Network | Routing & Routing Protocol

Routing

1. Routing이란?

- 최적의 경로를 결정하여 목적지까지 전송하는 일련의 과정 -> 최적 경로(best-path) 학습하여 Routing Table에 기록

- 전달받은 packet의 방향을 결정하여 switching 수행됨 -> 방향 정보가 없으면 packet 폐기

- 스위칭(switching) : 라우터의 여러 개 인터페이스 중 하나에서 들어온 패킷을 다른 쪽 인터페이스로 보내는 기능

- 경로 결정(path-determination) 기능을 네트워크 계층에서 담당 -> Routing Table을 바탕으로 packet을 보냄 (Best-effort)

- 필요 정보 : 목적지 네트워크, 입/출력 인터페이스 정보, 가능성 있는 모든 경로 정보, 최적 경로, 지속적인 경로 정보 유지

- routing 조건 : 서로 동일 정책, 서로 정보 교환을 할 인터페이스를 선언

 

2. 과정

1. 경로 수집 (Path Discovery)

- 네트워크에 할당된 서브넷에 도달할 수 있는 모든 경로 정보 검색 및 수집

2. 경로 선출 (Path Selection)

- 수집된 경로 정보들을 기반으로 각 목적지까지의 최적 경로를 산출하는 과정 – 매트릭 상수 계산

3. 경로 관리 (Path Manager)

- 수집된 경로 정보와 그 안에서 산출된 최적 정보들의 변화를 지속적으로 감지

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Routing Protocol

- 목적지 네트워크로 가는 경로를 알아내기 위해 사용하는 Protocol

  <-> Routed Protocol : 결정된 경로로 전달되는 프로토콜 ex) IP, IPX, Apple Talk

- Router는 기본적으로 자신과 연결된 네트워크의 정보만을 Routing Table에 가지고 있음

=> Routing Protocol을 이용하여 직접 연결되지 않은 네트워크의 정보를 Routing Table에 추가함

 

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1. 라우팅 방법

1. 정적 라우팅(Static Routing)

- 최적 경로와 네트워크 변화에 대해 관리자가 직접 관리 => 실시간 관리가 쉽지 않음

- Connected 다음으로 신뢰 있는 경로

- Stub Network일 경우 정적 라우팅 -> 동적 라우팅 실행 시 오버헤드 발생

- 일반적으로 소규모 네트워크 환경에서 LAN 내부 Routing을 위해 주로 사용

- 장점 : CPU가 최적 경로 계산 X => Routing 속도 빠름, memory 적게 사용 => Router 성능 좋아짐, 동적 라우팅처럼 Routing Table을 교환하지 않아 대역폭 절약 가능, 자신의 정보를 전송하지 않아 보안성 우수

- 단점 : 입력한 경로에 이상이 생겨도 계속해서 그 경로로 전송함 => 관리자가 수동으로 경로를 재설정하기 전까지는 계속 이상 경로로 packet 전송, network 변화를 감지하기 어렵고 확장성이 낮으므로 대규모 네트워크에서는 사용하시 힘듦

- Default Static Routing(단방향) : Static Routing의 특수한 형태, 우선순위가 가장 낮음, packet의 next hop이 Routing Table에 등록되어 있지 않을 때 packet을 전달할 경로

 

2. 동적 라우팅(Dynamic Routing)

- Router와 Router가 라우팅 프로토콜에 의해서 자동으로 서로의 네트워크 정보를 교환하여 경로 정보 학습 => 네트워크 변화에 대해 실시간으로 반응함

- Background Traffic의 발생 비율이 높음 -> 서비스에 부하를 줄 수 있음

- 우회 경로를 가지는 경우 Load Balancing 가능

- 다양한 척도(Metric)에 의한 라우팅 거리 판단

- 일반적으로 WAN 또는 LAN 내부 Routing을 위해 주로 사용

- 장점 : 관리자가 일일이 경로를 입력할 필요 없음, 선택된 경로에 문제나 변화가 생기면 스스로 새로운 경로 갱신

- 단점 : CPU와 memory를 많이 사용함

- AS(Autonomous System) : 단일 관리 영역으로 운영되는 네트워크의 집합, 관리 번호를 할당하여 식별함

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1) IGP(Interior Gateway Protocol) : 동일 AS(Autonomous System) 내에서 Routing 정보를 교환하는 프로토콜

- Distance Vector : 오로지 Hop Count(거치는 라우터 개수) -> RIP, RIPv2, IGRP

- Link State : 속도 -> OSPF classless

- Advance Distance Vector : 속도, 방향 -> EIGRP(c) classless

 

2) EGP(Exterior Gateway Protocol) : 다른 AS 간에 Routing 정보를 교환하는 프로토콜, 대규모 Routing에서 사용, 속도는 느리지만 많은 양의 라우팅 정보 업데이트 가능, Path Vector는 BGPV4

- BGP

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2. Metric

- 최적 경로를 결정하는 조건 값

- 동일한 네트워크의 metric이 같으면 Load Balancing, 다르면 주/보조 경로

1. Bandwidth(대역폭) : 링크의 데이터 속도, 전송 가능한 용량

2. Delay(지연) : 발신지에서 목적지까지 packet을 전달하면서 중간의 링크를 거치면서 걸리는 시간

3. Load(부하) : 라우터나 링크에 활동중인 자원의 양(ex. 트래픽의 양)

4. Reliability(신뢰도) : 각각의 네트워크 링크의 오류, 에러율

5. MTU (Maximum Transmission Unit) : 네트워크에 연결된 장치가 받아들일 수 있는 최대 데이터 패킷 크기

6. Hop Count : 목적지까지 거쳐야 할 라우터의 개수

7. Ticks : 한 개의 데이터링크를 거치기 위해 걸리는 시간을 IBM PC 클럭의 tick으로 표현

8. Cost : 링크의 특성 정보를 이용하여 계산된 링크의 비용 값, 네트워크 관리자가 설정하는 주관적인 값

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3. 알고리즘

1. Distance Vector Algorithm (거리 벡터 알고리즘)

- 순수 물리적으로 라우터와 라우터 간의 최적 경로만 교환, 목적지까지 가기 위한 최적 경로만 관리하여 best path 결정

- 주기적으로 직접 연결된 인접 라우터에게 라우팅 테이블을 보내고 받아서 Distance Vector 산출

- 각 라우터가 전체 네트워크의 토폴로지에 대한 정보를 가지고 있지 않음

- 장점 : 메모리 절약, 라우팅 구성 간단함

- 단점 : 트래픽 낭비, 수렴 시간 느림, 최대 홉 카운트가 15로 제한적

ex) RIP, IGRP

* Distributed Bellman Ford algorithm

- 교환되는 정보 : 거리, 방향

- 교환대상 : 인접 장비에게 전달 -> 루머에 의한 라우팅 => 정책이 쉬움, 연산 부하가 적음

** 가중치는 항상 양수

 

2. Link State Algorithm (링크 상태 알고리즘) – SPF (Shortest Path First)

- 링크의 상태로 best path 결정 ex) OSPF, IS-IS

- Hybrid Routing Protocol ex) EIGRP

- 라우터와 라우터 간의 모든 경로 정보 교환 -> 전체 네트워크의 모든 라우터에 대한 정보를 가지고 있음

- 정보 교환 방법 : 라우터 간의 LSA(Link State Advertisement) 교환 -> 토폴로지 형성이 가능한 데이터 베이스 만듦 -> SPF를 이용하여 도착 가능한 논리적인 네트워크 토폴로지 트리 생성 -> 라우팅 리스트에 최적 경로 생김, 다른 상태 정보는 필요 시 유지

- 장점 : 수렴 시간 짧음(모든 경로를 하나의 라우터가 알고 있기 때문), 라우팅 테이블 교환이 자주 발생하지 않음 => 트래픽 절약

- 단점 : 거리 벡터 프로토콜보다 memory 차지, 라우터 CPU의 부담 큼

* Dijkstra algorithm

- 교환되는 정보 : 링크 상태

- 교환대상 : 이웃 조건을 만족하는 동일 area안의 모든 장비 -> topology table 보유 -> Distributed Bellman Ford보다 정책이 어려움, 인접 라우터에 의존 x

- 연산 소스 전송, 모든 노드들이 동일한 정보를 가짐

** 음의 가중치 가능

 

3. Advanced Distance Vector Algorithm

- Distance Vector +Link State

- neighbor 관계 및 토폴로지 정보를 distance vector에 추가

- router와 router간 최적 경로만을 교환

* DUAL (Diffusing Update Algorithm) : advanced distance vector

ex) EIGRP

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4. Routing Protocol – 개념

1. 수렴(convergence) 시간

- 수렴 : 모든 라우터가 네트워크에 변화가 생길 때 네트워크 변화 상태에 대한 정확하고 일관된 정보를 유지하는 것

- 수렴 시간 : 네트워크에 변화가 생겼을 경우 그 변화된 정보를 서로 인식하고 수정하는 시간

- 수렴 시간이 짧은 것이 네트워크 성능을 높임

 

2. AD(Administrative Distance, 경로 우선도= route preference/ 경로 신뢰도)

- 학습 방식에 따라 할당된 경로의 우선순위

- 동일한 네트워크에 대한 경로를 여러 가지 방식으로 학습한 경우 우선 순위가 높은 경로 하나만 Routing Table에 등록함

- 방식에 따른 기본 우선순위가 정해져 있음 -> 설정으로 조정 가능

ex) RIP 120 / OSPF 110 / EIGRP 5, 90, 170 등

 

3. longest match rule : 라우터가 IP 패킷을 포워딩(라우팅)할 때 목적지 IP 주소가 라우팅 테이블에 있는 IP 주소 중 일치하는 부분이 가장 긴 곳으로 포워딩(라우팅)하는 규칙을 말함

- 경로 요약 => 연산 부하 줄임, 백업 경로 생성

ex) s 1.0.0.0/8 s0/0

s 1.1.0.0/16 s0/1

s 1.1.1.0/24 s0/2

-> 목적지 주소가 1.1.1.2일 경우 가장 옥텟이 길게 매칭 되는 "s0/2"로 경로를 선택하는 것이 Longest Match Rule이다.

 

4. DTP(Dynamic Trunking Protocol) : cisco에서 스위치 간 연결 시 트렁크 관련된 사항을 협상할 때 사용하는 프로토콜