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KR100603567B1 - 스위치에서의 대역폭 예약을 통한 ＱｏＳ 보장 방법 및 그시스템 - Google Patents

스위치에서의 대역폭 예약을 통한 ＱｏＳ 보장 방법 및 그시스템 Download PDF

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KR100603567B1
KR100603567B1 KR1020040070085A KR20040070085A KR100603567B1 KR 100603567 B1 KR100603567 B1 KR 100603567B1 KR 1020040070085 A KR1020040070085 A KR 1020040070085A KR 20040070085 A KR20040070085 A KR 20040070085A KR 100603567 B1 KR100603567 B1 KR 100603567B1
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South Korea
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terminal
voip
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switch
packet
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이대현
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삼성전자주식회사
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Publication date
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Abstract

본 발명은 스위치의 각 포트에 연결된 단말들의 맥 어드레스와 해당 단말이 VoIP 단말인지 여부를 표시하는 식별자를 포함하는 맥 테이블을 구축하는 단계와, 맥 테이블의 정보에 의거하여 각 포트당 필요한 VoIP 대역폭을 산출하고, 전체 대역폭과 전체 대역폭에서 VoIP 대역폭을 제외한 대역폭의 비율을 산출하여 스위치의 포트 레이트로 설정하는 단계와, 스위치에 임의의 패킷이 입력되는 경우, 해당 패킷의 맥 주소를 필터링하여 VoIP 패킷인지 여부를 판단하는 단계와, 판단결과 VoIP 패킷인 경우 해당 패킷을 통과시키고 판단결과 VoIP 패킷이 아닌 경우 포트 레이트 제어를 수행하여 해당 패킷의 대역폭이 설정된 포트 레이트의 허용범위 이내인 경우에만 해당 패킷을 통과시키는 단계를 포함하는 스위치에서의 대역폭 예약을 통한 QoS 보장 방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 통신 제 2 계층의 스위치에서도 대역폭 예약 방식에 의해 VoIP 의 QoS를 효과적으로 보장할 수 있게 된다.
맥어드레스, 대역폭, 예약, QoS, VoIP, 스위치, 맥테이블

Description

스위치에서의 대역폭 예약을 통한 ＱｏＳ 보장 방법 및 그 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR QUALITY OF SERVICE USING BANDWIDTH RESERVATION IN SWITCH}
도 1은 일반적인 랜의 시스템 구성도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 통신 시스템의 구성도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 맥 테이블의 예시도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 통신 시스템에서 VoIP 패킷에 대역폭을 할당하기 위한 동작 흐름도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 맥 테이블을 생성하는 흐름도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 MAC 필터링을 통한 대역폭 할당 흐름도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 교환 시스템 110 : VoIP 시그널링 게이트웨이
120 : VoIP 미디어 게이트웨이 130 : 라우터 모듈
140 : 스위치 모듈 150 : VoIP 단말
본 발명은 VoIP(Voice of Internet Protocol)에서 QoS(Quality of Service)를 보장하는 기술에 관한 것으로, 상세하게는 제 2 계층에서 대역폭을 예약함으로써 VoIP의 QoS를 보장하는 방법 및 그 시스템에 관한 것이다.
QoS는 특정한 응용 프로그램에 필요한 서비스 레벨을 가리킨다. IP 기반의 인터넷망은 Best effort 데이터 전송 서비스 제공하기 때문에 서비스의 고품질을 보장하지 못한다. 그러나, VoIP 구현을 위해 IP 네트워크상에서의 QoS의 보장이 필수적이다.
종래에 QoS를 보장하기 위한 기술에는 제 3 계층(layer 3)에서 다양한 큐잉 방법을 통해 우선순위 큐잉을 활용하는 차별 서비스 프로토콜(Diffserv:Differentiated Services)과 대역폭을 보장하는 자원예약 프로토콜(RSVP:Resource Reservation Protocol)이 사용되고 있다.
한편, 제 2 계층에서는 QoS를 보장하기 위한 방식으로 802.1p를 활용한 우선순위(priority) 방식만이 소개되고 있을 뿐, 대역폭의 보장을 통한 QoS보장 방법은 소개되지 않은 상태이다.
VoIP의 경우에 최적의 음질을 보장하기 위해서 충분한 대역폭을 보장하는 것이 필요하다. 그러나, VoIP에서 일반 데이터 서비스와 대역폭을 공유함으로써 대역폭을 가변적으로 사용하는 서비스로 인한 대역폭 폭주 현상으로 인하여 VoIP 서비스를 위한 최소한의 대역폭을 보장 받지 못하게 되는 경우가 종종 발생하게 된다.
이러한 현상은 동일 스위치에 존재하는 VoIP 단말간에는 와이어 속도(wire speed)를 보장하는 스위치 특성상 문제점이 없지만, 다른 스위치에 존재하는 VoIP단말간에는 스위치의 업링크(uplink)의 대역폭 한계성으로 인하여 종종 발생하게 된다.
물론 허브를 사용하는 경우는 동일 허브에 위치하는 VoIP단말간에도 발생하게 된다. 이 경우 대역폭 상실로 인하여 VoIP 패킷의 손실(loss) 및 지연(delay)이 증가하게 되고, 가변적인 데이터 서비스에 의한 지터(jitter)의 증가로 인하여 VoIP 음질에 막대한 영향을 끼치게 된다.
도 1은 일반적인 랜의 시스템 구성도이다.
도 1을 참조하면 하나의 백본 스위치(Backbone Switch)(10)에 스위치 a(20), 스위치b(30), 스위치c(40), 스위치d(50) ... 스위치 x(60)의 여러 스위치가 연결되어 있다. 백본 스위치(10)에는 PC와 같은 데이터 단말(7)도 연결되어 있다.
또한 스위치a(20) 및 스위치b(30)에는 다양한 데이터 단말들(1, 2, 3, 8, 9)이 연결되어 있다. 이 데이터 단말에는 IP Phone, PC, PDA 등등이 있을 수 있다.
스위치a(20)에는 또다른 스위치 a'(21), 스위치b'(22)가 연결되어 있고, 스위치a'(21)에는 스위치a''(21a), 스위치b''(21b)가 연결되어 있다.
이와 같이 하나의 스위치에 여러 개의 스위치를 연결하고, 그 스위치에 또 다른 스위치들을 연결하여 계속적으로 확대해 나갈 수 있다.
한편, 스위치a(20)의 업링크가 100M를 지원하고, 스위치a'(21)와 스위치b'(22)도 각 업링크로 100M의 대역폭을 갖는다고 가정할 경우, 스위치a''(21a)에 연결된 PC#5(4)에서 스위치a(20)에 연결된 PC #1(2)로 다량의 데이터를 전송할 때 발생될 수 있는 문제점을 생각해보자.
이러한 경우 스위치a''(21a) 및 스위치a'(21)의 업링크가 각각 100M로 제한되어 있기 때문에 스위치a(20)와 스위치a'(21)에 연결된 단말들과 스위치a''(21a) 또는 스위치b''(21b)에 연결된 다른 단말들간의 데이터 전송 서비스를 하려 할 때 심각한 데이터 혼잡 현상이 발생하게 된다.
이는 대역폭 부족으로 인하여 발생하는 것으로 IP Phone #1(1)과 IP Phone #3(5)간의 VoIP 서비스를 제공하려고 할 때 음질에 막대한 영향이 끼치게 되는 것이다.
특히, TCP 프로토콜을 사용하는 데이터 서비스의 경우 흐름제어(flow control)를 위해서 윈도우 사이즈(window size)를 변경하게 되는데, 이는 가변적으로 대역폭을 사용하는 것이 되고, 이는 VoIP서비스에서 가장 음질에 영향을 많이 주는 지터(jitter)를 증가시키는 문제점이 있다.
본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 통신 제 2 계층(Layer2)의 스위치에서 대역폭 예약(reservation)기능을 수행하여 VoIP QoS를 보장하는 방법 및 그 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 의하면, 스위치의 각 포트에 연결된 단말들의 맥 어드레스와 해당 단말이 VoIP 단말인지 여부를 표시하는 식별자를 포함하는 맥 테이블을 생성하는 단계와, 맥 테이블의 정보에 의거하여 각 포트당 필요한 VoIP 대역폭을 산출하고, 전체 대역폭과 전체 대역폭에서 VoIP 대역폭을 제외한 대역폭의 비율을 산출하여 스위치의 포트 레이트로 설정하는 단계와, 스위치에 임의의 패킷이 입력되는 경우, 해당 패킷의 맥 주소를 필터링하여 VoIP 패킷인지 여부를 판단하는 단계와, 판단결과 VoIP 패킷인 경우 해당 패킷을 통과시키고 판단결과 VoIP 패킷이 아닌 경우 포트 레이트 제어를 수행하여 해당 패킷의 대역폭이 설정된 포트 레이트의 허용범위 이내인 경우에만 해당 패킷을 통과시키는 단계를 포함하는 스위치에서의 대역폭 예약을 통한 QoS 보장 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 스위치의 각 포트에 연결된 단말들의 맥 어드레스와 해당 단말이 VoIP 단말인지 여부를 표시하는 식별자를 포함하는 맥 테이블을 구축하여, 임의의 패킷이 입력되는 경우, 해당 패킷의 발신지 맥 주소를 필터링하여 맥 테이블에 의거하여 VoIP 패킷으로 판단되면 스위치에 예약된 대역폭을 할당하여 해당 패킷처리를 수행하는 교환 시스템과, 교환 시스템의 스위치에 연결되어 교환 시스템으로부터 IP 어드레스를 할당받고 교환 시스템의 맥 테이블에 등록된 자신의 맥어드레스를 통해 교환 시스템의 스위치에 예약된 대역폭을 이용하여 설정된 QoS를 보장받는 적어도 하나 이상의 VoIP 단말을 포함하는 통신 시스템을 제공한다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 스위치의 각 포트에 연결된 단말들의 맥 어 드레스와 해당 단말이 특정 단말인지 여부를 표시하는 식별자를 포함하는 맥 테이블을 구축하는 단계와, 맥 테이블의 정보에 의거하여 각 포트당 필요한 예약 대역폭을 산출하고, 전체 대역폭과 전체 대역폭에서 예약 대역폭을 제외한 대역폭의 비율을 산출하여 스위치의 포트 레이트로 설정하는 단계와, 스위치에 임의의 패킷이 입력되는 경우, 해당 패킷의 맥 주소를 필터링하여 특정 단말의 패킷인지 여부를 판단하는 단계와, 판단결과 특정 단말의 패킷인 경우 해당 패킷을 통과시키고 판단결과 특정 단말의 패킷이 아닌 경우 포트 레이트 제어를 수행하여 해당 패킷의 대역폭이 설정된 포트 레이트의 허용범위 이내인 경우에만 해당 패킷을 통과시키는 단계를 포함하는 스위치에서의 대역폭 예약을 통한 QoS 보장 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 스위치의 각 포트에 연결된 단말들의 맥 어드레스와 해당 단말이 특정 단말인지 여부를 표시하는 식별자를 포함하는 맥 테이블을 구축하여, 임의의 패킷이 입력되는 경우, 해당 패킷의 발신지 맥 주소를 필터링하여 맥 테이블에 의거하여 특정 단말의 패킷으로 판단되면 스위치에 예약된 대역폭을 할당하여 해당 패킷처리를 수행하는 교환 시스템과, 교환 시스템의 스위치에 연결되어 교환 시스템으로부터 IP 어드레스를 할당받고 교환 시스템의 맥 테이블에 등록된 자신의 맥어드레스를 통해 교환 시스템의 스위치에 예약된 대역폭을 이용하여 설정된 QoS를 보장받는 적어도 하나 이상의 통신 단말을 포함하는 통신 시스템을 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일시예에 따른 스위치에서의 대역폭 예약을 통한 QoS 보장 방법 및 그 시스템을 상세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 통신 시스템의 구성도이다.
도 2를 참조하면 본 발명의 일실시예에 따른 통신 시스템은 VoIP 시그널링 게이트웨이(VoIP Signaling G/W)(110)와 VoIP 미디어 게이트웨이(VoIP Media Gateway)(120)와, 라우터 모듈(130)과, 스위치 모듈(140)로 이루어지는 교환 시스템(100)과, 교환 시스템의 스위치 모듈(140)에 연결되는 VoIP 단말(200)로 이루어진다.
교환 시스템(100)은 스위치 모듈(140)의 각 포트(port)에 연결된 단말들의 맥 어드레스들로 이루어지는 맥 테이블을 생성하여 그 맥 테이블에 기반하여 스위치 모듈(140)의 포트 레이트 제어(port rate control)를 수행함으로써, 스위치 모듈(140)에서 할당가능한 전체 대역폭중에서 특정한 맥 어드레스를 가지는 패킷들을 처리하기 위한 대역폭을 미리 할당하여 필요한 포트 레이트를 보장하고, 이 특정한 맥 어드레스를 VoIP 단말의 맥 어드레스로 지정하도록 한다.
여기에서, 포트 레이트(port rate)는 최대 데이터 전송 대역폭에 대하여 실제적으로 사용이 허가된 데이터 전송 대역폭의 비율을 의미하며, 포트 레이트 제어(port rate control)는 그 포트 레이트를 상황에 맞게 설정하는 것을 의미한다. 예를 들어, 100M 전송 대역폭을 지원하는 스위치에서 포트 레이트가 80%로 설정되는 경우에는 최대 데이터 전송 대역폭은 100M이지만, 실제 사용이 허가된 데이터 전송 대역폭은 80M 임에 따라 80M 이하의 데이터만 전송이 허용되고, 그 이상은 데이터의 전송이 제약을 받게 된다.
이와 같이 교환 시스템(100)은 스위치 모듈(140)에 연결된 VoIP 단말의 맥 어드레스를 맥 테이블로 관리하여 VoIP 단말들(200)에 대하여는 별도의 대역폭을 할당하여 놓음으로써 제 2 계층에 속하는 스위치 모듈(140)에서도 VoIP 패킷에 대한 대역폭을 예약할 수 있다.
이를 위해서는 VoIP 단말(200)을 교환 시스템(100)에서 인식하여야 한다.
이에 따라 본 발명에 따른 통신 시스템에서는 본 발명에 따른 교환 시스템(100)에서는 DHCP 서버 모듈을 구동하고, VoIP 단말(200)에는 DHCP 클라이언트 모듈을 구동하고, DHCP의 호스트 필드(host field)를 이용하여 교환 시스템(100)이 VoIP 단말(200)을 인식할 수 있도록 하였다.
교환 시스템(100)은 콜서버의 기능과 데이터 서버의 기능이 일체형으로 구성된 것으로, VoIP 시그널링 게이트웨이(VoIP Signaling G/W)(110)와 VoIP 미디어 게이트웨이(VoIP Media Gateway)(120)는 콜서버의 기능을 수행하며, 라우터 모듈(130)과, 스위치 모듈(140)은 데이터 서버의 기능을 수행한다.
VoIP 시그널링 게이트웨이(VoIP Signaling G/W)(110)는 음성 스위칭 기능과 신호 처리, 가입자 단말 관리 기능을 수행한다. 아울러, G.729, G.723, G.726, G.711 의 음성 코덱별 필요한 대역폭에 대한 정보를 가지고 있다.
VoIP 미디어 게이트웨이(VoIP Media Gateway)(120)는 음성을 데이터로 변환하여 데이터 망을 통하여 송수신하는 기능을 제공하는 모듈로서 최대 16 채널을 제공하며 G.729, G.723, G.726, G.711 의 음성 압축 복원 기능을 제공한다. VoIP 기능을 제공하여 하나의 보드 내에서 클라이언트와 서버를 동시에 수행한다.
라우터 모듈(130)은 외부의 인터넷과 데이터 송수신을 하기 위한 모듈로서 다양한 외부 인터페이스뿐 만 아니라 내부 망과의 연결을 위한 포트도 제공한다.
라우터 모듈(130)은 DHCP 서버 모듈을 구동하여 VoIP 시그널링 게이트웨이(VoIP Signaling G/W)(110)와 VoIP 미디어 게이트웨이(VoIP Media Gateway)(120)와, VoIP 폰(200)의 IP를 통합하여 관리한다.
VoIP 시그널링 게이트웨이(VoIP Signaling G/W)(110)는 DHCP 클라이언트 모듈을 구동하여 라우터 모듈(130)로부터 IP 주소를 할당 받아서 동작한다. 이 경우, 라우터 모듈(130)은 DHCP 요구 정보의 호스트 ID 로부터 VoIP 시그널링 게이트웨이(VoIP Signaling G/W)임을 인식하고 DHCP 할당 테이블에 지정된 IP 주소를 할당한다. 여기에서 VoIP 시그널링 게이트웨이(VoIP Signaling G/W)(110)는 DHCP에 의한 동적 할당 방식이 아닌, 고정 IP 주소에 의해서도 동작 가능하다.
VoIP 미디어 게이트웨이(VoIP Media Gateway)(120)도 수동으로 IP 주소를 설정하지 않고, 라우터 모듈(130)로부터 IP 주소를 동적으로 할당받아 동작시킬 수 있다.
라우터 모듈(130)은 스위치 모듈(140)을 제어하여 제 2 계층의 스위치에 대한 관리 기능을 수행하여 스위치 모듈(140)의 각 포트당 연결된 단말들의 맥 어드레스 정보를 포함하는 맥 테이블을 구성하여 관리한다.
라우터 모듈(130)은 맥 테이블을 구성하기 위해 해당 단말이 VoIP 단말인지 여부를 판단하고, 스위치 모듈(140)이 각 단말로부터 읽어들여(learning) 저장하고 있는 각 단말의 MAC 어드레스를 읽어들여, 스위치의 각 포트별로 해당 포트에 연결된 단말의 맥 어드레스와, 해당 단말이 VoIP 단말임을 표시하는 VoIP 단말 표시 필 드(terminal indication field)를 포함하는 맥 테이블을 생성한다.
라우터 모듈(130)은 맥 테이블을 구성할 때 스위치 모듈(140)의 각 포트에서 읽어들인 해당 포트에 연결된 단말들의 맥 어드레스를 해당 포트별로 정렬하고, 해당 포트에 연결된 각 단말이 VoIP 단말인 경우에 이를 표시하기 위하여 플래그(FLAG)를 설정한다.
스위치 모듈(140)은 각 포트에 단말(200)이 연결되어 각 단말(200)로부터 전달되는 데이터들을 라우터 모듈(150)을 통해 다른 시스템으로 전송하는 기능을 수행하는 통신 제 2 계층의 스위치이다.
VoIP 단말(200)은 스위치 모듈(140)에 직접 또는 허브를 통하여 연결된다. 이때 VoIP 단말(200)은 스위치 모듈(140)에 자신이 VoIP 단말임을 알리는 정보를 전송해야 한다.
VoIP 단말(200)은 자신이 VoIP 단말(200)이라는 사실을 표시하기 위한 정보를 스위치 모듈(140)을 통해 라우터 모듈(150)에 전송해야 한다. VoIP 단말(200)은
라우터 모듈(150)과 DHCP 절차를 수행할 때 라우터 모듈(150)에 전송하는 DHCP 메시지의 필드중에서 호스트 네임을 표기하는 옵션 13 필드를 이용하여 해당 필드에 "VoIP-xxx"라는 식별정보를 포함하여 전송한다.
이때 해당 필드에 설정되는 "VoIP-xxx"라는 식별정보는 해당 VoIP 단말이 제조될 때 단말의 ROM에 설정되는 단말의 기종정보이다. 따라서, 해당 VpIP 단말은 전원이 인가되어 로딩을 수행하여 DHCP 절차를 수행하게 되면 ROM에 저장된 자신의 단말정보를 읽어들여 라우터 모듈(150)에 전송하는 DHCP 메시지의 필드중에서 호스 트 네임을 표기하는 옵션 13 필드에 ROM에서 읽어들인 단말 정보를 설정하여 전송한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 맥 테이블의 예시도이다.
도 3을 참조하면, 포트 0번 부터 포트 15번까지 각 포트에 연결된 단말의 맥어드레스와, 각 단말이 VoIP 단말인지 여부를 표시하는 플래그가 표시되어 있다.
여기에서 플래그가 "1"로 표시된 단말은 VoIP 단말이고, "0"으로 표시된 단말은 VoIP 단말이 아닌 일반 데이터 단말이다. 이 정보는 맥 필터링을 활용한 포트 레이트 제어에서 사용한다.
좀더 상세히 살펴보면, 포트 0번에는 00:00:F0:12:34:56의 맥 어드레스를 가지는 단말과, 00:00:F0:23:45:67의 맥 어드레스를 가지는 단말이 연결되어 있음을 알 수 있다. 이때, 이 두 단말의 플래그가 "0"으로 표시되어 있으므로 이 두 단말은 VoIP 단말이 아닌 일반 단말임을 알 수 있다.
한편, 포트 3번에는 00:00:F0:11:22:33의 맥 어드레스를 가지는 단말과, 00:00:F0:AA:BB:CC의 맥 어드레스를 가지는 단말이 연결되어 있음을 알 수 있다. 이때, 00:00:F0:11:22:33의 맥 어드레스를 가지는 단말은 플래그가 "1"로 표시되어 있으므로 VoIP 단말임을 알 수 있고, 00:00:F0:AA:BB:CC의 맥 어드레스를 가지는 단말은 플래그가 "0"으로 표시되어 있으므로 VoIP 단말이 아닌 일반 단말임을 알 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 통신 시스템에서 VoIP 패킷에 대역폭을 할당하기 위한 동작 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 라우터 모듈(130)에는 DHCP 서버 모듈이 구동되고, VoIP 단말(100)을 포함하여 스위치 모듈(140)에 연결되는 단말에는 DHCP 클라이언트 모듈이 구동된다. 따라서 라우터 모듈(130)은 자신이 저장하고 DHCP 할당 IP 어드레스 중에서 임의의 IP 어드레스를 스위치에 연결된 각 단말에 할당하여 주는 과정을 수행한다(S100). 이러한 과정을 DHCP 절차라 한다. DHCP 절차는 크게 디스커버 과정과, 오퍼 과정과, 리퀘스트 과정과, 액크 과정으로 이루어진다.
스위치 모듈(140)에 연결된 VoIP 단말(200)을 포함하는 각 단말들은 DHCP 클라이언트로서 부팅이 시작되는 동안에는 IP 어드레스를 가지고 있지 않다. 부팅이 되고 네트워크가 시작되면 먼저 IP 어드레스를 셋팅하여 TCP/IP를 초기화하려는 시도를 한다. 그 방법으로써 DHCP 서버를 찾는 요청을 만들어서 패킷을 브로드캐스트한다. 이 과정을 디스커버(Discover)과정이라 한다.
스위치 모듈(140)에 연결된 각 단말로부터 디스커버 메시지를 받은 라우터 모듈(130)은 DHCP 서버의 기능을 수행하여 사용가능한 IP 어드레스 하나를 담은 DHCP 패킷을 만들어 스위치를 통해 각 단말에 브로드캐스트를 이용해서 전파한다. 이 과정이 오퍼(Offer)과정이다.
DHCP 서버의 기능을 수행하는 라우터 모듈(130)로부터 IP 어드레스를 받은 각 단말들이 그 즉시 이 IP 어드레스를 사용할 수 있는 것은 아니다. 스위치에 연결된 각 단말들은 서버로부터 할당받은 IP 어드레스와 이 IP 어드레스를 임대해준 서버의 IP를 담은 패킷을 만들어서 네트워크에 다시 브로드캐스트를 날린다. DHCP서버가 여러대 있어서 서버마다 클라이언트에게 각기 다른 IP 어드레스를 발송할 수 있는 상황이 있기에 이러한 작업이 진행되는 것이다. 이 과정이 할당받은 IP를 사용하겠다는 요청인 "리퀘스트(Request) 과정이다.
DHCP 클라이언트가 구동되고 있는 각 단말의 리퀘스트 브로드캐스트를 받은 라우터 모듈은 자신이 보낸 IP가 채택됨에 따라 IP임대기간, DNS, Default Gateway, WINS등의 DHCP옵션값을 담은 "확인(Acknowledgment)" 패킷을 만들어서 최종적으로 브로드캐스트한다. 이 과정이 액크(Ack) 과정이다.
이렇게 하여 스위치 모듈(140)에 연결된 각 단말들은 TCP/IP를 초기화하고, 이때부터는 IP 어드레스를 이용한 유니 캐스트(Unicast) 통신이 가능해진다. 복잡해 보일 수 있지만 이 DHCP 브로드캐스트가 네트워크에서 차지하는 것은 극히 일부분일 뿐이다. 중요한 것은 이 네가지 과정이 모두 브로드캐스트 통신이라는 것이다. 그것은 DHCP 클라이언트로 설정된 VoIP 단말이 DHCP서버로부터 IP 어드레스를 얻기 전까지는 IP 어드레스가 없다는 것에서부터 기인된다. 자신이 IP 어드레스가 셋팅되지 않은 상태이니 DHCP서버의 특정한 IP를 향해 메시지를 날리는 것은 불가능할 수밖에 없다.
한편, 스위치 모듈(140)은 각 포트에 임의의 단말들이 연결되면 각 포트에 연결된 각 단말들의 맥 어드레스를 읽어서(learning)하여 스위치 레지스터에 각각의 맥어드레스를 저장한다(S200).
라우터 모듈(130)은 각 포트별 맥 어드레스와 VoIP 단말 여부를 표시하는 플래그를 가지는 맥 테이블을 생성한다(S300).
맥 테이블을 생성하는 과정을 도 5를 참조하여 좀더 자세히 살펴보면, 라우 터 모듈(130)은 스위치 모듈(140)에 연결된 각 단말들이 로딩된 상태에서 DHCP 절차를 수행하여 자신으로부터 IP 어드레스를 할당받은 각 단말로부터 전송된 DHCP 메시지에서 해당 단말의 맥 어드레스와, DHCP 메시지의 필드에서 호스트 네임을 설정하는 옵션 13 필드에 설정된 값을 읽어(S310) 해당 단말이 VoIP 단말인지 여부를 판단한다(S320).
라우터 모듈(130)은 스위치 모듈(130)의 레지스터에 저장된 맥어드레스를 읽어 각 포트에 연결된 단말의 맥어드레스를 알아내고, 각 단말로부터 전송된 DHCP 메시지에 의해 각 단말이 VoIP 단말인지 여부를 판단한 결과에 따라 해당 단말이 VoIP 단말인 경우에는 플래그를 "1"로 설정하고(S330), 해당 단말이 VoIP 단말이 아닌 경우에는 플래그"0"으로 설정하여(S340) 맥 테이블을 생성한다(S350).
다시 도 4를 참조하면, 한편, 라우터 모듈(130)은 VoIP 시그널링 게이트웨이(VoIP Signaling G/W)(110)의 DB에 저장되어 있는 코덱 정보를 받아 맥 테이블에 저장된 정보를 기반으로 하여 각 포트당 필요한 VoIP 대역폭을 설정한다(S400). 라우터 모듈(130)이 VoIP 시그널링 게이트웨이(VoIP Signaling G/W)(110)를 통해 참조할 수 있는 코덱 정보로는 각 VoIP 단말당 필요한 RTP 대역폭이 있을 수 있다. 표 1은 VoIP 시그널링 게이트웨이(VoIP Signaling G/W)(110)의 DB에 저장되는 코덱정보이다.
Figure 112004039895776-pat00001
표 1을 참조하면, 포트 2 의 경우에 VoIP 단말이 최대 100개가 존재한다면, G.729a silence disable mode에서 멀티프레임(multiframe) 1로 서비스를 하는 경우에 필요한 대역폭이 51.2K * 100 = 5.12M이다.
또한 포트 4에서는 16채널 서비스가 가능한 미디어 게이트웨이 10대가 연결되어 있다면, 51.2K * 16 * 10 = 8.12M 의 대역폭이 필요하다. 즉, 이러한 각 포트의 대역폭 합은 스위치 업링크에서 필요로 하는 최대 대역폭 100M에서 보장되어야 한다.
즉, 필요로 하는 최대 VoIP 대역폭은 약 14M정도이므로 업링크 포트에 대해서 14%의 VoIP 대역폭은 제외한 86%로 포트 레이트 제어를 수행한다. 단, 이 때 포트 레이트 제어를 하기 전에 MAC 테이블을 기반으로 VoIP 단말이 아닌 경우에 한하여 86% 포트 레이트 제어를 수행한다.
라우터 모듈(130)은 이와 같이 산출된 포트 레이트를 스위치 모듈(140)에 설 정한다(S500).
따라서, 스위치 모듈(140)은 스위치 모듈의 각 포트에 할당된 전체 대역폭중에서 14%의 대역폭을 VoIP 단말을 위하여 별도로 여분으로 남겨놓고, 86%의 대역폭만을 VoIP 단말이 아닌 단말을 위하여 사용하게 된다.
이후, 스위치 모듈(140)은 임의의 패킷 데이터가 입력되면 맥 필터링을 수행하여 해당 패킷의 맥 어드레스에 따라 대역폭을 할당한다(S600).
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 MAC 필터링을 통한 대역폭 할당 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 임의의 패킷이 스위치 모듈(140)에 입력되면 해당 패킷을 분석하여(S610) 해당 패킷을 전송한 단말의 맥어드레스를 검출하여 해당 맥어드레스가 VoIP 단말의 어드레스인지 여부를 판단한다(S620). 판단 결과 해당 맥어드레스가 VoIP 단말의 맥어드레스인 경우에는 그대로 통과시킨다(S630).
한편, 스위치 모듈(140)에 입력된 패킷을 분석한 결과 해당 패킷을 전송한 단말의 맥어드레스가 VoIP 단말의 맥어드레스가 아닌 경우에는 포트 레이트 제어를 적용하여 현재 대역폭이 포트 레이트 제어를 위해 설정된 포트 레이트의 허용 범위에 있는지 여부를 판단하여(S640) 설정된 허용 범위에 있는 패킷에 대하여는 그대로 통과시키고, 현재 대역폭이 기설정된 포트 레이트의 허용 범위를 초과하는 경우에는 해당 패킷을 통과시키지 않고 드롭시킨다(S650).
이와 같이 VoIP 단말들이 사용할 대역폭을 별도로 할당하여 놓고, VoIP 단말들에게 할당해놓은 대역폭을 전체 대역폭으로부터 제한 대역폭만을 VoIP 단말이 아 닌 일반 단말에 할당함으로써 일반 단말이 설정된 포트 레이트를 초과함에 따라 드롭되는 상태에서라도 임의의 패킷이 VoIP 패킷이라면 해당 패킷을 통과시킴으로써 VoIP의 QoS를 보장하게 된다.
이와 같이 라우터 모듈(130)은 포트 레이트 제어를 지원하는 스위치 레지스터를 설정하기 위해 VoIP 시그널링 게이트웨이(110)로부터 수신된 VoIP 코덱 DB을 참조하여 VoIP 코덱 DB에 제시된 대역폭을 기준으로 스위치 모듈(140)에 연결된 VoIP 단말의 수에 따라 스위치 모듈(140)에 연결된 VoIP 단말에서 필요로 하는 만큼의 대역폭을 별도로 할당하여 놓고, 전체 대역폭에서 VoIP 단말을 위하여 할당해놓은 대역폭을 제외한 대역폭의 범위내에서 VoIP 단말이 아닌 일반 단말에 대하여 대역폭을 할당하도록 스위치 모듈(140)의 레지스터를 설정한다.
한편, 교환시스템의 코덱 정보가 변경되는 경우에 VoIP 시그널링 게이트웨이(110)에서는 DB변경에 대한 정보를 라우터 모듈(130)에 주게 되며, 라우터 모듈(130)에서는 스위치 모듈(140)을 재환경 설정하게 된다. 라우터 모듈(130)에서 다이나믹 비율 제어(dynamic rate control)를 지원할 수도 있으나, 스위치 모듈(140)을 제어할 때마다 스위치 칩(chip)을 재초기화(re-initialize)해야 하므로 다른 링크에 대한 QoS에 영향을 줄 수 있으므로 정적으로 시스템 DB에 따라서 설정하도록 구성하였다.
이상의 실시예에서는 스위치에서 스위치의 각 포트에 연결된 VoIP 단말에 대하여 임의의 대역폭을 예약하여 할당하기 위하여 해당 스위치의 각 포트에 연결된 VoIP 단말의 맥어드레스를 맥테이블로 생성하고, 임의 단말로부터 전송되는 패킷을 받는 경우 해당 패킷의 맥어드레스 필터링하여 해당 패킷의 맥어드레스가 맥테이블에 VoIP 단말로 설정된 맥어드레스인 경우에는 예약된 대역폭을 할당하도록 하고, 그 이외의 맥어드레스에 대하여는 설정된 포트 레이트에 따른 제어를 수행하도록 하고 있다.
이렇게 함으로써 실시간 데이터 처리가 필요한 VoIP단말에 대한 QoS를 보장할 수 있게 한 것이다.
아울러, 본 발명은 스위치에 연결된 VoIP 단말에 대역폭을 예약하여 할당하는 것에 국한하지 않고, 굳이 VoIP 단말이 아닌 경우라도 시스템 운용의 필요에 따라 스위치에 연결된 임의의 단말에 대하여 해당 단말로부터 전송되는 데이터에 대한 QoS를 보장하기 위해 스위치에 연결된 각 단말들중에서 특정한 단말들을 선택하여 그 단말들의 맥어드레스를 가지는 단말에게 일정량의 대역폭을 할당하게 할 수 있다.
이러한 경우 선택된 단말들로부터 전송되는 데이터는 스위치에서 해당 단말들에게 예약된 대역폭들을 할당받아 전송될 수 있음에 따라 설정된 QoS를 보장받을 수 있게 된다.
본 발명에 의하면, 통신 제 2 계층의 스위치에 연결된 통신 단말들의 맥어드레스를 이용하여 시스템 운용의 필요에 따라 스위치에 연결된 통신 단말들중에서 임의의 단말에 대한 QoS를 보장할 수 있게 된다.
이에 따라, 하나의 스위치에 연결된 통신단말들이 각자 서로 다른 종류의 데이터를 취급하고 있을때, 맥테이블에서 우선적으로 QoS를 보장해야 할 필요가 있는 통신단말을 지정할 수 있음에 따라 실시간 데이터처리를 필요로 하는 VoIP 데이터에 대하여는 일반 데이터 패킷보다 우선적으로 QoS를 보장할 수 있게 된다.
또한, 동일한 종류의 데이터 패킷을 취급하는 통신단말이라 할 지라도 예를들어 기업체의 경우, 임의의 부서에 할당된 통신단말로부터 수신되는 데이터들에 대하여 QoS를 보장하여 우선적으로 전송해야 할 경우에도 맥 테이블에서 해당 부서에 할당된 통신단말의 맥어드레스를 등록하면 해당 부서의 통신단말로부터 수신되는 데이터들에 대하여 대역폭 예약 방식에 의해 QoS를 효과적으로 보장할 수 있게 된다.

Claims (15)

  1. 스위치의 각 포트에 연결된 단말들의 맥 어드레스와 해당 단말이 VoIP 단말인지 여부를 표시하는 식별자를 포함하는 맥 테이블을 구축하는 단계와,
    상기 맥 테이블의 정보에 의거하여 각 포트당 필요한 VoIP 대역폭을 산출하고, 전체 대역폭과 전체 대역폭에서 상기 VoIP 대역폭을 제외한 대역폭의 비율을 산출하여 상기 스위치의 포트 레이트로 설정하는 단계와,
    상기 스위치에 임의의 패킷이 입력되는 경우, 해당 패킷의 맥 주소를 필터링하여 VoIP 패킷인지 여부를 판단하는 단계와,
    상기 판단결과 VoIP 패킷인 경우 해당 패킷을 통과시키고 판단결과 VoIP 패킷이 아닌 경우 포트 레이트 제어를 수행하여 해당 패킷의 대역폭이 설정된 포트 레이트의 허용범위 이내인 경우에만 해당 패킷을 통과시키는 단계를 포함하는 스위치에서의 대역폭 예약을 통한 QoS 보장 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 맥 테이블을 구축하는 단계는,
    상기 스위치에서 각 포트에 연결된 단말의 맥어드레스를 읽어 저장하는 단계;
    상기 스위치에 저장된 맥어드레스를 읽어들여 상기 스위치의 포트별로 해당 포트에 연결된 단말의 맥어드레스를 정렬하는 단계;
    상기 각 단말로부터 임의의 정보를 받아 해당 단말이 VoIP 단말인지 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 VoIP 단말인지 여부에 대한 판단결과에 따라 상기 정렬된 맥어드레스에 해당하는 임의의 단말이 VoIP 단말임을 나타내기 위한 플래그를 설정하여 상기 맥 테이블을 생성하는 단계를 포함하는 스위치에서의 대역폭 예약을 통한 QoS 보장 방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 VoIP 단말인지 여부를 판단하는 단계는,
    상기 VoIP 단말이 IP 어드레스를 할당받기 위한 DHCP 절차를 수행하는데 사용하는 DHCP 메시지에 해당 단말이 VoIP 단말임을 표시하는 식별정보가 설정되어있는 경우 해당 단말을 VoIP 단말로 인식하는 단계를 포함하는 스위치에서의 대역폭 예약을 통한 QoS 보장 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 DHCP 메시지는, 호스트를 표시하는 옵션 13번에 해당 단말이 VoIP 단말임을 표시하는 식별정보가 설정된 스위치에서의 대역폭 예약을 통한 QoS 보장 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 스위치의 포트 레이트로 설정하는 단계는,
    상기 맥 테이블에 VoIP 단말로 설정된 각 단말이 필요로 하는 대역폭 정보를 읽어 오는 단계;
    상기 맥 테이블에 VoIP 단말로 설정된 단말의 개수를 단말의 종류별로 카운트하는 단계;
    상기 읽어온 각 단말별 대역폭과 해당 단말의 개수를 연산하여 전체 VoIP 단말이 필요로 하는 대역폭을 산출하는 단계; 및
    상기 스위치에서 지원가능한 전체 대역폭과 그 전체 대역폭에서 상기 전체 VoIP 대역폭을 제외한 대역폭의 비율을 산출하여 상기 포트 레이트로 설정하는 단계를 포함하는 스위치에서의 대역폭 예약을 통한 QoS 보장 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 대역폭 정보를 읽어 오는 단계는,
    적어도 하나 이상의 코덱별 대역폭 정보를 저장하는 데이터 베이스로부터 해당 VoIP 단말에 필요한 대역폭을 읽어오는 스위치에서의 대역폭 예약을 통한 QoS 보장 방법.
  7. 스위치의 각 포트에 연결된 단말들의 맥 어드레스와 해당 단말이 VoIP 단말인지 여부를 표시하는 식별자를 포함하는 맥 테이블을 구축하여, 임의의 패킷이 입력되는 경우, 해당 패킷의 발신지 맥 주소를 필터링하여 상기 맥 테이블에 의거하 여 VoIP 패킷으로 판단되면 상기 스위치에 예약된 대역폭을 할당하여 해당 패킷처리를 수행하는 교환 시스템과,
    상기 교환 시스템의 스위치에 연결되어 상기 교환 시스템으로부터 IP 어드레스를 할당받고 상기 교환 시스템의 맥 테이블에 등록된 자신의 맥어드레스를 통해 상기 교환 시스템의 스위치에 예약된 대역폭을 이용하여 설정된 QoS를 보장받는 적어도 하나 이상의 VoIP 단말을 포함하는 통신 시스템.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 교환 시스템은,
    음성신호의 스위칭과 신호처리, 가입자 단말의 관리 및 음성 코덱별 필요한 대역폭 정보를 관리하는 VoIP 시그널링 게이트웨이와,
    음성 압축 복원 기능을 통해 음성을 데이터로 변환하여 데이터망을 통하여 송수신하는 VoIP 미디어 게이트웨이와,
    임의 패킷이 유입되는 경우 맥필터링을 수행하여 VoIP 패킷이면 통과시키고 VoIP 패킷이 아닌 패킷이면 설정된 포트 레이트에 따라 통과시키거나 차단하는 스위치 모듈과,
    상기 스위치 모듈의 각 포트당 연결된 단말들의 맥 어드레스 정보와, 임의의 단말이 VoIP 단말임을 표시하는 식별정보를 포함하는 맥 테이블을 구성하여 상기 스위치 모듈에 연결된 VoIP 단말이 필요로 하는 대역폭을 산출하고 스위치 모듈에 가능한 전체 대역폭과 그 대역폭에서 상기 VoIP 대역폭을 제외한 대역폭의 비율에 따라 상기 스위치의 포트 레이트를 설정하는 라우터 모듈을 포함하는 통신 시스템.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 라우터 모듈은,
    상기 맥 테이블을 구성할 때 상기 스위치 모듈의 각 포트에서 읽어들인 해당 포트에 연결된 단말들의 맥 어드레스를 해당 포트별로 정렬하고, 해당 포트에 연결된 각 단말이 VoIP 단말인 경우에 이를 표시하기 위하여 플래그를 설정하는 통신 시스템.
  10. 제 8항에 있어서, 상기 라우터 모듈은,
    DHCP 서버 모듈을 구동하여 상기 스위치 모듈에 연결된 각 단말에 IP 어드레스를 할당하고 관리하는 통신 시스템.
  11. 제 8항에 있어서, 상기 라우터 모듈은,
    상기 VoIP 단말이 IP 어드레스를 할당받기 위한 DHCP 절차를 수행하는데 사용하는 DHCP 메시지에 해당 단말이 VoIP 단말임을 표시하는 식별정보가 설정되어있는 경우 해당 단말을 VoIP 단말로 인식하는 통신 시스템.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 DHCP 메시지는, 호스트를 표시하는 옵션 13번에 해당 단말이 VoIP 단말임을 표시하는 식별정보가 설정된 통신 시스템.
  13. 제 7항에 있어서, 상기 VoIP 단말은 DHCP 클라이언트 모듈을 구동하여 상기 교환 시스템으로부터 IP 어드레스를 할당받는 통신 시스템.
  14. 스위치의 각 포트에 연결된 단말들의 맥 어드레스와 해당 단말이 특정 단말인지 여부를 표시하는 식별자를 포함하는 맥 테이블을 구축하는 단계와,
    상기 맥 테이블의 정보에 의거하여 각 포트당 필요한 예약 대역폭을 산출하고, 전체 대역폭과 전체 대역폭에서 상기 예약 대역폭을 제외한 대역폭의 비율을 산출하여 상기 스위치의 포트 레이트로 설정하는 단계와,
    상기 스위치에 임의의 패킷이 입력되는 경우, 해당 패킷의 맥 주소를 필터링하여 특정 단말의 패킷인지 여부를 판단하는 단계와,
    상기 판단결과 특정 단말의 패킷인 경우 해당 패킷을 통과시키고 판단결과 특정 단말의 패킷이 아닌 경우 포트 레이트 제어를 수행하여 해당 패킷의 대역폭이 설정된 포트 레이트의 허용범위 이내인 경우에만 해당 패킷을 통과시키는 단계를 포함하는 스위치에서의 대역폭 예약을 통한 QoS 보장 방법.
  15. 스위치의 각 포트에 연결된 단말들의 맥 어드레스와 해당 단말이 특정 단말인지 여부를 표시하는 식별자를 포함하는 맥 테이블을 구축하여, 임의의 패킷이 입력되는 경우, 해당 패킷의 발신지 맥 주소를 필터링하여 상기 맥 테이블에 의거하여 상기 특정 단말의 패킷으로 판단되면 상기 스위치에 예약된 대역폭을 할당하여 해당 패킷처리를 수행하는 교환 시스템과,
    상기 교환 시스템의 스위치에 연결되어 상기 교환 시스템으로부터 IP 어드레스를 할당받고 상기 교환 시스템의 맥 테이블에 등록된 자신의 맥어드레스를 통해 상기 교환 시스템의 스위치에 예약된 대역폭을 이용하여 설정된 QoS를 보장받는 적어도 하나 이상의 통신 단말을 포함하는 통신 시스템.
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