블룸 필터를 사용한 IP 주소 검색 구조에 관한 연구

Abstract

Data communication in the Internet is achieved by switching equipments which forward an incoming packet toward the final destination. As an example, Internet routers perform the forwarding through address lookup using the destination IP address of the arrived packet. There are several issues to be solved in the forwarding technology. First, routers have to forward incoming packets in wire-speed as the rapid advancement of link technology. Second, the size of routing table has been exponentially increased due to the increasing number of networks. In order to improve the forwarding performance by solving these issues, various algorithms for IP address lookup have been widely studied. The difficulty of IP address lookup is caused by classless inter-domain routing (CIDR) scheme, in which an incoming address can match several network prefixes of various lengths. Hence, IP address lookup use the longest prefix match (LPM) strategy which finds out the longest prefix that matches the destination address of the arrived packet. It is required to have efficient IP address lookup algorithms providing fast packet forwarding using a small routing table. In this paper, two new IP address lookup algorithms based on hashing architecture are proposed. To solve the issues in previous hashing architectures, the first proposed algorithm applies an all-length Bloom filter and an all-length multi-hashing table, in which various length prefixes are accommodated in a single Bloom filter and a single multi-hashing table. The second proposed algorithm applies the binary search on length to the first proposed architecture for IPv6 which has much longer address than IPv4. It is shown by simulation using actual routing data that the proposed algorithms provide improved search performance compared with previous algorithms.;인터넷 상에서의 데이터의 전송은 입력된 패킷을 그 최종 목적지를 향하여 전달하는 스위칭 장비에 의하여 이루어진다. 스위칭 장비 중 대표적인 것이 라우터이며, 들어온 패킷의 목적지 주소 정보를 이용하여 인터넷 주소 검색을 통해 목적지 네트워크로 데이터를 보내는 포워딩을 수행한다. 이 포워딩 기술에서 해결해야 할 몇가지 문제가 존재하는데, 첫째로, 라우터에 연결된 선-속도의 급격한 증가이며, 들어오는 패킷을 이 속도에 맞추어 포워딩 하여야 한다. 두 번째로, 라우터에 연결된 네트워크의 증가로 저장되어야 할 네트워크 주소가 기하급수적으로 증가하였고, 따라서 라우팅 테이블의 크기가 증가하고 있다. 이와 같은 문제점을 해결하여 포워딩 성능을 향상시키기 위해 많은 IP 주소 검색 알고리즘이 연구되고 있다. IP 주소 검색의 문제점은 인터넷 주소가 CIDR(classless inter-domain routing) 체계를 가져 하나의 입력 주소가 다양한 길이를 갖는 여러 개의 네트워크 프리픽스와 일치할 수 있다는 점이다. 따라서 IP 주소 검색 알고리즘은 최장 길이 프리픽스 일치(longest prefix match:LPM)를 사용하는데, 이는 입력 주소와 일치하는 길이가 다양한 프리픽스 중 가장 길게 일치하는 프리픽스를 찾아 내는 것을 뜻하며, 빠른 포워딩과 작은 라우팅 테이블 크기를 만족 시킬 수 있는 IP 주소 검색 알고리즘의 개발이 필요하다. 본 논문에서는 해슁에 기반한 기존 알고리즘의 단점을 개선하여 통합 블룸 필터와 통합 복수-해슁 테이블 구조를 사용한 IP 주소 검색 구조를 제안한다. 또한 길이가 긴 IPv6 주소 검색을 위해 앞서 제안한 구조를 사용하여 길이에 따른 이진 검색을 적용한 구조를 제안한다. 실제 라우팅 데이터를 사용한 실험을 통하여 제안하는 구조들은 기존의 구조들보다 검색 성능이 매우 우수함을 증명하였다.