KR100669030B1 - 빠른 통신 복구가 가능한 이더넷링크보호기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이더넷 스위치 또는 스위치와 단말간 연결된 링크 이상발생시 이를 신속하게 감지하여 백업 경로로 절체시켜 주기 위한 이더넷 링크 보호기에 관한 것이다.

통상 이더넷 스위치와 단말간에는 하나의 이더넷 링크로 연결되어 있어 스위치 또는 링크 고장시 단말은 통신이 불가능하게 된다. 서비스 중단이 심각한 영향을 미치는 단말의 경우 링크를 이중화하여 고장시 우회경로로 통신이 되도록 하는 이더넷 링크 보호기가 필요하다.

이더넷 링크보호기는 스위치 접속 링크를 2개로 분리하고 각각 이더넷 스위치로 접속하되 통신은 2개중 어느 하나와 이루어지도록 하며 사용중인 링크에 고장이 발생하는 경우 다른 링크로 우회시키는 기능을 수행한다. 그러나 이더넷링크보호기에서 우회링크로 경로를 변경시켜도 이더넷 스위치의 스위칭테이블은 우회된 경로로 이더넷 프레임이 전달되어 변경된 MAC 주소를 등록하기 전까지 이전 상태를 유지하고 있어 통신이 오랜시간 동안 두절되는 현상이 발생된다.

본 발명에서는 이를 방지하기 위하여 우회 링크로 경로가 변경되면 변경된 상태를 이더넷스위치의 스위칭테이블에 신속하게 등록될 수 있도록 송신지 주소영역에 단말의 주소를 넣은 주소등록용 제어 프레임을 이더넷 스위치로 전달하도록 하였다. 따라서 기존 방식에 비해 수백배 빠르게 통신경로 설정이 가능한 특징을 가진다.

이더넷 링크 보호기, 이더넷 프레임, 이더넷 스위치, 이중화, 액티브 링크

Description

빠른 통신 복구가 가능한 이더넷링크보호기{Ethernet Link Protector for Fast Path Recovery}

제 1도 이더넷링크보호기를 이용한 전달경로 이중화 구성도

제 2도 본 발명의 이더넷링크보호기 구성예 1

제 3도 본 발명의 이더넷링크보호기 구성예 2

삭제

본 발명은 이더넷 스위치 또는 스위치와 단말간 연결된 링크 이상발생시 이를 감지하여 백업 경로로 절체시켜 주기 위한 이더넷링크보호기에 있어서 이더넷스위치의 스위칭테이블의 내용도 신속하게 변경시켜 종단간 빠른 통신복구를 가능하게 하는데 목적이 있다.
이더넷 링크보호기는 스위치 접속 링크를 2개로 분리하고 각각 이더넷 스위치로 접속하되 통신은 2개중 어느 하나와 이루어지도록 하며 사용중인 링크에 고장이 발생하는 경우 다른 링크로 우회시키는 기능을 수행한다. 그러나 이더넷링크보호기에서 우회링크로 경로를 변경시켜도 이더넷 스위치의 스위칭테이블은 우회된 경로로 이더넷 프레임이 전달되어 변경된 MAC 주소를 등록하기 전까지 이전 상태를 유지하고 있어 통신이 오랜시간 동안 두절되는 현상이 발생된다.

본 발명에서는 이를 방지하기 위하여 우회 링크로 경로가 변경되면 변경된 상태를 이더넷스위치의 스위칭테이블에 신속하게 등록될 수 있도록 주소등록용 제어 프레임을 이더넷 스위치로 전달하여 기존 방식에 비해 수백배 빠르게 통신경로 설정이 가능하게 하는데 목적이 있다.

본 발명은 이더넷 링크의 보호기에 있어서 통신 링크 변경이 있을 경우 이더넷 스위치의 스위칭테이블의 변경을 빠르게 하기 위한 기술이다. 제 1도와 같이 단말-1과 단말-2간에 통신경로1을 통하여 통신이 이루어지다가 링크1이 절단되는 경우 이더넷링크보호기-1에 의해 링크3으로 절체되므로 링크3-링크2-링크2를 경유하는 통신경로2로 통신이 이루어져야 한다.

종래의 이더넷링크보호기는 주링크(링크1)에 이상이 발생하는 경우 단순히 단말을 예비링크(링크3)로 접속을 변경하는 기능을 수행한다. 이 경우 링크 이상감지 및 경로변경을 아무리 고속으로 수행해도 이더넷스위치의 스위칭테이블 변경이 이루어지지 않으므로 실제 정상적인 통신이 이루어질 때까지는 많은 지연이 발생될 수 있다. 즉 이더넷 스위치는 각 포트로 수신되는 프레임의 송신지주소를 검색하여 해당 포트에 연결된 단말의 MAC 주소값을 알아내어 이를 스위칭테이블에 기록하게 된다. 따라서 링크1-이더넷스위치1-링크2 경로를 통하여 통신이 이루어지고 있다가 링크1이 절단되는 경우, 단말1에서 송신하는 프레임이 링크3-이더넷스위치2-링크5-이더넷스위치1로 전달되기 전에는 이더넷스위치1의 스위칭테이블에는 단말1이 링크1에 연결되어 있는 것으로 기록되어 있다. 따라서 단말2에서 단말1로 송신되는 이더넷 프레임은 이더넷스위치1에서 링크1이 연결된 포트로 전달되어 폐기된다. 단말1은 단말2의 요청에 의해 응답만 하는 경우에는 최악의 경우 이더넷스위치1의 스위칭테이블에 저장된 MAC주소의 저장기간(일반적으로 5분)이 경과되어 없어진 이후에나 통신이 이루어지는 문제점을 가지고 있다.

또 다른 종래 기술에서는 자신의 MAC 주소를 송신지 주소로 하는 주소등록용 방송프레임을 액티브 포트로 주기적으로 송신하는 방법을 사용하는 경우도 있다. 이 경우에는 상기와 같이 극단적으로 긴 시간동안 통신 두절이 발생하는 것을 방지할 수 있으나 MAC주소를 가진 단말 내장형 이더넷링크보호기에만 적용할 수 있다는 한계를 가진다. 또한 주소등록용 방송프레임 송신 주기가 길어지면 통신 복구시간이 길어지며, 송신 주기를 짧게 하는 경우에는 주소등록용 방송프레임이 망에 많은 부하로 작용하게 되어 망 성능을 저하시킨다는 단점이 있다.

본 발명에서 사용하는 용어에 대한 정의는 다음과 같다

□ 이더넷스위치포트: 고장감내형망에서는 이중화된 2개의 이더넷 스위치를 가지고 있으며 이더넷링크보호기는 2개의 이더넷스위치(주, 예비)와 연결될 수 있는 2개의 접속포트를 이더넷스위치포트로 정의한다. 이더넷포트는 주이더넷스위치와 접속을 위한 주이더넷스위치포트와 예비 이더넷스위치와 접속을 위한 예비이더넷스위치포트를 가지고 있다

□ 단말이더넷포트: 이더넷링크보호기에 단말이 접속되는 이더넷 포트

□ 주/예비 이더넷스위치: 이중화된 2개의 이더넷 스위치중 하나를 주 이더넷스위치, 나머지 하나를 예비 이더넷스위치로 정의한다

□ 액티브링크: 이더넷링크보호기와 주/예비 이더넷스위치간 2개의 접속링크중 통신이 이루어지고 있는 링크를 의미하며, 통신이 이루어지고 있지 않는 링크를 대기상태에 있는 링크로 정의함

□ 액티브포트:이더넷링크보호기의 2개의 이더넷스위치포트 중 통신이 이루어지고 있는 포트를 의미함

□ MAC주소: 이더넷의 MAC(Medium Access Control) 계층의 주소를 의미함

□ ARP요청/ARP응답: 인터넷프로토콜(IP) 주소에 대응된 MAC주소를 찾기위한 ARP(Address Resolution Protocol) 프레임으로 대응주소를 요청하는 프레임을 ARP요청프레임 이에 대한 응답 프레임을 ARP응답프레임으로 정의함

상기와 같은 문제점을 해소하기 위해서는 이더넷링크보호기가 링크 이상 상태를 감지하여 전달 경로를 변경하면 동시에 이더넷 스위치의 스위칭테이블도 변경된 경로에 맞추어 변경되어야 한다.

본 발명의 이더넷링크보호기에서는 이더넷스위치의 신속한 스위칭테이블변경을 위해서 액티브 링크의 변경이 발생되면 변경된 링크로 곧바로 주소등록용 제어프레임을 이더넷 스위치로 송신하는 기능을 추가하였다. 따라서 주기적으로 주소등록용 프레임을 송신하는 방법에 비해 신속하며 예측가능한 일정 시간내에 통신 경로 설정이 가능하도록 하였다. 이를 위해서는 이더넷링크보호기는 단말의 MAC 주소를 가지고 있어야 하므로 단말로부터 이더넷 스위치로 전달되는 이더넷 프레임의 헤더에 있는 단말의 MAC주소를 추출하여 저장하는 기능을 가지고 있다.

이 방식은 수백 밀리초에서 수초까지 소요되는 절체 후 통신 경로 복구까지 시간을 이더넷스위치의 MAC주소 변경에 소요되는 시간을 수십 마이크로초까지 단축시킬 수 있으므로 기존의 방식에 비해 수백배에서 일천배 이상의 빠른 복구가 가능하다. 따라서 링크 고장에서부터 복구까지의 총 통신두절시간을 수백마이크로초 이내로 단축시킬 수 있어서 통신 두절시간이 극도로 짧아야 하는 중요한 서버, 군사용 사격통제시스템 등에 활용될 수 있다.

본 발명은 단말의 주소를 단말이 송신하는 프레임의 헤더를 분석하여 인식하므로 단말의 인터페이스 하드웨어 또는 드라이버 소프트웨어의 변경이 필요 없으며 단말과 독립된 형태의 구성이 가능하다는 장점을 가진다.

본 발명은 단말과 이더넷프레임 송수신을 위한 단말이더넷정합부, 각각 주 이더넷스위치 및 예비 이더넷스위치와의 이더넷프레임 송수신을 위한 주이더넷스위치정합부와 예비이더넷스위치정합부, 단말이더넷 정합부 또는 주소등록프레임발생부와 주이더넷스위치정합부 또는 예비이더넷스위치정합부간에 통신경로를 설정해주는 경로스위치, 단말로부터 송신된 이더넷 프레임으로부터 단말의 MAC주소를 추출하는 MAC주소추출부, 추출된 MAC주소를 저장하는 MAC주소테이블, MAC주소테이블에 저장된 MAC주소를 가지는 주소등록프레임을 발생시켜 액티브 포트로 전달하는 주소등록프레임발생부, 주이더넷스위치정합부 및 예비이더넷스위치정합부의 링크상태를 감시하여 프레임 송수신이 이루어지는 액티브포트를 결정하고 이 액티브포트로 전달경로 설정이 이루어지도록 주소등록프레임발생부 및 경로스위치를 제어하는 이중화제어부로 구성되어

액티브 상태로 동작하던 주이더넷스위치 또는 예비이더넷스위치 링크에 이상상태가 감지되면 대기 상태로 있던 포트를 액티브 상태를 변경하고 MAC 주소테이블에 저장되어 있던 MAC주소를 가진 주소등록프레임을 액티브 링크로 송신한 후 단말이 연결된 포트와 통신이 되도록 하여 빠른 통신링크 설정이 되도록 하는 이더넷링크보호기이다.

단말이더넷포트, 주이더넷스위치포트 및 예비이더넷스위치포트가 모두 정상상태에서는, 이더넷링크보호기는 단말이더넷포트와 주이더넷스위치포트 또는 예비이더넷스위치포트 중 액티브로 설정된 어느 하나와 이더넷 프레임을 투명하게 양방향으로 통과시키는 역할을 한다.

이중화제어부는 액티브로 설정된 이더넷스위치 링크에 이상상태(링크절단 또는 스위치 고장으로 인한 통신신호 미수신) 가 발견되면 즉시 대기상태에 있는 이더넷스위치포트를 액티브상태로 하고 주소등록프레임발생부에서 MAC주소테이블에 있는 주소값으로 주소등록프레임을 발생시키도록 하여 액티브 이더넷스위치포트로 송신하도록 한다. 또한 주소등록프레임 송신이 완료되면 즉시 액티브 이더넷스위치포트와 단말이더넷 포트간 경로를 설정하여 단말과 이더넷스위치간 정상적인 통신이 이루어지도록 한다.

또한 이중화제어부는 외부 모니터포트를 통하여 수동으로 액티브 이더넷스위치포트를 설정하거나 MAC주소테이블에 저장된 MAC주소값의 모니터링 등의 기능을 부가적으로 수행할 수 있다.

MAC주소추출부는 단말이 송신한 프레임이 이더넷링크보호기에 수신될때마다 송신MAC주소 영역의 주소값과 저장된 상대적인 시간값을 나타내는 시간태크값을 MAC주소테이블에 저장하며, MAC주소테이블에 저장된 주소값과 동일한 MAC주소를 가진 프레임이 수신되면 해당 MAC 주소값과 같이 저장된 시간 태그값을 새로운 값으로 변경시키며, 시간태그 값을 이용하여 정해진 시간이 경과된 MAC주소값을 테이블에서 제거하는 기능을 수행한다.

주소등록프레임발생부는 목적지주소영역에는 방송을 의미하는 "Oxffffffffffff" 값을, 송신지주소영역에는 MAC주소테이블에 저장된 MAC주소값을, 타입영역에는 자체적으로 정의하여 사용하는 특정값을 넣은 이더넷프레임을 만들어 경로스위치를 통하여 액티브로 설정된 이더넷스위치포트로 전달하여 이더넷 스위치의 스위칭테이블에 단말의 MAC주소가 다시 등록되도록 하는 역할을 수행한다. 만약 MAC주소테이블에 다수의 MAC주소가 저장되어 있는 경우 MAC주소별로 하나씩의 이더넷 프레임을 별도로 만들어 송신하여야 한다.

또 다른 발명의 변형예로는 제 3도와 같이 단말이 인터넷프로토콜주소와 대응된 MAC주소를 질의하는 ARP(Address Resolution Protocol)요구 프레임을 복사하는 ARP프레임추출부와 복사된 ARP프레임을 저장하는 ARP프레임버퍼, 액티브포트 변경시 변경된 포트로 ARP프레임버퍼에 저장된 ARP프레임들을 송신하는 ARP프레임송신부로 구성된 것을 특징으로 하는 이더넷링크보호기이다. 이는 단말에서 송신한 ARP요청프레임은 단말이 통신하고자 하는 상대단말에 대한 정보가 들어 있으며 ARP요청프레임을 수신한 단말은 ARP응답프레임을 송신하게 되므로 액티브포트 변경시 양방향으로 주소등록프레임이 전달되는 효과를 가지게 된다. 따라서 이더넷스위치는 변경된 포트로 보다 빠른 통신경로 설정이 이루어질 수 있는 장점을 가진다.
상기 ARP프레임추출부는 ARP요청프레임의 송신지주소가 저장된 ARP요청프레임의 송신지 주소와 같은 경우, 최신의 ARP요청프레임으로 저장된 ARP요청프레임을 교체하며, ARP요청프레임의 송신지주소가 저장된 ARP요청프레임의 송신지 주소와 다른 경우, 추가로 저장하며, ARP프레임송신부는 액티브포트변경시 변경된 액티브포트에 ARP프레임버퍼에 저장된 프레임을 모두 송신한다.

본 발명의 이더넷링크보호기는 공급전원이 끊어져도 단말이더넷포트와 주이더넷스위치포트 또는 예비이더넷스위치포트간에 물리적인 접속이 유지되도록 하는 릴레이를 부가적으로 가지도록 하여 보다 향상된 고장감내 특성을 지원할 수 있다.

본 발명은 이더넷 기반의 고장감내형 통신망 구축시 이더넷스위치의 통신 링크 변경시에 이에 맞추어 스위칭테이블값의 빠른 변경이 이루어지도록 하여 통신복구를 빠르게 하는 효과를 가진다. 즉 링크 고장을 감지하여 정상적인 링크로 경로를 변경해도 이더넷스위치의 스위칭테이블값의 변경이 이루어지지 않으면 종단간 통신은 이루어지지 않는다. 이더넷스위치의 스위치테이블은 수신되는 이더넷프레임의 송신지주소값에 의해 자동으로 변경되므로 본 발명에서는 링크 변경과 동시에 변경된 포트로 스위칭테이블 주소등록을 위한 제어 프레임을 스위치로 전달하도록 하여 기존의 방식에 비해 100배 이상 빠르게 통신경로가 복구되는 효과가 있다.

또한 이 방식은 이더넷링크보호기 자체가 MAC주소를 가지지 않고 단말의 MAC주소를 인식하여 사용하므로 단말 내장형뿐만 아니라 단말과 독립된 외장형 구성이 가능하다는 장점을 가진다.

Claims (7)

1. 단말과의 이더넷프레임 송수신을 위한 단말이더넷정합부, 각각 주 이더넷스위치 및 예비 이더넷스위치와의 이더넷프레임송수신을 위한 주이더넷스위치정합부와 예비이더넷스위치정합부, 단말이더넷 정합부 또는 주소등록프레임발생부와 주이더넷 스위치정합부 또는 예비이더넷스위치정합부간에 통신경로를 설정해주는 경로스위치, 단말로부터 송신된 이더넷 프레임으로부터 단말의 MAC주소를 추출하는 MAC주소추출부, 추출된 MAC주소를 저장하는 MAC주소테이블, MAC주소테이블에 저장된 MAC주소를 가지는 주소등록프레임을 발생시켜 액티브 포트로 전달하는 주소등록프레임발생부, 주이더넷스위치정합부 및 예비이더넷스위치정합부의 링크상태를 감시하여 프레임 송수신이 이루어지는 액티브포트를 결정하고 이 액티브포트로 전달경로 설정이 이루어지도록 주소등록프레임발생부 및 경로스위치를 제어하는 이중화제어부로 구성되어

   액티브 상태로 동작하던 주 이더넷스위치 또는 예비 이더넷스위치 링크에 이상상태가 감지되면 준비상태에 있던 이더넷스위치 포트를 액티브 포트로 변경하고 MAC주소테이블에 저장되어있던 MAC주소를 가진 주소등록프레임을 액티브 포트로 송신한 후 단말이더넷포트와 액티브 상태의 이더넷스위치포트간에 이더넷 프레임이 투명하게 전달되도록 경로를 설정하는 것을 특징으로 하는 이더넷링크보호기
2. 청구범위 제1항의 주소등록프레임발생부는 목적지주소영역에는 방송을 의미하는 "Oxffffffffffff" 값을, 송신지주소영역에는 MAC주소테이블에 저장된 MAC주소값을, 타입영역에는 자체적으로 정의하여 사용하는 특정값을 넣은 주소등록용 이더넷 프레임(주소등록프레임)을 발생시키는 것을 특징으로 하는 이더넷링크보호기
3. 청구범위 제1항의 주소등록프레임발생부는 MAC주소테이블에 다수의 MAC주소가 저장되어 있는 경우 MAC주소별로 하나씩의 주소등록프레임을 별도로 만들어 송신하는 것을 특징으로 하는 이더넷링크보호기
4. 단말과의 이더넷프레임 송수신을 위한 단말이더넷정합부, 각각 주 이더넷스위치 및 예비 이더넷스위치와의 이더넷프레임 송수신을 위한 주이더넷스위치정합부와 예비이더넷스위치정합부, 단말이더넷 정합부 또는 ARP프레임송신부와 주이더넷스위치정합부 또는 예비이더넷스위치정합부간에 통신경로를 설정해주는 경로스위치, 단말이 인터넷프로토콜주소와 대응된 MAC주소를 질의하는 ARP(Address Resolution Protocol)요구 프레임을 추출하는 ARP프레임추출부, 추출된 ARP프레임을 저장하는 ARP프레임버퍼, 액티브포트 변경시 변경된 포트로 ARP프레임버퍼에 저장된 ARP프레임들을 송신하는 ARP프레임송신부로, 주이더넷스위치정합부 및 예비이더넷스위치정합부의 링크상태를 감시하여 프레임 송수신이 이루어지는 액티브포트를 결정하고 이 액티브포트로 전달경로 설정이 이루어지도록 ARP프레임 송신부 및 경로스위치를 제어하는 이중화제어부로 구성되어 액티브 상태로 동작하던 주 이더넷스위치 또는 예비 이더넷스위치 링크에 이상상태가 감지되면 준비상태에 있던 이더넷스위치 포트를 액티브 포트로 변경하고 ARP프레임버퍼에 저장되어있던 ARP요청프레임을 액티브 포트로 송신한 후 단말이더넷포트와 액티브 상태의 이더넷스위치포트간에 이더넷 프레임이 투명하게 전달되도록 경로를 설정하는 것을 특징으로 하는 이더넷링크보호기
5. 청구범위 제4항의 ARP프레임추출부는 ARP요청프레임의 송신지주소가 저장된 ARP요청프레임의 송신지 주소와 같은 경우, 최신의 ARP요청프레임으로 저장된 ARP요청프레임을 교체하며, ARP요청프레임의 송신지주소가 저장된 ARP요청프레임의 송신지 주소와 다른 경우, 추가로 저장하며, ARP프레임송신부는 액티브포트변경시 변경된 액티브포트에 ARP프레임버퍼에 저장된 프레임을 모두 송신하는 것을 특징으로 하는 이더넷링크보호기
6. 청구범위 제1항에 있어서 이중화제어부는 이더넷스위치포트 및 단말이더넷포트의 링크상태, MAC주소테이블에 저장된 주소값을 모니터링하고 액티브포트를 변경할수 있도록 하는 모니터 포트를 가진 것을 특징으로 하는 이더넷링크보호기
7. 청구범위 제4항에 있어서 이중화제어부는 이더넷스위치포트 및 단말이더넷포트의 링크상태, ARP프레임버퍼에 저장된 프레임을 모니터링하고 액티브포트를 변경할수 있도록 하는 모니터 포트를 가진 것을 특징으로 하는 이더넷링크보호기

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