Layer 2 Routing with Multi-Spanning Tree Per a Node

Carrier Ethernet backbone network integrates distributed layer-2 based metro networks. In this networks, Multiple Spanning Tree Protocol (MSTP) has been uscd as a main routing protocol that allows multiple spanning trees in a network. A better routing protocol called IEEE802.1aq - Shortest Path Bridging (SPB) is recently proposed, that generates the shortest spanning tree per a destination node. As SPB provides a routing path per a destination node, there is no way to adapt network traffic at normal condition. If we are free from the principle of "a spanning tree per a destination node", we can achieve adaptive routing. Based on this philosophy, we propose a new spanning tree based protocol - Edge Node Divided Spanning Tree (ENDIST). ENDIST divides an edge node into sub-nodes as many as connecting links from the node and each sub-node generates a single shortest path tree based on SPB. Depending on network or nodal status, ENDIST chooses a better routing path by flow-basis. This added traffic engineering ability contributes to enhanced throughput and reduced delay in backbone networks. The simulation informs us that ENDIST's throughput under heavy load performs about 3.4-5.8 and 1.5-2.0 times compared with STP's and SPB's one respectively. Also, we verified that ENDIST's throughput corresponds to the theoretical upper bound at half of cases we investigated. This means that the proposed ENDIST is a dramatically enhanced and the close-to-perfect spanning tree based routing schemes.

노드 당 다중 스패닝 트리를 이용한 2계층 라우팅

캐리어 이더넷은 여러 개의 2계층 매트로 망을 연결하는 광대역 백본망이다. 백본망에서는 복수 개의 스패닝트리를 구성하는 다중 스패닝 트리 프로토콜(Multiple Spanning Tree Protocol : MSTP)을 사용하는데 최근에 간단하면서도 성능이 더 우수한 최단 경로 브리징(EEE802.1aq - Shortest Path Bridging : SPB)이 제안되었다. SPB는 목적지 노드 당 한 개씩 생성한 최단 경로 스패닝 트리를 따라서 프레임을 전송한다. 그러나 불행하게도 SPB는 목적지 노드마다 한 개의 경로만 설정하기 때문에 망의 상태 변화에 대처하기 위해서 라우팅 경로를 변경할 수 없다. 만일 목적지 노드별로 복수 개의 경로를 설정한다면 망의 상태에 적응하는 라우팅 방식을 구현할 수 있다. 본 논문은 이 철학을 적용한 라우팅 방식인 목적지 에지 노드 분할을 이용한 스패닝 트리(Edge Node Divided Spanning Tree : ENDIST)를 제안한다. ENDIST는 에지 노드를 연결된 링크의 수만큼의 서브 노드로 분할하고 각 서브 노드마다 SPB를 사용하여 스패닝 트리를 생성한 후에, 목적지 노드로 향하는 수 개의 라우팅 경로 중에서 한 개의 라우팅 경로를 망이나 노드의 상태에 따라 플로우 단위로 선택한다. 추가된 트래픽 엔지니어링 기법으로 우리는 백본망에서 지연 시간을 낮추고 처리율(throughput)을 향상시킬 수 있다. 시뮬레이션을 통해 우리는 최대 부하에서 ENDIST의 처리율이 STP(Spanning Tree Protocol)보다 약 3.4-5.8배, SPB보다 약 1.5-2.0배로 우수하게 동작함을 확인하였다. 특히, ENDIST의 처리율은 우리가 조사한 경우 중 절반에서 별도의 논문에서 이론적으로 계산한 한계치에 매우 근접함을 확인하였다. 이는 ENDIST가 2계층 라우팅의 성능을 획기적으로 향상시켜서 거의 완벽한 스패닝 트리 계열의 라우팅 방식이 되었음을 뜻한다.