라우터의 동작 방식과 역할
라우터는 다양한 경로 정보를 수집해 최적의 경로를 라우팅 테이블에 저장한 후 패킷이 라우터에 들어오면 IP 주소와 라우팅 테이블을 비교해 최선의 경로로 패킷을 보낸다.
또, 패킷 포워딩 과정에서 기존 2계층 헤더 정보를 제거한 후 새로운 2계층 헤더를 만들어 낸다.
스위치와 반대로 라우터는 들어온 패킷의 목적지 주소가 라우팅 테이블에 없으면 패킷을 버린다.
위의 라우터의 동작 방식을 경로 지정, 브로드캐스트 컨트롤, 프로토콜 변환 이라고 한다.
경로 지정
경로 정보를 모아 라우팅 테이블을 만들고 패킷이 라우터로 들어오면 패킷의 도착지 IP 주소를 확인해 경로를 지정하고 패킷을 포워딩한다.
라우터는 경로를 지정해 패킷을 포워딩하는 역할을 두 가지로 구분해 수행한다.
경로 정보를 얻는 역할과 얻은 경로 정보를 확인하고 패킷을 포워딩하는 역할이다.
라우터는 자신이 얻은 경로 정보에 포함되는 패킷만 포워딩하므로 정확한 목적지 경로를 얻는 것이 중요하다.
라우터가 목적지 경로를 얻는 방법은 IP 주소를 입력하며 자연스럽게 인접 네트워크 정보를 얻는 방법, 관리자가 직접 경로 정보를 입력하는 방법, 라우터끼리 서로 경로 정보를 자동으로 교환하는 방법이 있다.
브로드캐스트 컨트롤
스위치는 패킷의 도착지 주소를 모르면 플러딩한다.
하지만 라우터는 패킷을 원격지로 보내는 것을 목표로 개발되어 분명한 도착지 정보가 있을 때만 통신을 허락한다.
그래서 경로 습득 설정을 하지 않으면 패킷을 포워딩할 수 없다.
라우터의 기본 동작은 멀티캐스트 정보를 습득하지 않고 브로드캐스트 패킷을 전달하지 않는다.
이 기능을 이용해 브로드캐스트가 다른 네트워크로 전파되는 것을 막는다.
네트워크에 브로드캐스트가 많이 발생할 경우 라우터로 네트워크를 분리하면 브로드캐스트 네트워크를 분할해 네트워크 성능을 높일 수 있다.
프로토콜 변환
라우터의 또 다른 역할은 서로 다른 프로토콜로 구성된 네트워크를 연결하는 것이다.
현대 네트워크는 이더넷으로 수렴되어 이 역할이 많이 줄었다.
경로 지정 - 라우팅/스위칭
라우터가 패킷을 처리할 때는 크게 두 가지 작업을 수행한다.
- 경로 정보를 얻어 경로 정보를 정리하는 역할
- 정리된 경로 정보를 기반으로 패킷을 포워딩하는 역할
라우터는 자신이 모르는 주소인 패킷이 들어오면 패킷을 버리기 때문에 경로 정보를 충분히 수집하고 있어야 한다.
라우팅 동작과 라우팅 테이블
현대 라우터는 단말부터 목적지까지 경로를 모두 책임지는 것이 아니라 인접한 라우터까지만 경로를 경로를 지정하면 인접 라우터에서 최적 경로를 파악한 후 라우터로 패킷을 포워딩한다.
이 기법을 홉 바이 홉 라우팅이라고 부르고 인접한 라우터를 넥스트 홉이라고 한다.
라우터는 패킷이 목적지로 가는 전체 경로를 파악하지 않고 최적의 넥스트 홉을 선택해 내보낸다.
넥스트 홉은 일반적으로 세 가지 방법을 사용할 수 있다.
- 다음 라우터의 IP를 지정하는 방법(넥스트 홉 IP 주소)
- 일반적으로 사용 - 라우터의 나가는 인터페이스를 지정하는 방법
- IP를 모르더라도 MAC 주소를 알아낼 수 있을 때 - 라우터의 나가는 인터페이스와 다음 라우터의 IP를 동시에 지정하는 방법
- VLAN 같은 논리적 인터페이스를 사용
라우터가 패킷을 포워딩할 경로를 선택할 때 출발지는 고려하지 않는다.
그래서 라우팅 테이블에는 목적지 정보만 수집하고 목적지 주소를 통해 넥스트 홉으로 포워딩한다.
라우터가 경로 정보를 얻는 방법(라우팅)
라우터가 경로 정보를 얻는 방법은 크게 3가지로 구분할 수 있다.
- 다이렉트 커넥티드
- 스태틱 라우팅
- 다이나믹 라우팅
다이렉트 커넥티드
IP 주소를 입력할 때 사용된 IP 주소와 서브넷 마스크로 해당 IP 주소가 속한 네트워크 주소 정보를 알 수 있다.
다이렉트 커넥티드로 생성되는 경로 정보는 인터페이스에 IP를 설정하면 자동 생성되는 정보이므로 정보를 강제로 지울 수 없고 해당 네트워크 설정을 삭제하거나 해당 네트워크 인터페이스가 비활성화되어야만 사라진다.
스태틱 라우팅
관리자가 목적지 네트워크와 넥스트 홉을 라우터에 직접 지정해 경로 정보를 입력하는 것이다.
관리자가 직접 지정하므로 라우팅 정보를 직괁거으로 설정, 관리할 수 있다.
다이렉트 커넥티드처럼 연결된 인터페이스 정보가 삭제되거나 비활성화되면 라우팅 정보가 삭제되지만 논리 인터페이스는 삭제되지 않을 수 도있다.
다이나믹 라우팅
라우터끼리 자신이 알고 있는 경로 정보나 링크 상태 정보를 교환해 전체 네트워크 정보를 학습한다.
주기적으로 또는 상태 정보가 변경될 때 라우터끼리 경로 정보가 교환되므로 라우터를 연결하는 회선이나 라우터 자체에 장애가 발생하면 이 상황을 인지해 대체 경로로 패킷을 포워딩할 수 있다.
다이나믹 라우팅은 자신이 광고할 네트워크를 선언해줘야 한다.
라우터가 경로를 지정하는 방법(스위칭)
패킷이 들어와 라우팅 테이블을 참조하고 최적 경로로 라우터 외부로 포워딩하는 작업을 스위칭이라고 한다.
패킷을 최선 경로로 내보낼 때도 여러 가지 고려 사항이 있다.
라우팅 테이블과 정확히 일치하지 않는 경우도 존재하기 때문이다.
이러한 경우 가장 많은 정보가 일치한 경로로 포워딩 하는데 정확한 정보가 매치되는 작업은 단순 서치 작업으로 단순하다.
하지만 비슷한 경로를 찾는 과정은 많은 리소스를 소모한다.
이렇게 한번 스위칭한 경로는 캐시에 저장하고 다음 패킷은 캐시를 먼저 확인한다.
라우팅, 스위칭 우선순위
라우팅 테이블은 가장 좋은 경로 정보만 모아놓은 핵심 정보이다.
경로 정볼르 모아놓은 토폴로지 테이블에서 좋은 경로 정보의 우선순위는 경로 정보를 받은 방법과 거리를 기준으로 정한다.
목적지 네트워크 정보가 동일한 서브넷을 사용하는 경우, 정보를 얻은 소스에 따라 가중치를 정한다.
이 가중치 값은 3가지로 나뉜다.
- 내가 갖고 있는 네트워크(다이렉트 커넥티드)
- 내가 경로를 직접 지정한 네트워크(스태틱 라우팅)
- 경로를 전달받은 네트워크(다이나믹 라우팅)
경로 정보를 얻은 소스가 같을 경우 코스트 값을 우선으로 한다.
코스트 값까지 동일한 경우 ECMP 기능으로 트래픽을 분산한다.
라우팅 설정 방법
다이렉트 커넥티드
라우팅 테이블을 확인해 목적지가 다이렉트 커넥티드라면 L2 통신으로 목적지에 도달한다.
목저지가 외부 네트워크인데 다이렉트 커넥티드 라우팅 테이블 정보만 있다면 통신이 불가하다.
IP 주소를 잘못 설정하거나 서브넷 마스크를 잘못 설정하면 다이렉트 커넥티드 라우팅 정보가 잘못 입력 되어 외부 네트워크와 단절된 독립된 네트워크가 된다.
스태틱 라우팅
원격지 네트워크와 통신하려면 라우터에 직접 연결되지 않은 네트워크 정보를 입력해야 한다.
스태틱 라우팅은 주로 사내 네트워크 같은 환경에서 많이 사용한다.
다이나믹 라우팅
네트워크는 일반적으로 이중화를 통해 구성하므로 대체 경로가 필요하다.
이런 대체 경로가 필요한 네트워클르 스태틱 라우팅만으로 구성하면 한 홉이 넘어간 네트워크 상태가 변경될 때 대응이 힘들다.
이렇게 네트워크가 복잡해지기 시작하면 다이나믹 라우팅을 사용하는 것이 좋다.
