-based marking algorithm chooses a proper differential service depending on the application category and marks the CLP(Cell Loss Priority) field of ATM cells. Application categories are classified into four categories in terms of the delay and throughput requirement. And a proper mapping method between the application category and the differential service class is described. Also a design scheme of the forwarding engine, which can be easily implemented with a minimum modification of existing MPLS ATM systems is proposed. We show that the best simulation result of high priority application category is gained when the proposed forwarding algorithm is compared with the existing forwarding algorithms.
In the meantime, MPLS network gives not only a fatal harm to user but also a critical influence on the income of network provider when it does not provide a long service because of network obstacle. In particular, the obstacle of physical link is caused to lose the vast data to making users’ service prevented because the tons of traffic flow is transmitted through one optical cable between routers when the optical Internet based on high speed packet exchange device and DWDM(Dense Wave Division Multiplexing) is constructed.
In this paper, we have researched on a path restoration method through duplication of working path within nodes when link obstacle is created in MPLS network. The existing path restoration is a method to transmit the traffics to the restoration path uniformly in regardless of the traffic priority while link obstacle. On the other hand, the restoration method suggested in this paper transmits the high priority traffic through the quick restoration path used the duplication path during link obstacle and make the difference between the high priority traffic and the low priority traffic. And the existing path restoration method has a problem to take a long time to restore the connection because it has to transmit traffic to the restoration path from the entrance node when link obstacle is created at some nodes, but the proposed obstacle restoration method here has a strong point to transmit the traffic through the duplication path at the right node and restore the connection quickly accordingly. Consequently, it is a very effective method as a path restoration for the high priority traffic to be transmitted in order to minimize the transmission delay and its loss rate. Also, through simulation we prove that the proposed restoration method is superior in performance to several existing methods suggested so far.

목차 (Table of Contents)

• 목차
• 제1장 서론 = 1
• 제1절 연구배경 및 목적 = 1
• 제2절 연구내용 및 구성 = 3
• 제2장 관련 연구 = 6
• 제1절 MPLS = 6
• 제1항 역사적 배경 = 7
• 제2항 MPLS 망 구성 = 10
• 제3항 레이블(Label) = 11
• 제4항 FEC(Forwarding Equivalence Class) = 12
• 제5항 MPLS 동작 = 13
• 제2절 차별화 서비스 모델 = 15
• 제1항 차별화 서비스 영역 = 16
• 제2항 차별화 서비스를 위한 구성 요소 = 17
• 제3항 PHB(Per-Hop Behaviors) = 18
• 제3절 망 복구 기능 및 구조 = 22
• 제1항 각 계층에서의 망 복구 기능 = 22
• 제2항 복구 경로 설정 모델 = 27
• 제3항 복구 범위 = 29
• 제4항 경로 매핑 = 31
• 제5항 망 복구 단계 = 33
• 제6항 복구 알고리즘의 분류 = 34
• 제3장 응용 기반 차별화 서비스 지원 포워딩 엔진 = 37
• 제1절 MPLS ATM 시스템 = 37
• 제1항 MPLS ATM 시스템의 구성 = 37
• 제2항 포워딩 정보 테이블 구성 절차 = 39
• 제3항 차별화 서비스 지원을 위한 LSP 연결 제어 = 41
• 제2절 응용 기반 차별화 서비스 지원 포워딩 엔진 설계 = 44
• 제1항 응용 범주 = 44
• 제2항 응용 범주의 차별화 서비스 매핑 = 45
• 제3항 응용 기반 마킹 알고리즘 = 47
• 제4항 응용기반 차별화 서비스 지원 포워딩 엔진 모델 = 49
• 제3절 성능 분석 = 51
• 제1항 LER 포워딩 엔진 모델 = 51
• 제2항 LER-LSR 포워딩 엔진 모델 = 64
• 제4장 경로 이중화를 이용한 경로 복구 방법 = 71
• 제1절 기존 망 복구 방법 = 71
• 제1항 사전 설정(Pre-Established) 방법 = 72
• 제2항 요구시 설정(Established-on Demand) 방법 = 74
• 제2절 MPLS ATM 망 구성 = 75
• 제3절 이중화 경로 설정 = 76
• 제4절 장애 검출 및 경로 복구 방법 = 79
• 제5절 수치적 성능 분석 = 81
• 제6절 시뮬레이션 분석 = 85
• 제5장 성능 평가 = 88
• 제1절 실험 환경 = 88
• 제2절 실험 가정 및 매개 변수 = 89
• 제1항 실험 가정 = 89
• 제2항 실험 매개 변수 = 90
• 제3절 실험 모델 = 93
• 제1항 작업 경로 및 이중화 경로의 비교 모델 = 93
• 제2항 기존 복구 기법을 적용한 모델 = 95
• 제3항 차별화 서비스를 적용한 모델 = 98
• 제4절 작업 경로 및 이중화 경로의 평균 대기 시간 비교 = 100
• 제5절 기존 복구 기법과 평균 대기 시간 비교 = 102
• 제6절 차별화 서비스 적용시 평균 대기 시간 비교 = 105
• 제6장 결론 = 107
• 참고문헌 = 109
• ABSTRACT = 113