라우터

• 서로 다른 네트워크 간의 통신에서 최적의 경로를 찾아서 데이터 패킷을 전달하는 장비
• 다양한 경로 정보를 수집해서 최적의 경로를 라우팅 테이블에 저장한 후 패킷이 라우터에 들어오면 도착지 IP 주소와 라우팅 테이블을 비교해 최선의 경로로 패킷을 내보냄
• 스위치와 다르게 라우터는 들어온 패킷의 목적지 주소가 라우팅 테이블에 없으면 패킷을 버림

라우터의 동작 방식

• 경로 지정
  • 경로 정보를 모아 라우팅 테이블을 만듦
    • IP 주소를 입력하면서 자연스럽게 인접 네트워크 정보 얻는 방법
    • 관리자가 직접 정보를 입력하는 방법
    • 라우터끼리 서로 경로 정보 자동으로 교환하는 방법
  • 패킷이 라우터로 들어오면 도착지 IP 주소의 네트워크 주소 기반으로 경로를 지정하고 패킷 포워딩
• 브로드캐스트 컨트롤
  • 스위치 플러딩 범위인 LAN은 크기가 작아서 네트워크에 큰 무리 X
  • 라우터에 스위치처럼 패킷 플러딩을 허용하면 통신 불능 상태가 될 수 있음
  • 멀티캐스트 정보는 습득 X
    • 멀티캐스트 패킷은 라우터의 그룹 가입 정보를 바탕으로 전달
    • 멀티캐스트 라우팅 프로토콜
      • IGMP
        • 인터넷 그룹 관리 프로토콜 - 여러 장치가 하나의 IP 주소를 공유하여 모두 동일한 데이터를 수신할 수 있도록 하는 프로토콜
        • 네트워크 각 장치가 라우터에 자신이 멀티캐스트에 가입/탈퇴함을 알림
        • 멀티캐스트를 지원하려면 네트워크 장비(라우터, 스위치 등)가 IGMP 스누핑과 같은 기능을 지원해야 하고, 일반 가정용 인터넷 환경에서는 이러한 기능이 일반적으로 활성화되어 있지 않음
        • 주로 기업 내 IPTV, 대규모 기업 네트워크, 또는 특정 IPTV 서비스에서 사용
      • PIM
        • 라우터 간의 멀티캐스트 트리(데이터 전달 경로) 구성해서 멀티캐스트 트래픽 전달
  • 브로드캐스트 패킷은 전달 X
• 프로토콜 변환
  • 현재는 네트워크 대부분 이더넷으로 수렴돼서 이 역할이 줄었지만 과거에는 LAN과 WAN의 프로토콜이 전혀 달랐음
  • LAN 과 WAN 기술이 서로 변환 가능해야지만 원격 통신이 가능했었음
  • 라우터에 패킷이 들어오면 2계층 정보를 버리고 3계층 주소를 확인한 후 새로운 2계층 헤더 정보를 붙여서 외부로 보내는 방법으로 전혀 다른 기술간 변환

경로 지정 - 라우팅/스위칭

• 서브넷 단위로 라우팅 정보 습득하고 여러 개의 서브넷 정보 뭉쳐서 전달
• 그래서 라우터에 들어온 패킷의 목적지 주소와 라우터가 갖고 있는 라우팅 테이블 정보가 정확히 일치하지 않더라도 수많은 정보 중 목적지에 가장 근접한 정보를 찾아 패킷 포워딩됨

라우팅 동작

• 출발지->목적지 경로를 모두 책임지는 것이 아니라 인접한 라우터까지만 경로를 지정하고, 인접 라우터에서 다시 다음 인접 라우터로 패킷 포워딩
• 이 기법을 '홉-바이-홉 라우팅', 인접 라우터를 '넥스트 홉'
• 라우터는 패킷이 목적지로 가는 전체 경로를 파악하지 않고 최적의 넥스트 홉을 선택해 보내줌

TTL(Time To Live)

• 패킷이 살아있는 시간(홉) 제한
• 순간적으로 두 대의 라우터의 넥스트 홉이 각각 상대방으로 구성되어 라우팅 루프 발생할 수 있음
  
• 목적지가 30.30.30.30인 패킷이 R1에 들어오면 라우팅 테이블 참조해서 1.1.1.2 IP로 내보내고, 이 패킷을 받은 R2는 자신의 라우팅 테이블을 참조해 1.1.1.1로 패킷 포워딩되는 과정 반복
• 루프 방지를 위해 TTL이라는 수명값을 가지고 0이 되면 사라짐
• 하나의 홉(라우터) 지날때 마다 TTL 1씩 줄어듦

라우터가 경로 정보를 얻는 방법

• 다이렉트 커넥티드
  • 라우터나 PC에 연결된 네트워크 주소(인터페이스 IP 주소) 정보로 라우팅 테이블 자동으로 등록
• 스태틱 라우팅
  • 관리자가 목적지 네트워크와 넥스트 홉을 라우터에 직접 등록
  • 라우터 너머의 다른 라우터 상태 정보 파악 X - 한 라우터가 고장나도 다른 라우터의 라우팅 테이블 반영 X
  • 직접 관리에 한계 있음
• 다이나믹 라우팅
  • 스태틱 라우팅의 단점 보완
  • 주기적으로 or 상태 정보 변경 시 라우터끼리 자신이 알고 있는 경로 정보나 링크 상태 정보를 교환해서 전체 네트워크 정보 학습
  • 관리자 개입 없이 라우터끼리 장애 인지, 트래픽 우회 가능
  • 라우팅 프로토콜 사용
    라우팅 프로토콜(유니캐스트: RIP, IGRP, OSPF, IS-IS, EIGRO, BGP..., 멀티캐스트: DVMRP, MOSPF, PIM..)을 사용

스위칭

• 패킷이 들어와 라우팅 테이블을 참조하고 최적의 경로를 찾아 라우터 외부로 포워딩하는 작업
• 2계층 스위치랑 다름
• 들어온 패킷의 목적지가 라우팅 테이블에 있는 정보와 항상 완벽하게 일치하지는 않기 때문에 여러가지를 고려해야 함
  
• 10.1.1.9와 완전히 매칭되는 정보 없어서 longest prefix match로 가장 가까운 경로 선택
• 매칭되는 정보 10.0.0.0/8, 10.1.0.0/16, 10.1.1.0/24 중 목적지와 가장 많이 매치되는 10.1.1.0/24로 패킷 내보냄
  • 이렇게 부정확한 정보 중 가장 비슷한 경로 찾는 것이 정확한 정보를 매치(단순 서치 작업)하는 것보다 훨씬 많은 리소스 소모
  • 한 번 스위칭 작업을 수행하면 캐시에 저장, 다음 패킷은 라우팅 테이블 확인X 바로 캐시 확인
  • 보통 패킷 연달아서 동일한 출발지IP, 도착지IP, 포트 번호로 보내짐

우선순위

• 토폴로지 테이블 :일반적인 경로 정보
• 토폴로지 테이블에서 좋은 경로 우선순위로 라우팅 테이블 선정
  
• 우선순위: 경로수집방법 순
  1. 다이렉트 커넥티드
     • 라우터에 바로 붙은 대역이여서 가장 우선순위 높음
  2. 스태틱 라우팅
     • 신뢰도 높음
  3. 다이나믹 라우팅
     • 경로 정보를 직접 얻은것이 아니라 다른 라우터에게 전달받았기 때문에 우선순위 낮음
     • 사용한 라우팅 프로토콜에 따라 우선순위 달라짐
     • OSPF 프로토콜은 대역폭 기준