제 6장 라우팅과 라우팅 프로토콜.

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1 제 6장 라우팅과 라우팅 프로토콜

2 1 2 3 4 Contents 라우팅 개념 라우터 수행 절차 관리거리(Administrative Distance)
라우팅 프로토콜의 분류

3 1 라우팅 개념 1) 라우팅의 기본 개념 라우팅이란? 정보를 목적지까지 전송하기 위해서 어떻게 전송을 해야 하는지 결정하는 것. 즉, 인접한 라우터들의 네트워크 정보와 메트릭 값을 받아 최적의 경로를 선택하여 목적지까지 패킷을 전송할 수 있게 해주는 기능

4 1 라우팅 개념 2) 라우티드 프로토콜 (Routed Protocol) / 라우팅 프로토콜 (Routing Protocol)의 구분 네트워크상에서 사용되는 프로토콜은 다양하다. 그 중 경로를 설정하는 핵심 알고리즘인 프로토콜을 일반적으로 ‘라우팅 프로토콜’이라 하며, 네트워크 가능하게 해주는 프로토콜을 ‘라우티드 프로토콜’이라 전반에서 경로설정을 이용하여 원활한 정보 교류를 한다. 라우팅 프로토콜 (Routing Protocol) 주로 라우터 내부에서 라우팅 알고리즘을 수행하는 프로토콜이다. 예) RIP(Routing Information Protocol) IGRP(Interior Gateway Routing Protocol) EIGRP(Enhanced Interior Gateway Routing Protocol) OSPF(Open Shortest Path First) BGP(Border Gateway Protocol) EGP(Exterior Gateway Protocol) - Cisco와 IBM ES-IS(End System to Intermediate System) IS-IS(Intermediate System to Intermediate System) 라우티드 프로토콜 (Routed Protocol) 라우티드 프로토콜(Routed Protocol)이란 말 그대로 라우팅을 당하는, 즉 라우터가 라우팅을 해주는 고객을 뜻한다. 예) TCP/IP OSI CLNS(Connectionless Network Service) OSI CMNS(Connection-Mode Network Service) Novell IPX Apple Talk Phase 1 and Phase HP Advancenet

5 1 라우팅 개념 3) 라우팅을 하기 위한 라우터의 역할
라우터는 인접한 라우터들로부터 정보를 수집한다. 수집한 정보를 가지고 목적지로 가지 위해 어떤 경로를 통해서 패킷을 전달 할 수가 있는지 판단하여 라우팅 테이블을 만든다 1단계:경로 정보 수집 3단계:라우팅 광고 2단계:라우팅 프로토콜 이용 4단계:라우팅 테이블 작성 Routing Table 1 2 E0 S0 네트워크 인터페이스 홉(Metric)

6 2 라우터 수행절차 1) 정보전달 수행절차 호스트가 텔넷을 통하여 서버에 접속한다면 아래와 같은 수행절차를 거치게 된다.
1단계:주소 인식 3단계:최적 경로 결정 2단계:라우팅 테이블 검색 4단계:패킷 전달 Telnet A B C D E 텔넷 서버:

7 2 라우터 수행절차 2) 경로 결정 요소 라우터는 인접한 라우터로부터 전달받은 경로정보로 비용을 계산하여 최적의 경로를 결정하는데, 이 비용 계산에 영향을 미치는 요소들을 Metric 이라고 한다. -Metric에는 홉수(Hop Count), 대역폭(Bandwidth), 지연(Delay), 신뢰도(Reliability), 부하(Load) 등이 있다. -라우터는 위와 같은 경로결정 요소들의 상태를 수치로 표현하여 계산하는데, 이 값을 비용(Cost)이라 부른다. -관리자가 선택한 라우팅 프로토콜에 따라 경로결정 요소들의 우선순위가 서로 다르게 반영되며, 일반적으로 가장 적은 비용(Cost)의 경로를 최적의 경로로 결정한다.

8 2 라우터 수행절차 2) 경로 결정 요소 (1)홉수(Hop Count)
하나의 홉은 하나의 라우터를 지나가는 것을 의미한다. 라우터를 지날 때마다 지연이 발생하기 때문에 거쳐가는 라우터수가 적은 경로, 즉 홉수가 작은 경로로 패킷을 전달하는 것이 빠르고 안정적이다. R1에서 R3로 가는 최적경로는 홉수가 1인 R1-R3간 1.5M T1으로 직접 연결된 경우이다. 라우터와 라우터가 직접 연결이 되어 있을 때 거리를 1홉이라고 한다. < 라우터(R1 ~ R3) 간의 홉수 >

9 2 라우터 수행절차 2) 경로 결정 요소 (2) 링크(Link)의 대역폭(Bandwidth)
링크 대역폭은 전송매체간의 전송 능력을 의미한다. 대역폭이 넓은, 즉 전송 속도가 빠른 경로가 최적 경로이다. 라우터 R1에서 R3로 직접 가려면 1.5 Mbps 링크를 통과해야 한다. 그러나 R1-R2, R2-R3 즉 45Mbps 링크를 사용하면 패킷을 더 빨리 전달할 수 있다. 그림에서 1.5Mbps, 45Mbps는 전송속도를 의미한다. < 라우터(R1 ~ R3) 간의 홉수 >

10 2 라우터 수행절차 2) 경로 결정 요소 (3) 지연(Delay)
지연은 패킷을 목적지로 보내기 위한 과정에서, 요구하는 작업을 수행하기까지의 시간을 말한다. 전송 지연 시간은 네트워크 링크의 회선 속도와 각 경로당 라우터의 큐 길이, 링크의 네트워크 사용 정체, 그리고 물리적 회선의 거리 등의 많은 요인들에 의해 결정된다 아래 그림과 같은 예에서, 만약 R1과 R2를 잇는 45Mbps 링크가 육상 또는 해저 케이블이 아니라 고 궤도 위성회선이라면 그 지연이 적어도 500msec는 걸린다.<아래 표 참고 > 그러나 육상 회선 또는 해저 케이블 회선이라면 많아야 200msec 정도 걸리므로 오히려 1.5Mbps 링크를 통해 패킷을 전달하는 것이 더 빠를 수도 있다. < 라우터(R1 ~ R3) 간에 위성통신을 이용한 경로>

11 2 라우터 수행절차 2) 경로 결정 요소 (3) 지연(Delay)
IGRP 라우팅 프로토콜에서는 전송매체에 따라 지연에 대한 경로 비용을 미리 계산 할 수 있다. 전송매체 지연(Delay) 대역폭(Bandwidth) 위성회선 2초 20 (500 Mbps) Ethernet 100 (1msec) 1,000 1.544Mbps 2,000 (20 msec) 6,476 64Kbps 2,000 156,250 56Kbps 178,571 10Kbps 1,000,000 1 Kbps 10,000,000

12 2 라우터 수행절차 2) 경로 결정 요소 (4) 부하(Load)
부하란 회선 사용량을 의미한다. 즉, 정해진 회선 속도는 있는데, 많은 사용자가 패킷을 전송을 하게 되면, 그만큼 다른 사용자가 사용할 수 있는 회선의량은 작다. 다시 말해서 부하란 전송 매체에서 네트워크 자원 사용량을 나타낸 것으로 부하가 많이 발생을 하게 되면 라우터에 CPU나 메모리의 많은 부담을 주게 된다. 지연시간이 짧다고 무조건 1.5Mbps로 전송되는 것이 아니라, 1.5Mbps 링크로 전송되고 있는 패킷이 너무 많을 경우는 체증이 생기므로 지연 시간이 긴 위성회선을 이용하는 것이 더 빠를 수도 있다. 부하 상황에 따라 라우팅 프로토콜이 부하정도를 비교하는데, 이러한 값들을 라우팅 프로토콜이 주기적으로 살펴봄으로써 자원의 사용 경향을 살펴볼 수 있다. < 라우터(R1 ~ R3) 간에 위성통신을 이용한 경로>

13 2 라우터 수행절차 2) 경로 결정 요소 (5) 신뢰도(Reliability)
신뢰도란 일명 신뢰성을 의미한다. 즉, 이 회선이 얼마나 안정적인지를 판단을 하는 것이다. 만약 회선 상태가 불안정할 경우 그만큼 신뢰도가 떨어지게 되고 각 링크의 비트-에러율로 전송 손실이나 전송 에러에 대한 정보를 참조하여 신뢰성을 판단한다. 아래 그림과 같이 45Mbps 위성회선을 이용해 R1에서 R3로 패킷을 보낼 때 대기층 기후 현상으로 인해 자꾸 손실이 생긴다면 위성회선을 이용하기 보다는 1.5Mbps 회선을 이용하는 것이 바람직하다. 신뢰도 값은 대부분 라우터에 의해 동적으로 자동 계산되지만 관리자에 의해 수동으로 할당될 수도 있다 < 라우터(R1 ~ R3) 간에 위성통신을 이용한 경로>

14 관리거리(Administrative Distance)
3 관리거리(Administrative Distance) 1) 관리거리 값 모든 라우팅 프로토콜은 0 ~ 255 사이의 관리거리값을 가지고 있고 값이 낮을수록 더욱더 신뢰성이 높은것으로 판단한다. 즉 여러 개의 라우팅 프로토콜이 존재할경우 관리거리값이 낮은 프로토콜로 부터 받아진 경로를 라우팅 테이블에 등록 시킨다. 라우팅 프로토콜 관리거리 (Administrative Distance) 직접 연결된 Interface Static Route 1 EIGRP Summary Route 5 External BGP 20 Internal EIGRP 90 IGRP 100 OSPF 110 IS-IS 115 RIP 120 EGP 140 External EIGRP 170 Internal BGP 200 Unknown 255 높음 우선 순위 낮음

15 관리거리(Administrative Distance)
3 관리거리(Administrative Distance) 2) 관리거리 우선순위 예 RIP과 IGRP를 예를 들어 경로 정보가 어떻게 바뀌는지 알아보자. < 4개의 라우터로 연결된 통신망 > RIP만 운영 위 그림에서 라우터 R1이 RIP만 운영한다면 비용이 작은 쪽인 R3으로 패킷을 보낸다. RIP에서 비용은 홉수(라우터의 개수)를 말한다. R1-R3-R4 : 비용 2 R1-R2-R3-R4 : 비용 3 목적지 비용 (Cost) Next Hop Net-N 2 R3 3 R2

16 관리거리(Administrative Distance)
3 관리거리(Administrative Distance) 2) 관리거리 우선순위 예 RIP과 IGRP를 예를 들어 경로 정보가 어떻게 바뀌는지 알아보자. < 4개의 라우터로 연결된 통신망 > IGRP만 운영 위 그림에서 라우터 R1이 IGRP만 운영한다면 비용이 작은 쪽인 R2로 패킷을 보낸다. ( 표의 비용은 임의로 계산한 것으로 IGRP의 여러 가지 경로설정 요인에 대한 비용 계산식은 추후에 자세히 학습 할 것이다.) 목적지 비용 (Cost) Next Hop Net-N 100 R3 50 R2

17 관리거리(Administrative Distance)
3 관리거리(Administrative Distance) 2) 관리거리 우선순위 예 RIP과 IGRP를 예를 들어 경로 정보가 어떻게 바뀌는지 알아보자. < 4개의 라우터로 연결된 통신망 > RIP와 IGRP 동시에 운영할 경우 위 그림에서 RIP와 IGRP를 동시에 운영한다면 관리거리 값을 통해 사용할 라우팅 프로토콜을 결정한다. IGRP는 관리거리가 100으로 RIP의 120보다 크므로 라우터 R1은 IGRP로부터 얻은 정보를 우선시하며, R2를 통해 패킷을 전달한다.

18 4 라우팅 프로토콜의 분류 1) 정적(Static) 라우팅 프로토콜과 동적(Dynamic) 라우팅 프로토콜
정적 라우팅 프로토콜은 네트워크 관리자가 직접 목적지 별로 네트워크 경로를 지정하는 방식이다. 정적 경로를 설정하기 위해 관리자 모드에서 ip route 명령어를 사용한다. 명령어 형식 Router(config)#ip route 목적지_네트워크 주소 목적지_네트워크_서브넷 마스크 목적지로 가기 위한 IP 주소 설정 예제 /24 /24 /24 S0 .2 .1 R1(config)#ip route

19 4 라우팅 프로토콜의 분류 1) 정적(Static) 라우팅 프로토콜과 동적(Dynamic) 라우팅 프로토콜
설정 예제 2 /24 /24 /24 S0 .3 .1 /24 .2 /24 R1 R2 R3 R1(config)#ip route R1(config)#ip route R1(config)#ip route R2(config)#ip route R2(config)#ip route R3(config)#ip route R3(config)#ip route R3(config)#ip route

20 4 라우팅 프로토콜의 분류 1) 정적(Static) 라우팅 프로토콜과 동적(Dynamic) 라우팅 프로토콜
관리자가 동적인 라우팅 프로토콜을 설정하면 네트워크의 변동된 정보를 라우터간에 자동으로 교환하는 라우팅 방식이다. 동적 라우팅 (Dynamic Routing) 프로토콜 자동으로 정보를 전달 받으므로 위 그림처럼 어떠한 네트워크에 장애가 나더라도 능동적으로 대처가 가능하다. 동적 라우팅 프로토콜은 정적 라우팅 프로토콜보다 설정 방법은 매우 간단하지만 정적 라우팅 프로토콜 보다는 대역폭및 라우터 리소스를 많이 소모하게 된다. 동적 라우팅 프로토콜은 RIP, IGRP, EIGRP, OSPF,ISIS 등이 있다.

21 4 라우팅 프로토콜의 분류 1) 정적(Static) 라우팅 프로토콜과 동적(Dynamic) 라우팅 프로토콜
• 네트워크의 변화에 능동적으로 대처 • 큰 네트워크에서 적합 • 다양한 경로 이용 가능 • 라우팅 테이블을 이해하기 쉬움 • 목적지 주소를 직접 입력하여 관리할 수 있어서 안정적임 장점 정적 라우팅 프로토콜 동적 라우팅 프로토콜 • 네트워크의 변화가 심할 때 부적합 • 큰 네트워크에서 부적합 • 우회경로 이용 등이 곤란 • 설정 및 운영지식 습득 필요 • 잘 설정해야 안정적 단점

22 4 라우팅 프로토콜의 분류 2) 내부(Interior) 라우팅 프로토콜과 외부(Exterior) 라우팅 프로토콜
< 내부 라우팅 프로토콜과 외부 라우팅 프로토콜 > A B (1) AS(Autonomous System) 독자적인 관리체계와 동일한 운영 정책을 가지는 네트워크의 집합이다. 예) 인터넷 서비스 업체(ISP) (2) IGP(Interior Gateway Protocol) 하나의 AS 또는 인트라넷에서 사용되는 라우팅 프로토콜이다. 즉, 자치 시스템(AS: autonomous system)내에서 라우팅 정보를 교환하는데 사용하는 것이다. 예) RIP, IGRP, EIGRP, OSPF, IS-IS (3) EGP(Exterior Gateway Protocol) AS와 AS간에 사용되는 라우팅 프로토콜이다. 즉, 자치 시스템간에서 라우팅 정보를 교환하는데 사용되는 것이다. 예) BGP4

23 4 라우팅 프로토콜의 분류 3) 단일(Single) 라우팅 프로토콜과 다중(Multi) 라우팅 프로토콜
비교 네트워크 프로토콜중에서 (IP / IPX , Appletalk ) 하나의 네트워크 프로토콜만 지원하는 라우팅 프로토콜이다. Single 라우팅 : RIP, IGRP/EIGRP, OSPF, BGP 네트워크 프로토콜중에서 (IP / IPX , Appletalk ) 두개 이상의 네트워크 프로토콜을 지원하는 라우팅 프로토콜이다. Multi 라우팅 : EIGRP RTMP Appletalk Novell RIP, NLSP IPX EIGRP RIP, IGRP/EIGRP, OSPF, BGP IP 구분 < 네트워크 프로토콜별 사용 가능한 라우팅 프로토콜 >

24 4 라우팅 프로토콜의 분류 4) 단일 경로(Single Path) 라우팅 프로토콜과 다중 경로(Multi Path) 라우팅 프로토콜 라우팅 테이블에 등록되는 동일한 목적지에 대한 경로의 수에 따라 단일 경로(Single Path) 라우팅 프로토콜과 다중 경로(Multi Path) 라우팅 프로토콜로 분류한다. (1) 단일 경로(Single Path) 라우팅 프로토콜 가장 적은 비용이 드는 경로 하나만을 라우팅 테이블에 등록하며, 패킷 전달을 위해 오직 최적경로 하나만을 사용한다. 예) RIP, OSPF, BGP등 < 단일 라우팅 프로토콜과 >

25 4 라우팅 프로토콜의 분류 4) 단일 경로(Single Path) 라우팅 프로토콜과 다중 경로(Multi Path) 라우팅 프로토콜 라우팅 테이블에 등록되는 동일한 목적지에 대한 경로의 수에 따라 단일 경로(Single Path) 라우팅 프로토콜과 다중 경로(Multi Path) 라우팅 프로토콜로 분류한다. (2) 다중 경로(Multi Path) 라우팅 프로토콜 최적 경로 뿐만 아니라 차선 경로들도 라우팅 테이블에 등록시키며, 패킷 전달시 여러 개의 경로를 사용하여 부하를 분산시킬 수 있다. 예) IGRP, EIGRP < 다중 경로 라우팅 프로토콜 >

26 4 라우팅 프로토콜의 분류 5) 평면(Flat) 구조 라우팅 프로토콜과 계층(Hierarchical) 구조 라우팅 프로토콜
라우터간에는 서로 경로가 연결되어 있어 모든 라우터간에 연결되어 있는 경로 정보 ( Routing Table) 교환이 발생하는 구조이다. < 평면 구조 >

27 4 라우팅 프로토콜의 분류 5) 평면(Flat) 구조 라우팅 프로토콜과 계층(Hierarchical) 구조 라우팅 프로토콜
라우터의 관계가 계층적이다. 따라서, 네트워크를 여러 개의 영역으로 나누어 해당 영역내의 라우터간에만 경로정보를 교환하고, 다른 영역간의 정보교환은 경계 라우터에서만 이루어지는 구조이다. < 계층 구조 >

28 4 라우팅 프로토콜의 분류 6) 거리 벡터(Distance Vector) 라우팅 프로토콜과 연결 상태(Link State) 라우팅 프로토콜 알고리즘에 따라 거리 벡터(Distance Vector) 라우팅 프로토콜과 연결 상태(Link State) 라우팅 프로토콜로 분류한다. (1) 거리 벡터(Distance Vector) 라우팅 프로토콜 < 거리 벡터 라우팅 프로토콜 > 일정한 시간마다 이웃에 위치한 라우터와 경로정보를 교환 (Hop Count )해서 최적경로를 설정하는 방식이다. 동작원리 각 라우터는 일정한 시간마다 이웃한 라우터와 라우팅 테이블에 있는 모든 라우팅 정보를 주고 받는데, 이때 이웃하고 있는 라우터의 경로값들과 자신이 가지고 있는 경로값을 비교하여 적은 값으로 라우팅 테이블을 갱신한다. 특징 ① 간단한 알고리즘으로 이해가 쉽다. ② 링크 상태에 대한 대응이 느리다. ③ 대규모 네트워크에 적합하지 않다. ④ RIP, IGRP에서 사용한다.

29 4 라우팅 프로토콜의 분류 6) 거리 벡터(Distance Vector) 라우팅 프로토콜과 연결 상태(Link State) 라우팅 프로토콜 (2) 연결 상태(Link State) 라우팅 프로토콜 <연결 상태 라우팅 프로토콜 > 링크(link) 상태가 변할 때만 경로정보를 전송하여 트래픽을 줄이고 거리 벡터 방식의 단점을 극복하기 위해 개발된 프로토콜로 네트워크에 대한 모든 상태 정보를 수집하여 최적 경로를 계산하는 방식이다. 동작원리 최단거리(SPF) 알고리즘을 가동하여 자신을 중심으로 한 네트워크 토폴리지 DB를 구성하고 있다가 링크 정보가 변할 때 링크 정보를 담고 있는 LSA 패킷을 토대로 전체 토폴리지에 대한 정보를 수정한다. 특징 ① 링크 상태 바뀌면 LSA를 교환한다. ② 각 라우터는 토폴로지 DB를 공유한다. ③ SPF 알고리즘을 가동하여 SPF Tree를 생성하고, 최적의 경로를 설정한다. ④ 대규모 네트워크의 경우 모든 라우터의 테이블이 같아야 하므로 많은 리소스가 필요하다. ⑤ 복잡하고 정교한 네트워크를 제어할 수 있다. ⑥ 링크가 빈번하게 변하면 LSA 를 계속 보내야 하므로 대역폭이 감소한다. ⑦ SPF 알고리즘 또한 많은 리소스가 필요하다. ⑧ OSPF 에서 사용한다.

30 4 라우팅 프로토콜의 분류 6) 거리 벡터(Distance Vector) 라우팅 프로토콜과 연결 상태(Link State) 라우팅 프로토콜 (3) 비교 거리 벡터 라우팅 프로토콜 연결 상태 라우팅 프로토콜 인접한 이웃으로부터 망 정보를 수집 모든 라우터로부터 망 정보를 수집 비용은 이웃 라우터와의 거리 비용을 더해서 구함 최단거리 알고리즘으로 모든 라우터에 대한 비용을 직접 계산 주기적인 라우팅 정보 교환 링크 상태 변화 시만 라우팅 정보 교환 느린 수렴시간 빠른 수렴 시간 모든 라우팅 테이블 값을 이웃에게 전달 자신에게 직접 연결된 망 정보만 전달 브로드캐스트 방식으로 이웃에게 라우팅 광고 멀티캐스트 방식으로 라우팅 광고