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스위치 포인터를 이용한 균형 이진 IP 주소 검색 구조
Binary Search Tree with Switch Pointers for IP Address Lookup 원문보기

정보과학회논문지. Journal of KIISE. 정보통신, v.36 no.1, 2009년, pp.57 - 67  

김형기 (이화여자대학교 대학원 전자정보통신학회) ,  임혜숙 (이화여자대학교 전자정보통신학과)

초록
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인터넷 라우터에서의 패킷 포워딩은 라우팅 테이블에 저장되어 있는 다양한 길이의 프리픽스들 중, 입력된 패킷의 목적지 주소와 가장 길게 일치하는 프리픽스를 찾아 그 프리픽스가 지정하는 출력 포트로 입력된 패킷을 내 보내주는 일련의 과정을 말한다. 패킷 포워딩 속도의 관건은 IP 주소 검색 성능이라 할 수 있는데, 고속의 IP 주소 검색을 제공하기 위해서는 포워딩 테이블을 저장하기 위한 효율적인 데이타 구조 및 우수한 검색 알고리즘이 필수적이라 할 수 있다. 본 논문에서는 이진 검색 트리를 이용한 주소 검색 알고리즘에 주목한다. 기존에 나와 있는 모든 이진 검색 알고리즘은 균형 검색을 제공하지 못하여 효율적이지 못하고, 프리픽스 영역에 대한 이진 검색 알고리즘은 균형 검색을 제공하나 프리픽스 개수보다 많은 수의 포워딩 엔트리를 저장하여 또한 효율적이지 못하다. 본 논문에서는 효율적인 IP 주소 검색을 위하여 완전 균형 트리 구조를 만들어 이진 검색을 수행하는 알고리즘을 제안하고, 그 성능을 평가하여 기존의 다른 주소 검색 알고리즘과 비교한다. 성능 평가 결과 본 논문에서 제안하는 알고리즘은 메모리 요구량의 증가 없이 검색 속도가 매우 향상됨을 보았다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Packet forwarding in the Internet routers is to find out the longest prefix that matches the destination address of an input packet and to forward the input packet to the output port designated by the longest matched prefix. The IP address lookup is the key of the packet forwarding, and it is requir...

주제어

#IP 주소 검색   #스위치 포인터   #이진 검색 구조   #완전 균형 트리 구조  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 이러한 패킷 처리 속도를 개선시키기 위해 이진 트라이(bianary 이진 검색 트리(binary search tree)(2), 가중 이진 검색 트리 (weighted binary search tree)[3], 우선순위 트라이 (priority trie)[4], 레벨 축약 (level-compressed trie)[5] 등의 여러 알고리즘들이 제안되었으나, 불균형구조라는 한계 때문에 검색 속도를 크게 향상시키지 못한다. 따라서 본 논문은 이러한 불균형 구조가 프리픽스들 간의 네스팅 관계를 처리해 주기 위해 발생한다는 점에 착안하여 문제를 해결하고 검색 성능을 향상시켰다. 즉, 제안하는 구조는 이진 검색 트리에 기초한 구조로서, 완전 균형 이진 검색 트리를 구성하되, 스위치 포인터를 사용하여 프리픽스들 간의 네스팅 관계를 처리하는 새로운 접근 방식을 시도한다.
  • 그러나 앞서 설명한 바와 같이 프리픽스들 간의 네스팅 관계 때문에 이진 검색 트리가 불균형 구조를 갖게 된다. 본 논문에서 제안하는 구조는 이진 검색 트리에 기초한 구조이므로 이진 검색 트리에 대하여 자세히 알아보고자 한다.
  • 각 엔트리에서의 검색 과정은 다음과 같다. 스위치 포인터를 인덱스로 하는 엔트리로 가서 이 엔트리의 프리픽스와 입력 패킷의 목적지 주소가 매치하는지 판단한다. 첫번째 경우로, 매치하지 않는 경우, 이 프리픽스의 인클로저 길이 내에서 매치하는 길이 (LMEL)가 BML 보다 크다면 이 프리픽스의 인클로저가 BML 보다 더 길게 매치할 가능성이 있다.

가설 설정

  • IP 주소의 길이는 IPv4의 경우에는 32 비트, IPv6의 경우에는 128 비트이나, 여기서는 설명의 편의를 위하여 7 비트로 가정하였다. 또한 각 프리픽스에 해당하는 출력 포트는 프리픽스의 이름으로 대신하였다.
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참고문헌 (7)

  1. H. J. Chao, "Next generation routers," Proceedingsof the IEEE, vo1.90, no.9, pp1518-1558, Sep. 2002 

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  2. N. yazdani and P. S. Min, "Fast and scalableschemes for the IP address lookup problem," Proc.IEEE HPSR2000, pp.83-92, 2000 

  3. C. Yim, B. Lee, and H. Lim, "Efficient binarysearch for IP address lookup," IEEE CommunimtionsLetters, vol.9, no.7, pp.652-654, Jul. 2005 

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  4. H. Lim and J. Mun, "An efficient IP addresslookup algorithm using a priority-trie," Proc.IEEE Globecom2006, pp.1-5, Nov. 2006 

  5. V. C. Raviknmar, R. Mahapatra, and J. Lin,"Modified LC-trie based efficient routing lookup,"Proc. MASCOTS2002, pp.177-182, Oct. 2002 

  6. B. Lampson, V. Srinivasan, and G. Varghese, "IFlookups using multiway and multicolumn search,"IEEE/ACM Trnas Networking, vol.7, no.3, pp.324-334,Jun. 1999 

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  7. http://www.potaroo.net 

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