라우터의 동작 방식과 역할

3계층의 대표적인 장비는 라우터입니다. 라우터는 들어오는 패킷의 목적지 IP를 확인하여 최적의 경로로 포워딩하는 역할을 합니다. 라우터는 원격지 통신에 매우 중요하며, 인터넷을 구성하는 핵심장비입니다.

라우터는 라우팅 테이블이라는 최적의 경로를 담은 테이블을 가지고 있습니다. 라우터로 들어온 패킷의 IP와 이 라우팅 테이블을 비교하여 패킷이 최적의 경로로 포워딩 합니다.
2계층 장비인 스위치의 경우 MAC 주소 테이블에 존재하지 않는 패킷이 들어오면 플러딩을 하지만 라우터는 라우팅 테이블에 존재하지 않는 목적지 IP를 가진 패킷이 들어오면 해당 패킷은 버려집니다.
또한 라우터는 패킷 포워딩 과정에서 기존 2계층 헤더정보를 제거 후 새로운 2계층 헤더를 만들어냅니다.
위 내용을 정리하면 라우터의 경로지정, 브로드캐스트 컨트롤, 프로토콜 변환의 3가지 동작을 가집니다.

경로지정

경로지정은 라우터의 핵심 기능입니다. 라우터는 경로를 모우는 다양한 방식을 통해서 라우팅 테이블을 만들고, 패킷이 들어오면 목적지 IP를 확인하여 이를 포워딩 합니다. 패킷의 경로를 지정하고 포워딩하기 위해서는 두 가지 동작이 필요합니다.

• 경로 수집 : 라우팅은 경로정보를 수집하는 것 뿐 아니라 다양한 경로 정보를 체계적으로 데이터베이스화 하고 순위를 부여해 최선의 정보만 수집해두는 것입니다. 이러한 최적의 경로를 찾는 작업을 단순화 하기 위해서 이를 별도의 테이블에 저장합니다. 즉, 경로 관련 데이터는 토폴로지 테이블(원시 데이터)에 저장되고, 이곳에서 최적의 경로만 라우팅 테이블에 저장됩니다.

• 수집된 경로 중 최적의 경로로 패킷을 포워딩 : 이를 스위칭이라 하며, 최적의 경로를 찾아 외부로 포워딩합니다.

브로드캐스트 컨트롤

라우터는 기본적으로 멀티캐스트나 브로드 캐스트 패킷을 전달하지 않습니다. 이러한 기능을 통해서 브로드캐스트가 다른 네트워크로 전파되는 것을 막을 수 있습니다. 이러한 기능을 "브로드캐스트 컨트롤 / 멀티캐스트 컨트롤" 이라고 합니다. 네트워크에 브로드캐스트가 많이 발생하는 경우 네트워크 전반에 성능을 저하시킬 수 있습니다. 이때 네트워크를 분할하고 라우터를 사용하면 성능을 높힐 수 있습니다.

프로토콜 변환

현대 네트워크는 이더넷을 주로 사용하지만 과거에는 LAN에서 사용하는 프로토콜과 WAN에서 사용하는 프로토콜이 다른 경우가 있엇습니다. LAN은 다수의 컴퓨터가 통신하는데 초점이 맞춰져있고, WAN은 원거리 통신이 목적입니다. 이렇게 서로 다른 프로토콜을 사용하는 경우 LAN의 기술을 WNA의 기술로 변환해야지만 원격지로의 네트워크 통신이 가능했고 이 역하릉 라우터가 담당하였습니다.

경로 지정 - 라우팅 / 스위칭

라우팅 동작과 라우팅 테이블

라우터는 단말부터 목적지까지의 모든 경로를 책임지는 것이 아니라 인접한 라우터 중 최적의 경로로 파악 후 패킷을 포워딩합니다. 이러한 기법을 홉-바이-홉 라우팅이라 부르고, 인접한 라우터를 넥스트 홉이라고 부릅니다.

라우터에서 넥스트 홉을 지정하는 방법에는 출력 인터페이스와 넥스트 홉 IP 주소가 있습니다.

라우터는 패킷을 포워딩 하기위해 경로를 선택할 때 출발지는 고려하지 않습니다. 라우터는 목적지 주소를 라우팅 테이블에 있는 정보와 비교하여 어느 경로로 포워딩 할지 결정합니다. 그래서 라우팅 테이블을 만들기 위해서 패킷의 목적지 정보만 수집하고, 포워딩할 패킷은 목적지 정보만 확인하여 넥스트 홉으로 포워딩합니다.
라우팅 테이블에 저장하는 데이터의 정보는 다음과 같습니다.

• 목적지 주소
• 넥스트 홉 IP 주소, 나가는 로컬 인터페이스(선택 가능)

라우팅

라우터가 경로 정보를 얻어 저장하는 것을 라우팅이라 하며, 정보를 얻는 방법은 다양하지만 크게 3가지로 구분할 수 있습니다.

다이렉트 커넥티드

인터페이스에 설정된 IP주소를 통해서 라우팅 테이블에 정보를 자동으로 생성합니다. 이를 다이렉트 커넥티드라 부릅니다. 이 정보는 강제로 지울 수 없고 해당 네트워크 설정을 삭제하거나, 해당 인터페이스가 비활성화 되어야만 자동으로 사라집니다.

스태틱 라우팅

관리자가 직접 라우팅 테이블에 목적지 주소와 넥스트 홉 정보를 입력하는 것을 스테틱 라우팅이라고 합니다. 스태틱 라우팅은 관리자가 직접 설정하기 때문에 직관정으로 설정, 관리할 수 있습니다. 스태틱 라우팅도 다이렉트 커넥티드 처럼 인터페이스 정보가 삭제되거나 비활성화 되면 연관된 스태틱 라우팅 정보가 자동 삭제됩니다.

다이나믹 라우팅

스태틱 라우팅은 적은 규모의 네트워크에서는 손쉽게 관리할수 있지만 규모가 커지면 관리하기가 어렵습니다. 또한 스태틱 라우팅은 라우터 너머의 다른 라우팅의 상태정보를 파악할 수 없습니다. 만약 라우터 사이의 회선이나 라우터에 장애가 발생하면 이를 파악하고 패킷을 우회하여 보낼 수 없습니다.

다이나믹 라우팅은 라우터끼리 자신이 알고 있는 경로 정보나 링크 상태 정보를 교환해 전체 네트워크 정보를 학습합니다. 주기적 확인, 혹은 상태 정보 변경이 발생하면 이를 인지하여 대체 경로로 패킷을 포워딩 합니다.
다이나믹 라우팅에서는 자신이 광고할 네트워크를 선언해주어야 합니다.

스위칭

스위칭은 라우팅 테이블을 참조하여 최적의 경로를 찾아 라우터 외부로 패킷을 포워딩 하는 작업을 의미합니다. 최적의 경로로 패킷을 보낼 때 여러가지 고려해야할 점이 있습니다. 목적지 IP주소가 라우팅 테이블과 일치하는 경우도 있지만 비슷하거나, 일치하지 않는 경우도 생길 수 있습니다. 라우팅 테이블에 완전히 일치하는 정보가 없을 경우 롱기스트 프리픽스 매치 기법을 이용해 라우팅 테이블 내에서 가장 가까운 경로를 선택합니다.
롱기스트 프리픽스 매치 기법은 이그잭트 매치보다 부하를 일으킬 수 밖에 없습니다. 패킷이 들어올 때마다 롱기스트 프리픽스 매치를 사용하면 부하가 발생할 것입니다. 그러므로 한번 스위칭 작업을 수행한 정보는 캐시에 저장하고 새로운 패킷이 들어오면 우선 캐시테이블을 살핀 후 라우팅 테이블을 확인합니다.
이러한 기술을 사용하는 이유는 패킷 네트워크에서 데이터를 보낼 때 동일한 출발지 IP, 목적지 IP, 포트번호의 패킷이 연속적으로 보내지기 때문입니다.

라우팅, 스위칭 우선순위

라우팅 시 우선순위

라우팅 테이블에 정보를 저장하기 위해서는 일반적인 경로를 모아둔 토폴로지 테이블에서 좋은 경로 정보를 우선순위 기준으로 정해야합니다. 이는 경로 정보를 받는 방법과 거리 기준으로 정해집니다.

목적지 네트워크 정보가 동일한 서브넷을 사용하는 경우, 정보를 얻은 방법에 때라 가중치를 정합니다. 이는 크게 3가지로 나눌 수 있습니다.

• 내가 작고 있는 네트워크(다이렉트 커넥티드)
• 내가 경로를 직접 지정한 네트워크(스태틱 라우팅)
• 경로를 전달받은 네트워크(다이나믹 라우팅)

위의 적어진 순서대로 우선순위가 적용됩니다.
기본적인 우선순위는 미리 정해져 있지만 필요에 따라 관리자가 우선순위를 조정해 라우팅 경로를 조정할 수 있습니다. 이를 AD(Administrative Distance, 관리 거리)라 부르며 라우터 생선업체마다 조금씩 값이 다릅니다.

만약 가중치 값이 동일 한 경우에는 코스트 값으로 우선 순위를 정합니다. 코스트 값 까지 동일한 경우에는 ECMP기능으로 동일한 코스트 값을 가진 경로 값 정보를 모두 활용해 트래픽을 분산합니다. 코스트 값은 거리를 나타내는 값으로 라우팅 프로토콜마다 기준이 다릅니다.

스위칭 시 우선순위

라우팅 설정 방법

용어 모음
라우터, 라우팅, 라우팅 테이블, 스위칭, 홉-바이-홉, 넥스트 홉