최근, 우리 군에서는 무선망을 기반으로 하는 차세대 전술통신체계인 전술종합정보통신체계 (TICN: Tactical Information Communication Network) 구축 사업을 진행하고 있다. TICN 시스템 전체의 백본 역할을 수행하는 TICN 전달망에서는 경로의 생존성과 신뢰성 및 무선링크의 안정성을 고려하는 라우팅과 플로우 별 최소 서비스 품질을 보장하면서도 가능한 한 많은 플로우들을 서비스할 수 있는 라우팅이 요구된다. 그러나 군에서 도입하고자 하는 상용 OSPF(Open Short Path First)는 TICN 전달망에서의 라우팅 요구사항을 만족하기 어렵기 때문에 군에서는 라인접속장치라고 하는 새로운 장치를 도입하여 상용 OSPF를 TICN 전달망 라우팅 프로토콜로 사용할 수 있도록 하고자 한다. 이에 본 논문에서는 이장치에서 계산될 OSPF 비용함수를 제안하고, 제안하는 비용함수를 적용한 OSPF에서 프로토콜 파라미터들의 값을 TICN 전달망 환경에 적합하도록 튜닝하고자 한다. 시뮬레이션을 통하여 제안하는 비용함수를 사용하는 OSPF가 기존 OSPF에 비해 응용 서비스의 통신성능과 네트워크 자원 활용률 측면에서 더 좋은 성능을 보임을 알 수 있었다.
OSPF 프로토콜은 가장 보편적으로 사용되고 있는 Interior Gateway Routing Protocol 이다. 그러므로, 초고속 라우터의 동작의 신뢰성 확보를 위해, OSPF 프로토콜의 상호운용성과 안전성의 보장은 중요하다. 본 논문에서는 OSPF 라우팅 프로토콜의 표준 문서를 분석하여, 프로토콜 동작들을 대수 정형 방법을 사용하여 상세 설계 수준으로 명세하고, OSPF 프로토콜의 가용한 원천코드를 참조하여, 표준에 명확하게 명세되지 않은 좀더 상세한 동작까지 표현하도록 이 명세를 보완하였다. 그리고 명세된 프로토콜 상태 기계의 상호운용성과 안전성을 정형적으로 증명하였다. 우리는 먼저 제시한 정형적 명세가 OSPF 프로토콜의 표준 문서에 나타난 모든 상태들과 모든 천이 이벤트들을 표현하고 있어, 명세된 프로토콜 상태기계가 완전성을 가지고 있다는 사실을 보이고, 또한 상호운용성을 가짐을 증명하였다. 그리고 프로토콜의 동작의 안전성을 증명하기 위해, 생존성, 그리고 라이브락 부재를 정형적으로 증명하고, 교착상태 부재 역시 정형적으로 증명하였다. 결과적으로 OSPF 프로토콜이 일관성을 가진다는 사실을 보인다. 본 명세와 검증은 기존외 OSPF Version 2의 프로토콜 메커니즘을 그대로 계승한 OSPF Version 3에서도 유효하다.
OSPF(Open Shortest Path First)는 유선 통신망에서 주로 사용되는 라우팅 프로토콜로 유선 링크의 상태를 코스트로 환산하여 트래픽의 경로를 결정하는 알고리즘이며, 차세대 전술 통신망의 라우팅 프로토콜로 고려되고 있다. 그러나 기존의 OSPF는 유선망 환경을 고려하여 설계된 프로토콜이므로 노이즈, 재밍 등의 무선 전술 환경에 능동적으로 반응하지 못하는 취약점이 있다. 즉, 데이터 전달 과정에서 링크의 성능이 저하되어도 경로를 그대로 유지하여 통신의 효율성과 신뢰성을 보장하지 못한다. 이에 본 논문에서는 OSPF 비용함수를 재정의 하여 무선 전술 환경에서 네트워킹 시 효율성과 신뢰성을 높이는 것을 목표로 한다. 재정의하는 비용함수에는 네 가지 파라미터로 상대적인 전송 속도, 링크 가중치, 라우터의 이용률, 링크 평균 BER(Bit Error Rate)이 포함된다. 이 파라미터를 통하여 무선 전술환경의 특성을 반영할 수 있다. 또한, OSPF의 Hello 패킷을 개선함으로 각 기반노드의 무선 링크상태를 주기적으로 파악 할 수 있도록 하였다. 실험 결과를 통해 제안하는 OSPF가 기존의 OSPF보다 능동적으로 경로를 변경하고 네트워크를 부하를 줄여 향상된 성능을 보임을 확인하였다.
Open Shortest Path First(OSPF) is a dynamic, hierarchical routing protocol designed to support routing in TCP/IP networks. Currently, OSPF is used as Interior Gateway Protocol(IGP) in many routers. In this paper, we analyze the variation of number of OSPF routing packets in case of changing the network configuration. The results show that the number of packets in case of adding new link increase five times than one in case of normal operation.
최근의 통신환경은 유선환경에서 무선 환경으로 빠르게 변화하고 있다. Open Shortest Path First (OSPF)는 유선 통신망에서 주로 사용되는 링크 상태 라우팅 프로토콜로, 주변 라우터의 링크 상태를 파악하여 트래픽 경로를 결정하는 라우팅 방법이다. 기존의 OSPF의 비용함수는 라우터의 링크를 변경하지 않으면 처음 설정한 비용으로 운용된다. 그러나 무선 환경에서는 링크의 성능이 다른 환경적 요인에 의해 큰 차이를 보이게 된다. 무선 환경에서 Bit Error Rate (BER)은 링크 상태에 큰 영향을 주는 파라미터로, 기존의 OSPF 비용함수에서는 링크의 BER을 고려하지 않고 단지 링크의 대역폭만을 고려한다. 본 논문에서는 링크 성능에 영향을 줄 수 있는 다양한 파라미터를 분석하여 비용함수에 적용 가능여부를 검증하였다. 새로운 비용함수를 제안하기 위해 Effective 대역폭을 사용하였다. Effective 대역폭은 링크의 BER과 대역폭을 고려하여 새롭게 제안한 방식으로 계산된다. 계산된 Effective 대역폭은 제안하는 Triggering 조건에 의해 적용됨에 따라, 링크의 상태가 수시로 변경되는 무선 환경에서도 상대적으로 적은 Link State Update (LSU)가 발생하여 네트워크의 불안정성을 줄인다. 실험 결과를 통하여 제안하는 비용함수가 무선 환경에서 기존의 OSPF 비용함수를 사용한 경우보다 음성 서비스와 데이터 전송 서비스에서 좋은 성능을 나타내는 것을 확인하였다.
전술환경에서는 jamming과 같은 적의 공격과 노드의 잦은 이동에 의해 링크가 불안정 해질 수 있다. 유선환경을 고려한 상용 OSPF는 이러한 문제점에 대하여 적절하게 대응할 수 없는 단점이 있다. 기존의 OSPF는 jamming 신호가 발생하여 링크가 불안정해도 루트가 재설정되지 않는 단점을 가진다. 그리고 노드의 이동에 따른 control 정보의 전송으로 인해 네트워크의 통신 성능이 저하된다. 본 논문에서는 전술환경을 분석하고 기존의 상용 라우팅 프로토콜인 OSPF의 적용 방안에 대해서 알아보고 문제점을 보완할 수 있는 방안을 제안하였다.
국내외 라우터 시장은 급속한 성장추세에 있으며, 이와 같은 추세를 볼때 2004년 국내 라우터 시장은 2조원 정도의 규모가 될것으로 예상되어지고 있다. 하지만 라우터의 핵심 부품이라 칭할수 있는 라우팅 프로토콜은 현재 외국의 와인드리버사나 라우터웨어사에서 상용 라우팅 S/W를 수입하고 있는 실정이며, 고가의 라이센스 비용을 지불하고 있는 실정이다. 본 논문에서 다루고 있는 OSPF의 경우 AREA 간의 라우팅을 위하여 쓰이고 있으며 RFC 2328에 그 스펙이 정의되어져 있다. 여기서는 라우팅 프로토콜을 개발할 경우, 개발한 후에 기능 시험을 해야 하며 이들 기능 시험을 위한 시험 시나리오의 생성, 시험 환경의 구축. 적합성 시험 기술 등에 대한 연구 및 개발이 필요하다. 라우팅 프로토콜 시험 환경의 개발은 OSPF 프로토콜을 구현할 경우 프로토콜 기능을 시험할 수 있는 환경을 구축한다. 본 논문의 주요 내용은 라우팅 프로토콜인 OSPF 라우팅 프로토콜에 대한 시험 시나리오 생성 기술 연구, 시험 환경 구축, 시험 시나리오에 따른 프로토콜 적합성 시험, 망 적응 시험 수행이다. 이러한 기능들을 수행하기 위해 OSPF을 위한 시험 환경을 개발하고 단위 기능들에 대한 시험을 수행 한다.
기존 능동 네트워크 기술에서의 능동 네트워크 라우팅은 정적인 토폴로지 구성을 가정하고 있다. 그러나 능동 네트워크도 기존 IP 네트워크와 마찬가지로 동적이기 때문에 네트워크의 상태에 따라 능동 패킷을 동적으로 라우팅해야 할 필요가 있다. 이와 관련해서 현재까지 PLAN 프로젝트에서 SLRP와 TCOM500 프로토콜들을 제시했으나, 두 프로토콜 모두 정적으로 구성되어 있는 토폴로지를 기반으로 하기 때문에 완전한 의미에서의 동적 라우팅 프로토콜이라고 볼 수 없다. 따라서 본 논문에서는 좀 더 동적이고 기존 프로토콜과의 호환성을 갖춘 능동 네트워크 라우팅 프로토콜인 AOSPF(Active Open Shortest Path First)를 제안한다. AOSPF는 능동 네트워크 라우팅을 위해 새로운 LSA(Link State Advertisement)를 추가함으로써 OSPF를 확장한 것으로 새로 정의된 LSA는 해당 라우터가 능동 라우터임을 명시하며 이를 위해 LSA 패킷내에 OPT10N 필드에서 사용되지 않는 비트중 하나를 능동 라우터 명시 비트로 사용한다. 이러한 OSPF의 확장 방법은 멀티캐스트를 위해 OSPF를 확장한 MOSPF와 유사하다. 본 논문에서는 AOSPF의 동작 과정과 AOSPF를 통해 구성된 능동 네트워크 토폴로지 정보를 기반으로 하는 능동 패킷의 전달 방법에 대해 기술한다.
수동 시험은 기존의 프로토콜 검증 방법과는 달리 제품이 실제 운용되는 환경에서 입출력의 관찰만을 가지고 제품의 오류를 검출하는 시험이다. 본 논문은 EFSM(Extended Finite State Machine) 모델을 이용하여 homing 기법을 사용하는 수동시험 기법을 제안하고 이를 검증하기 위하여 제안된 수동 시험 기법을 사용하는 OSPF 프로토콜의 오류 검출기를 개발하였다. 개발된 오류 검출기는 Zebra[6]와 시스코 라우터로 구성된 소규모 네트워크에서 Zebra를 이용해 발생시킨 오류 OSPF 패킷을 잘 검출해내었다.
본 논문에서는 앞으로 광대역통합망에서 사용자의 요구사항에 따른 QoS를 제공하기 위한 연구의 일환으로 여러 가지 서비스 모델과 메커니즘을 살펴보고, 라우팅 최적화를 위한 유전 알고리즘과 hybrid 유전알고리즘에 대하여 논한다. OSPF에 바탕을 둔 라우팅 최적화만으로 QoS가 충분하지 않은 경우 약간의 MPLS 경로가 QoS를 개선하기 위해 설정될 수 있다. 이러한 상보형 MPLS 라우팅을 위한 두 개의 MTP 모델을 제안하고. 적절한 네트워크 QoS 대책으로 네트워크 내의 최대 링크 이용을 고찰한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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