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MPLS 네트워크에서 QoS 경로 배정과 트래픽 흐름 수락 제어를 통한 트래픽 엔지니어링

Title
MPLS 네트워크에서 QoS 경로 배정과 트래픽 흐름 수락 제어를 통한 트래픽 엔지니어링
Other Titles
Traffic engineering based on a QoS routing and a traffic flow admission control in MPLS networks
Authors
임지영
Issue Date
2001
Department/Major
과학기술대학원 컴퓨터학과
Publisher
이화여자대학교 과학기술대학원
Degree
Doctor
Abstract
차세대 인터넷으로 진화할 수 있는 새로운 핵심 기술로 평가 받고 있는 MPLS는 스위칭 기술의 접목으로 인한 고속화와 트래픽 엔지니어링을 제공하여 기존의 망에서 제공할 수 없었던 고속 서비스와 다양한 부가 서비스를 지원할 수 있다. 본 논문에서는 MPLS(MultiProtocol Label Switching) 네트워크에서 트래픽 엔지니어링을 효과적으로 지원하기 위한 한 방법으로 트래픽 특성에 따른 차등화된 명시적 경로를 설정할 수 있는 방법을 제안한다. 또한 MPLS 네트워크에서 QoS(Quality of Service)를 지원하기 위해 Internet QoS의 한 방법인 DiffServ(Differentiated Service)를 좀 더 효율적으로 지원하기 위한 트래픽 흐름 수락 제어를 제안한다. MPLS 네트워크는 트래픽의 특성을 구분하지 않는 기존의 경로 배정 방식과 잘 어울린다. 그러나 이들은 트래픽 엔지니어링을 지원하는 MPLS 네트워크에 트래픽 마다 다양한 명시적 경로를 제공하기에는 부족하다. 본 논문에서 제안한 QoS 경로 배정은 먼저 최소 절단 문제 해결 방법에 따라 네트워크 토폴로지의 최소 절단 집합을 구한다. 이 링크들이 트래픽 전송에 있어 잠재적 병목 링크가 되기 때문이다. 이 링크에서 링크의 상태와 전송할 트래픽의 특성에 따라 차등화된 가중치를 부여함으로써 트래픽에 따라 차등화된 경로를 부여할 수 있으며 우선 순위를 부여한 트래픽은 그렇지 않는 트래픽으로부터 최단 경로를 효율적으로 보호 받을 수 있다. 또한 전역적 경로 배정의 단점을 해결하고자 지역 정보를 이용하여 링크의 상태 조사 기간을 늘리며 네트워크 전체 링크에 대한 감시가 아니라 병목 링크에 대한 감시로 제어 트래픽의 생성 노드를 줄이고자 한다. 제안한 모델은 우선 순위를 부여 받은 트래픽의 차단률과 평균 홉 수를 감소시키며 경로 배정의 오버헤드인 전송되는 제어 트래픽의 양을 줄여 네트워크 자원의 낭비를 피한다. 따라서 본 논문에서 제안한 경로 배정은 다양한 서비스를 제공할 수 있는 MPLS에서 서비스에 따른 차등화된 명시적 경로를 제공하여 트래픽 엔지니어링을 실현하는데 도움을 줄 수 있다. 정책 기반의 자원 할당이나 흐름 수락에 대한 연구나 표준안이 아직은 저조한 수준이며 이들 방식은 서버의 도움을 필요로 하므로 IPOA(IP over ATM)와 같이 서버 사용 중심이 되어 연결 지향형인 MPLS 네트워크에서 오버헤드를 부과할 수 있다. 본 논문에서는 다른 측면에서 DiffServ의 트래픽 흐름 수락을 제어하여 서버의 도움 없이 엣지 라우터에서 자체적으로 해결하기 위한 방안을 제안한다. 하나의 아웃 포트로 전송할 수 있는 용량을 기준으로 트래픽 흐름을 받아들일 수 있는 기본적인 양을 조절하며, 트래픽의 손실을 야기할 수 있는 혼잡 지역을 피하여 트래픽을 네트워크로 보내고자 한다. 트래픽의 혼잡 지역을 알기 위해서는 Ingress LSR(Label Switched Router)과 Egress LSR에서 이 정보를 수집할 수 있다. Egress LSR에서는 트래픽의 손실 정보를 단말의 TCP에 의해 전송되는 재전송 요청을 이용하여야 손실 지역을 추정할 수 있다. 그러나 이 보다는 QoS 경로 배정의 링크 상태 조사를 위해 전송하는 제어 메시지를 이용하여 Ingress LSR에서 혼잡 지역을 알아내어 처리하는 것이 더 성능면에서 우수함을 볼 수 있다. 이렇게 함으로써 엣지에서 프로세싱하고 코어에서 스위치하는 MPLS의 특징을 준수하면서 추가의 네트워크 자원 이용 없이 효율적인 자원 이용과 트래픽 흐름 수락을 제어함으로써 보다 높은 수준의 트래픽 엔지니어링을 실현할 수 있으리라고 본다. ; MPLS (MultiProtocol Label Switching), which is regarded as a core technology for migrating to the next generation Internet, can support various high-speed services by providing high-speed switching and traffic engineering. In this dissertation, a QoS (Quality of Service) routing model is proposed in order to provide efficient traffic engineering in MPLS networks. It explicitly differentiates and determines routes according to the traffic characteristics. Also, an efficient traffic flow admission control mechanism supporting DiffServ (Differentiated Service) is proposed to provide QoS in MPLS networks. Various existing QoS routing models can be used within MPLS networks. However, for MPLS networks that support traffic engineering, they lack the ability to determine explicit routes for various types of traffic. The proposed QoS routing model first determines the set of min-cut links of a given network using Min-Cut Algorithm, since these links are potential bottlenecks in the network topology. It then allocates differentiated weights to the links based on their properties and traffic characteristics. Thus, the proposed routing model can select differentiated routes according to traffic types and efficiently protect shortest-paths for high-priority traffic from traffic with lower priorities. In addition, it solves the weakness of the global QoS routing by lengthening QoS state update intervals using local information. In that context, it monitors only those bottleneck links rather than all the links in the network in order to reduce the number of nodes generating control traffic. These two methods reduce routing overhead and in turn, prevent wasting network resources. Therefore, the QoS routing model proposed in this dissertation can be said to efficiently provide differentiated explicit routes to various services in MPLS networks. Research and standardization activities on policy-based resource allocation and flow admission are yet inactive. Since they require centralized servers in the network such as IPOA (IP over ATM), they result in overhead. As a solution to the problem, a mechanism that performs flow admission for DiffServ traffic at the edge of the network without any help of the server is proposed in this dissertation. It dynamically adjusts the amount of admissible traffic based on transmittable capacity over one outgoing port. It then transmits the traffic while avoiding congested area resulting traffic loss. Ingress LSR and Egress LSR may collect information to find out congested area. Egress LSR infers the location using retransmission requests of TCP (Transmission Control Protocol) at terminals. An alternative is to use control messages exchanged that reflect QoS link states in QoS routing. The latter shows better performance than the former. Thus, the proposed model realizes improved traffic engineering by efficient resource utilization and traffic flow admission control while satisfying the MPLS property of separating control and forwarding.
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