라우터, 라우팅 프로토콜

이정훈·2023년 9월 10일

Computer Science

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1. 라우터

출처: https://m.blog.naver.com/PostView.naver?isHttpsRedirect=true&blogId=ehdrhs1004&logNo=220713143265

라우터는 LAN과 LAN을 연결하는 장치로써, 목적지까지의 최적 경로를 결정하여 라우팅 해주는 장치를 말한다.
라우터는 각각 독립적인 IP 주소를 가지고 있어, 브리지처럼 모든 프레임을 수신하여 검사하는 것이 아니라, 자신에게 수신된 패킷에 대해서만 처리한다.

LAN : Local Area Network, 근거리 통신망
무선 공유기 : 무선 공유기 역시 라우터의 일종, 홈 라우터라고도 함

라우터는 IP 패킷을 전달할 때, 가장 적절한 경로상의 다음 라우터의 주소를 라우팅 테이블에서 선택하여 패킷을 중계한다.

역할

라우팅: 라우터는 패킷을 목적지로 안내하는 역할을 한다. 패킷이 라우터에 도착하면, 라우터는 그 패킷을 최적의 경로를 결정하고, 해당 경로를 통해 목적지까지 보낸다. (라우팅이 라우터의 주된 기능)

네트워크 주소 할당: 장치에 IP 주소를 할당하고, 해당 장치가 네트워크에서 통신할 수 있도록 지원한다.

패킷 필터링 및 보안: 패킷 필터링을 통해 보안 기능을 제공하고, 악의적인 트래픽을 차단한다.

로드 밸런싱: 경우에 따라 여러 경로를 사용하여 동일한 데이터 패킷을 보냄 -> 데이터 손실 방지 및 트래픽 볼륨 관리

2. 라우팅

라우팅은 네트워크에서 데이터 패킷을 송신지에서 목적지로 전달하기 위해 최적의 경로를 결정하고 이동시키는 프로세스이다. 이러한 작업은 데이터 통신을 원할하게 하기 위해 수행하는 라우터의 핵심 기능이다.

2-1. 라우팅 테이블

컴퓨터 네트워크에서 목적지 주소를 목적지에 도달하기 위한 네트워크 노선으로 변환시키는 목적으로 사용된다. 라우팅 프로토콜의 가장 중요한 목적이 바로 이러한 라우팅 테이블의 구성이다.

라우팅 테이블은 만드는 방식에 따라 크게 2가지 유형으로 나눌 수 있다.

1. 정적 라우팅
네트워크 관리자가 정적 테이블을 사용하여 네트워크 경로를 수동으로 구성하고 선택한다.
장점:
1. 간단한 구성으로 빠른 라우팅, 원하는 경로로 패킷을 보낼 수 있음.
2. 라우터의 부하가 경감될 수 있음
단점:
1. 정적 특성으로 인해 네트워크의 적응성 및 유연성을 저하시키기 때문에 네트워크의 성능이 제한됨
2. 정해진 경로 상에 장애가 발생하면, 네트워크 전체 이용에 장애가 발생할 수 있음

2. 동적 라우팅

네트워크 조건에 따라 라우팅 테이블을 만들고 업데이트를 함
동적 라우팅 프로토콜을 통해 라우팅 테이블을 생성
장점: 트래픽 볼륨, 대역폭, 네트워크 장애 등 변화하는 네트워크 조건을 고려하고 대응할 수 있음.
단점: 라우터의 부하가 큼

일반적으로, 대규모 및 복잡한 네트워크에서는 동적 라우팅이 유용하지만, 작은 네트워크나 특수한 요구사항을 충족하기 위해서는 정적 라우팅을 사용할 수 있다.

3. 라우팅 프로토콜

AS(Autonomous System)

AS(Autonomous System) : 일정 규모의 한 네트워크를 말하는 것으로써,하나의 관리자(또는 관리 그룹)에 의해 관리되는 라우터의 집합을 의미한다. AS는 인터넷의 라우팅 도메인을 정의하며, 자체적인 라우팅 정책을 가진다.

AS 내에서의 Routing을 담당하는 프로토콜을 IGP(Interior Gateway Protocol)이라고 하고, 서로 다른 AS 사이에서 사용되는 프로토콜을 EGP(Exterior Gateway Protocol)이라고 한다.

AS 내에서 라우팅을 관리하기 위해 사용되는 프로토콜을 IGP라고 한다. IGP는 라우팅 정보 교환 방식(테이블 관리)에 따라, Distance Vector, Linke-State Vector로 분류된다.

3-1. 테이블 관리에 따른 분류

Distance Vector

라우터 간에 주기적으로 경로 정보를 교환하고, 경로 벡터를 사용하여 최적 경로를 계산한다.
라우팅 테이블에 목적지까지 가는데 필요한 거리와 방향만 라우팅 테이블에 기록한다.
대표적으로 RIP, IGRP가 있다.
벨만 포드 알고리즘을 사용하여 구현

RIP
홉을 기준으로 하고 최대 15홉까지 지원하므로 큰 망에선 사용할 수 없음
30초마다 모든 라우터에 정보를 업데이트
180초 이내에 정보가 수신되지 않으면 해당 경로를 이상 상태로 간주
라우팅 되는 Hop 카운트가 가장 적은 경로를 선택하여 라우팅 하는 프로토콜

장점: 경로 변화에 민감하게 반응하여 라우팅 정보를 갱신하고, 구조가 간단하여 프로세서 부담이 적음

단점: 브로드캐스팅 방식이므로 네트워크에 부하를 줌. 회선의 상태를 무시한 홉 계산 방식이므로 비효율적인 라우팅이 이루어짐

Link State Vector

네트워크 전체 토폴리지 정보를 수집하고, 각 라우터 간의 홉 수 뿐만 아니라, 연결 상태 와 거리 등을 상세히 파악하여 최적 경로를 계산한다.
대표적으로 OSPF, ISIS가 있다.
다익스트라 알고리즘을 사용하여 구현

컴퓨터 네트워크에서 네트워크 장비들 간의 물리적인 연결 및 논리적인 구성을 나타내는 방식을 토폴리지라고 함.

OSPF
최단 경로 우선 프로토콜로, 최저 COST(최소 시간) 경로를 최적 라우팅 경로로 결정한다. Area라는 개념을 사용하여, AS를 작은 영역으로 나누고 계속적으로 영역 토폴리지를 분리하여 각 영역의 OSPF 라우팅 트래픽과 링크 상태 데이터베이스 크기를 줄일 수 있어, 효율적으로 관리한다. 각 Area는 Back Bone Area로 연결되어있다.

Flooding 방식(한 노드에서 온 패킷은 라우터에 접속되어 있는 모든 노드로 전달)으로 해주어 컨버전스 타임(새로운 라우팅 테이블을 만드는데 걸리는 시간)이 매우 빠르다.

대규모 네트워크를

거리 벡터 라우팅과 링크 상태 라우팅 비교

메트릭: 라우팅 프로토콜들이 최적 경로를 선택하는 기준

Hybrid형

거리벡터방식과 링크상태 방식 두가지 특징을 모두 가진 하이브리드형 IGP로 대표적으로 시스코에서 개발한 EIGRP가 있다. (위 그림에서 왜 링크 상태 프로토콜에 분류되어 있는지 모르겠는데, 대부분 그림에서 이렇게 분류되어 있음)

BGP

가장 대표적인 EGP(나머지는 거의 안씀)
AS 간에 사용되는 라우팅 프로토콜로, 정해진 정책에 따라 최적 라우팅 경로를 수립한다.
Path Vector 방식을 사용한다

Path Vector란?

최종 목적지까지 Path를 이용하여 라우팅을 하는 방식이다. 거리 벡터 라우팅 원리와 비슷한다. 경로 벡터 라우팅에서 전체 자율 시스템을 대신하여 동작하는 대표 노드 한개가 있다고 가정한다. 이것을 Speaker 노드라고 한다. Speaker Node는 라우팅 테이블을 생성하고 이웃한 스피터 노드로 통지한다. 각 spaker node는 도달 여부만 알 수 있다.