라우터 가상화 환경에서의 10G 이더넷 카드를 위한 네트워크 성능 분석

이치영(Chiyoung Lee),김도중(Dojung Kim),이종원(Jong-Won Lee),유혁(Hyuck Yoo) 한국정보과학회 2011 정보과학회논문지 : 정보통신 Vol.38 No.6

가상 네트워크는 논리적인 네트워크로, 다수의 가상 네트워크가 하나의 물리적 자원을 공유하여 동작한다. 따라서 가상 네트워크는 물리적인 네트워크의 구축에 비해 적은 비용으로 네트워크를 구축할 수 있다. 이러한 가상 네트워크를 구축하기 위해 요구되는 요소 중의 하나가 가상 라우터이다. 최근에는 고성능 PC 기반 플랫폼 상에서 가상 라우터를 구현하려는 연구도 진행되고 있다. 가상 라우터에서는, 한 가상 라우터의 동작 상태에 의해, 자원을 공유하고 있는 다른 가상 라우터가 영향을 받지 않아야 한다. 이러한 고립을 제공하기 위해 시스템 가상화 기술을 사용한다. 하지만 가상화 기술은 가상화에 따른 I/O 성능 열화의 문제가 있다. 특히, 라우터에서는 패킷의 송수신에 따른 I/O 작업이 많기 때문에, 이 I/O 성능 문제를 반드시 해결해야 한다. 본 논문에서는 가상 라우터 간의 고립을 보장하면서 가상화에 따른 I/O 오버헤드를 극복하기 위하여, Xen 기반 SR-IOV 기술을 적용한다. 그리고 실험을 통하여 SR-IOV 기술이 가상 라우터의 성능 향상에 효과가 있음을 보인다. 또한, 구축한 가상 라우터 상에서의 네트워크 성능을 측정하고 이를 분석한다. 이를 통해, 가상화 오버헤드 외에, 라우팅 과정과 멀티 코어 환경의 동기화 작업이 가상 라우터 성능 저하의 주요 원인임을 보인다. A virtual network is a kind of a logical network, and several virtual networks shares common physical resources. Therefore, compared to implement a physical network, a virtual network has a merit to be efficiently implemented in cost. A virtual router is a key component to implement virtual networks. Recently, researches of virtual routers on high performance commodity HW have been conducted. To support stable virtual networks, each virtual router does not affected by other virtual routers on the same physical platform. Generally, server virtualization techniques can be used to support isolation among virtual routers. However, the virtualization technique shows low I/O performance due to virtualization overhead. Because routers have executed many I/O operations to receive and transmit packets, the I/O overhead in virtualization should be avoided to implement high performance virtual routers This paper implements the Xen-based virtual router for isolation among routers, and reduces the virtualization overheads using SR-IOV to improve the I/O performance. And we show the performance effects by SR-IOV through an experiment. Also, we measure and analyze the performance of our virtual router. In here, We certificate a fact that the routing process and multi-core environment are reasons of the low network performance in the virtual router. This fact will be a foundation to develop some methods for network performance improvement in the virtual router.

차량 내 IPv6 네트워크를 위한 다중 이동 라우터 구조의 설계와 분석

백은경,조호식,최양희 한국ITS학회 2003 한국ITS학회논문지 Vol.2 No.2

언제 어디서나 컴퓨터 통신을 제공하는 유비쿼터스 통신이 대두되면서 차량은 자체 센서 및 제어 기기를 통신 네트워크로 연결할 뿐 아니라 승객에게도 통신 연결을 제공하는 새로운 통신 플랫폼으로서 주목받고 있다. 모든 통신 네트워크를 IP로 연결하는 4세대 이동 통신으로의 전이를 위하여 차량 내 네트워크 또한 IP 연결이 요구된다. 네트워크 이동성은 이동 IPv6 기반의 개념으로서, 이동의 단위를 호스트가 아닌 네트워크로 하여, 차량과 같이 다수의 이동 통신 노드를 포함하는 경우에 동시에 다수의 이동성 관리를 처리하는 부담을 해결하기 위하여 등장하였다. 네트워크 이동성을 이용하면 이동 라우터가 인터넷과 차량 내 이동 노드들 사이에서 이동성 관리를 일괄하여 처리한다 트래픽의 단일 통과 지점인 이동 라우터의 신뢰성은 전체 차량 내 IPv6 네트워크의 성능을 좌우하는 중요한 요소이며 단일 고장 지점이 된다. 본 논문에서는 차량 내 IPvS 네트워크의 신뢰성 향상과 충분한 데이터 전송률 제공을 위하여, 멀티호밍 기법에 의한 적응형 다중 이동 라우터 구조를 제안한다. 제안하는 다중 이동 라우타 구조는 차량의 종류에 따라 달라지는 이동성 특징을 이용하여 동적으로 무선 연결 상태가 변화하는 환경에 적응한다. 시뮬레이션 결과는 제안한 다중 이동 라우터 관리 구조가 기존의 단순 라우터 중복 구조에 비하여 세션 연결성을 증가시킴으로써 패킷 손실을 감소시키고 신뢰성을 높임을 보여준다. 또한 유효 도달 범위와 데이터 전송률이 서로 다른 액세스 기술이 혼재하는 통신 환경에서 세션 연결성을 보장하는 동시에 데이터 전송률 향상을 도모하는 적응성을 보인다. As the demand for ubiquitous mobile wireless Internet grows, vehicles are receiving a lot of attention as new networking platforms. The demand for 4G all-IP networks encourages vehicle networks to be connected using IPv6. By means of network mobility (NEMO) support, we can connect sensors, controllers, local ,servers as well as passengers' devices of a vehicle to the Internet through a mobile router. The mobile router provides the connectivity to the Internet and mobility transparency for the rest of the mobile nodes of an in-vehicle nv6 network. So, it is .important for the mobile router to assure reliable connection and a sufficient data rate for the group of nodes behind it. To provide reliability, this paper proposes an adaptive multihoming architecture of multiple mobile routers. Proposed architecture makes use of different mobility characteristics of different vehicles. Simulation results with different configurations show that the proposed architecture increases session preservation thus increases reliability and reduces packet loss. We also show that the proposed architecture is adaptive to heterogeneous access environment which provide different access coverage areas and data rates. The result shows that our architecture achieves sufficient data rates as well as session preservation.

실내 무선 메쉬 네트워크에서의 간섭 최소화를 위한 메쉬 라우터 배치 기법

이상환(Sanghwan Lee) 한국정보과학회 2010 정보과학회 컴퓨팅의 실제 논문지 Vol.16 No.4

무선 메쉬 네트워크는 쉬운 설치와 향상된 커버리지로 인해 많은 관심과 연구가 진행되고 있다. 예를 들면 메쉬 네트워크에서 throughput을 향상시키는 라우팅 프로토콜에 관한 연구나, 메쉬 링크의 품질을 측정하는 방법 등 다양하다. 하지만 이러한 연구들 중 대부분은 메쉬 라우터의 위치가 고정되어있다고 가정한다. 하지만 실내 메쉬 네트워크의 경우 관리자가 메쉬 네트워크를 독점적으로 관리하기 때문에 설치 시에 메쉬 라우터를 설치할 위치를 마음대로 결정할 수 있다. 따라서 처음부터 메쉬 네트워크의 성능을 고려하여 메쉬 라우터를 설치하는 것은 성능향상에 필수적이다. 이 논문에서는 유전자 기반 최적화 알고리즘을 바탕으로 메쉬 네트워크의 특성 (간섭, 패킷 전달 토폴로지 등)을 고려한 메쉬 라우터 위치 선정 기법을 제시한다. 기존에 메쉬 네트워크는 아니지만 다양한 무선 내트워크에서 기지국이나 AP등을 설치하는 문제가 연구되었고, 메쉬 네트워크의 고정된 메쉬 라우터 집합에서 게이트웨이를 선택하는 문제등이 연구되었지만, 메쉬 라우터의 위치를 선택하는데 있어서, 메쉬 라우터들의 위치나 메쉬 라우터 상에서의 패킷 전송 토폴로지에 의한 간섭을 고려한 연구는 없었다. 다양한 시뮬레이션을 통해 이 논문에서 제시된 기법이 랜덤 선택 기법에 비해 30-40%의 향상을 달성하였음을 보였다. Due to the ease of deployment and the extended coverage, wireless mesh networks (WMNs) are gaining popularity and research focus. For example, the routing protocols that enhance the throughput on the WMNs and the link quality measurement schemes are among the popular research topics. However, most of these works assume that the locations of the mesh routers are predetermined. Since the operators in an Indoor mesh network can determine the locations of the mesh routers by themselves, it is essential to the WMN performance for the mesh routers to be initially placed by considering the performance issues. In this paper, we propose a mesh router placement scheme based on genetic algorithms by considering the characteristics of WMNs such as interference and topology. There have been many related works that solve similar problems such as base station placement in cellular networks and gateway node selection in WMNs. However, none of them actually considers the interference to the mesh clients from non-associated mesh routers in determining the locations of the mesh routers. By simulations, we show that the proposed scheme improves the performance by 30-40% compared to the random selection scheme.

Edge 라우터 기반 네트워크 공격에 대응하는 보안기술 연구

황성규 한국정보통신학회 2022 한국정보통신학회논문지 Vol.26 No.9

Existing research on security technology related to network attack response has focused on research using hardware network security technology, network attacks that wiretap and wiretap network packets, denial of service attack that consumes server resources to bring down the system, and network by identifying vulnerabilities before attack. It is classified as a scanning attack. In addition, methods for increasing network security, antivirus vaccines and antivirus systems have been mainly proposed and designed. In particular, many users do not fully utilize the security function of the router. In order to overcome this problem, it is classified according to the network security level to block external attacks through layered security management through layer-by-layer experiments. The scope of the study was presented by examining the security technology trends of edge routers, and suggested methods and implementation examples to protect from threats related to edge router-based network attacks. 네트워크 공격 대응에 관한 보안기술의 기존 연구들은 하드웨어적 네트워크 보안 기술을 이용하여 네트워크의 보안성을 높이는 방법이나 바이러스 방역 백신과 바이러스 방역 시스템이 주로 제안 설계되어왔다. 많은 사용자는 라우터의 보안 기능을 충분히 활용하지 못하고 있어 이러한 문제점을 극복하기 위해 네트워크 보안 수준에 따라 분리함으로써 계층화된 보안 관리를 통하여 외부에서의 공격을 차단할 수 있음을 계층별 실험을 통해 분류하였다. 연구의 범위는 Edge 라우터의 보안기술 동향을 살펴봄으로 Edge 라우터 기반의 네트워크 공격에 관한 위협으로부터 보호하는 방법과 구현 사례를 제시한다.

고성능 보안 라우터를 지원하기 위한 통합 패킷 분류 알고리즘 설계

박우길 보안공학연구지원센터 2018 보안공학연구논문지 Vol.15 No.2

Today, the packet forwarding speed of routers is greatly improving to support exponentially growing traffic. In addition, various security functions such as access control layer (ACL) and network address translation (NAT) has been added on the router to cope with various security threats. However, it is technically very difficult to support high-speed packet transmission while providing various security functions simultaneously. To solve this problem, we propose a new approach to construct a high performance packet classification table using various packet classification tables for security functions. The proposed approach has a disadvantage in that the table size and the table building time are increased. However, it has an advantage in that the total table search time can be improved several times faster. In particular, it is possible to avoid unnecessary searches, thereby further improving the searching performance. Finally, it maintains the router's forwarding performance while providing various security functions. It is expected to be used for modern high-performance routers and other integrated security equipment. 오늘날 기하급수적으로 증가하고 있는 트래픽을 지원하기 위해 라우터의 패킷 포워딩 속도 역시 빠르게 발전하고 있다. 또한 다양한 보안 위협에 대응하기 위해서 라우터 상에 ACL (Access Control List)이나 NAT (Network Address Translation)와 같은 다양한 보안 기능들이 추가되고 있다. 하지만 다양한 보안 기능을 제공하면서 동시에 고속 패킷 전송을 지원하는 것은 기술적으로 상당히 어려운 문제이다. 이를 해결하기 위해서 본 논문에서는 다양한 패킷 분류 테이블들을 이용하여 고속으로 검색할 수 있는 검색 테이블을 구성하는 방법을 제안한다. 제안 방식은 기존의 독립된 패킷 분류 테이블들을 사용하는 경우에 비해 테이블 크기와 테이블 생성 시간이 일부 증가한다는 단점이 있지만 전체 테이블 검색 시간을 수 배 이상 빠르게 향상할 수 있다는 장점이 있다. 특히 다양한 테이블들을 검색 시 불필요한 검색을 피할 수 있어 더욱 검색 성능을 개선할 수 있다. 이를 활용하면 다양한 보안 기능을 제공하면서 라우터의 포워딩 성능은 유지하거나 더욱 향상할 수 있다. 따라서 고성능 라우터 및 다른 통합 보안 장비 개발에 활용될 것으로 기대된다.

LTE 기반 초고속 해상무선통신(LTE-M) 라우터 시스템

정낙주(Nahkju Jeong),나기(Batdorj Natsagdor),정회경(Hoekyung Jung) 한국정보통신학회 2018 한국정보통신학회논문지 Vol.22 No.3

해양안전에 정보통신기술을 적용하려는 세계 각국의 많은 노력을 바탕으로 국제해사기구(IMO)에서는 최신 정보통신기술을 해양 서비스에 적용하기 위해 e-Navigation 기준을 제정하였다. 해양수산부에서는 국내 환경을 고려한 한국형 e-Navigation을 추진하고 있으며, 해상에서의 초고속 무선통신 방식으로 LTE 통신 방식을 적용하려 하고 있다. 본 논문에서는 초고속 해상무선통신 서비스를 위해 할당된 700Mhz 대역의 주파수를 지원하는 LTE 기반 선박용 라우터 시스템의 개발에 대해서 기술한다. LTE 기반 선박용 라우터를 이용하여 기지국에서 100km 거리 통신이 가능함을 실험으로 보여준다. LTE 기반 초고속 해상무선통신 라우터 시스템은 해상에서 발생할 수 있는 다양한 사고예방 기술 개발에 필요한 통신 기반을 제공할 수 있을 것으로 사료된다. Various countries around the world are conducting various studies to apply information and communication technology to marine safety. Based on this, the International Maritime Organization (IMO) has established the e-Navigation standard to apply the latest information and communication technology to marine services. In Korea, the Ministry of Maritime Affairs and Fisheries is promoting Korean e-navigation considering domestic marine environment and is trying to apply LTE communication method as a high-speed wireless communication method at sea. In this paper, we describe the development of an LTE based marine router system supporting 700Mhz frequency band allocated for high speed maritime wireless communication service. Experiments on the possibility of 100km distance communication from base station using LTE based ship router are shown. LTE - based high - speed maritime wireless communication router system can provide communication infrastructure necessary to develop various accident prevention technologies that may occur at sea.

고속철도 환경에서 이중 이동 라우터를 이용한 끊김없는 핸드오버 방안

박희동(Heedong Park),권용하(Yongha Kwon),이강원(Kangwon Lee),이성협(Sunghyub Lee),조유제(Youze Cho),윤용기(Yongki Yoon) 한국정보과학회 2006 정보과학회논문지 : 정보통신 Vol.33 No.3

본 논문은 고속철도 환경에서 이중 이동 라우터를 이용한 끊김없는 핸드오버 방안을 제안한다. 제안한 방안은 철도차량의 앞과 뒤에 두 개의 이동 라우터를 배치하여 핸드오버 수행시기 차이를 이용한다. 이중 이동 라우터 중 하나가 핸드오버를 수행하더라도 다른 이동 라우터가 계속해서 패킷을 수신할 수 있으므로 네트워크 전체적으로는 끊김없는 서비스가 가능하지만, 두 개의 이동 라우터는 논리적으로 하나로 동작하게 된다. 수학적 해석 및 시뮬레이션 결과 제안한 방안은 핸드오버 시 서비스 중단 시간 및 패킷 손실을 방지할 수 있음을 알 수 있었다. This paper proposes a seamless handover scheme for high-speed trains using dual mobile routers to minimize service disruption time and packet loss during handovers. In the proposed scheme, each of the dual mobile routers is located at each end of the moving network for space diversity. One of the two mobile routers can continuously receive packets from its home agent, while the other is undergoing a handover, but they act as one logical mobile router. Analytical and simulation results showed that the proposed scheme could provide no service disruption or packet losses during handovers.

액티브 네트워크의 성능 향상을 위한 액티브 라우터 설계 및 성능 분석

김철중,정선화,박석천,Kim, Cheol-Joong,Jung, Sun-Hwa,Park, Seok-Cheon 한국정보처리학회 2008 정보처리학회논문지 C : 정보통신,정보보안 Vol.15 No.6

액티브 네트워크란 네트워크의 중간에 위치한 라우터나 스위치에 프로그램 저장 및 실행 기능을 부여한 차세대 네트워크를 말한다. 현재 인터넷이 지닌 한계점을 해결하기 위하여 액티브 네트워크 기술에 대한 연구들이 활발히 이루어지고 있지만 네트워크의 성능 향상에 대한 연구는 트래픽을 제어하는 수준에 머무르고 있는 실정이다. 또한 액티브 라우터로만 구성된 네트워크를 위주로 연구가 이루어지고 있어 현재 네트워크에 도입이 어려운 문제가 있다. 본 논문에서는 위와 같은 문제점들을 해결하고자 액티브 라우터에서 액티브 패킷의 처리 시간을 단축시킴으로서 액티브 네트워크의 성능을 향상시키기 위하여 액티브 엔진에 copy and forward 방식을 적용한 액티브 라우터를 구현하고 평가하였다. An Active Network is the next generation network that endows ""save program"" and ""execute program"" function to router and switch located middle of the network. Although there are many studies about active network technology to overcome the limitation of Internet but the studies are stagnant at just traffic control level. Also studies mainly focus on active router-constructed network so introduction into current network is hard. This paper implemented and evaluated active router that adopt a ""copy and forward"" method to resolve these problems. It reduces active packet handling time in active router so efficiency of network can be increased.

고속의 라우터를 위한 병렬 IP 주소 검색 기법

박재형,정민영,김진수,원용관,Park, Jae-hyung,Chung, Min-Young,Kim, Jin-soo,Won, Yong-gwan 한국정보처리학회 2004 정보처리학회논문지 A Vol.11 No.5

인터넷에서 IP 패킷을 목적지로 전달하는 라우터는 목적지의 주소에 따라서 다음 홉을 결정하는 IP 주소를 검색하는 과정을 수행한다. 패킷을 전달하는 과정에서 주소 검색은 고속의 라우터의 설계에 중요한 요인이다. 본 논문에서는 이미 하드웨어로 구현된 간접 IP 주소 검색 칩셋의 변경 없이 고속의 라우터의 설계를 위해서 여러 개의 검색 엔진으로 구성된 병렬 주소 검색 기법을 제안한다. 또한, 라우터 시스템 전체 포워딩 테이블에 존재하는 IP 프리픽스 엔트리를 각각의 검색 엔진에 분할하는 규칙을 제시한다. 본 논문에서 제안한 주소 검색 기법의 성능은 IP 프리픽스에 대한 포워딩 정보를 저장하는데 필요한 메모리의 양과 포워딩 테이블을 구성하기 위해 필요한 메모리 접근 횟수로 평가하였다. 본 논문에서 제안한 기법은 한 개의 검색 엔진을 사용하였을 때에 비해서 네 개의 검색 엔진을 사용할 경우, 하드웨어 로직의 도움으로 약 35%의 메모리 양의 감소와 80%의 메모리 접근 횟수의 감소를 보여준다. In order that routers forward a packet to its destination, they perform IP address lookup which determines the next hop according to the packet's destination address. In designing high speed routers, IP address lookup is an important issue. In order to design high speed routers, this paper proposes a parallel IP lookup scheme which consists of several IP lookup engines without any modification of already fabricated indirect IP lookup chipsets. Also, we propose a simple rule for partitioning IP prefix entries In an overall forwarding table among several IP lookup engines. And we evaluate the performance of the proposed scheme in terms of the memory size required for storing lookup information and the number of memory accesses on constructing the forwarding table. With additional hardware logics, the proposed scheme can reduce about 30% of the required memory size and 80% of the memory access counts.

HMIPv6의 중첩된 이동 네트워크에서 MAP의 캐시 정보를 이용한 명시적 경로 지정(Explicit Path Assignment) 알고리즘

송지영(Jiyoung Song),김병기(Byunggi Kim) 한국정보과학회 2006 정보과학회논문지 : 정보통신 Vol.33 No.6

HMIPv6는 노드와 라우터의 이동성으로 중첩된 형태의 이동 네트워크가 형성될 수 있다. 중첩된 이동 네트워크에서는 여러 개의 서브넷이 존재하고 또 여러 개의 이동 라우터(MR)와 이동 노드(MN)가 활동한다. 중첩의 깊이가 커지면 패킷이 경유하는 이동 라우터의 수가 증가하고, 이로 인해 데이타의 전송지연이 커질 수 있다. 본 논문에서는 Mobility Anchor Point(MAP)의 바인딩 캐시 정보를 활용하여 MAP에서 목적지 이동 노드까지의 경로를 구하고, 그 경로 정보를 패킷의 헤더에 포함하여 처리하는 EPA 알고리즘을 제안한다. EPA 알고리즘을 적용하면 MAP 도메인내의 불필요한 패킷의 양을 줄일 수 있다. 또 중간 이동 라우터에서는 간단한 패킷 치환 작업만으로 패킷의 재전송을 지원할 수 있어 전송지연을 줄일 수 있다. In HMIPv6, the nested mobile network because of the mobility of node and router can be constituted. Many subnets exist and many mobile router(MR)s and mobile node(MN)s activate in the nested mobile network. If the nested depth is deeper, the number of mobile router that packet goes through, increases and data transmission delay owing to this might be larger. This paper proposes EPA algorithm which finds out the path from Mobility Anchor Point(MAP) to a destination mobile node using the binding cache information of MAP and processes the path information by adding it to packet header. If we apply EAP algorithm, the quantity of unnecessary packet within MAP domain can be decreased. Also, the transmission delay can be decreased in a intermediate mobile router because it supports packet re-transmission just by simple packet substitution.