10장 라우팅 개요와 정적 경로

라우팅 개요

라우터의 역할
라우터(router)는 수신한 패킷의 목적지 네트워크 계층 주소를 참조하여 전송시키는 장비이다. 라우터의 역할을 앞서 공부한 스위치와 비교하면서 알아보기로 한다.

- 목적지 MAC 주소를 참조하여 전송시키는 L2 스위치와 달리 라우터는 네트워크 주소를 참조하므로 L3 장비이다.
- 이더넷 스위치의 주요 용도는 LAN 장비를 연결시키는 것이지만, 라우터는 WAN 장비를 연결시키는 것이다. 그러나, 항상 이렇게 역할이 제한되어 있는 것은 아니다. 경우에 따라서, 스위치를 이용하여 WAN 장비를 연결시키고, 라우터로 LAN 장비를 연결하는 경우도 많다.
- 레이어 2 스위치는 동일 VLAN 즉, 동일한 서브넷을 사용하는 장비 사이를 연결하지만, 라우터는 서브넷이 다른 장비 사이를 연결할 때 사용한다. 즉, 동일한 서브넷을 사용하는 장비들 사이의 통신에는 라우터가 불필요하고, 서브넷이 다르다면 반드시 필요하다.
- 이더넷 스위치는 프레임을 전송할 때 MAC 주소 테이블을 참조하고, 라우터는 패킷을 전송할 때 라우팅 테이블(routing table)을 참조한다.
- 이더넷 스위치는 트랜스패런트 브리징(transparent bridging)을 이용하여 MAC 주소 테이블을 만들고 유지하며, 라우터는 앞으로 공부할 여러 가지 라우팅 프로토콜(routing protocol)을 이용하여 라우팅 테이블을 만들고 유지한다.
- 이더넷 스위치가 프레임의 루프를 방지하기 위하여 사용하는 프로토콜이 STP, RSTP 및 MSTP이고, 라우터는 라우팅 프로토콜을 이용하여 IP나 IPv6 패킷의 라우팅 루프를 방지한다.
- 스위치는 목적지 MAC 주소를 참조하여 프레임을 전송하지만, 라우터는 목적지 IP/IPv6 주소를 참조하여 패킷을 전송한다.
- 스위치는 목적지 MAC 주소가 브로드캐스트, 멀티캐스트 및 MAC 주소 테이블에 없는 프레임을 수신하면 플로딩하지만 라우터는 목적지 IP 주소가 없는 패킷을 수신하면 차단한다.
결과적으로 라우터를 사용하면 브로드캐스트 수가 증가하고 영역이 줄어든다.
패킷처리속도는 고속환경인 LAN에서 쓰이는 스위치가 저속 환경인 WAN에서 쓰이는 라우터보다 더 빠르다.

라우팅프로토콜의 종류
라우팅 프로토콜의 종류는 기준에 따라 다음과 같이 분류된다.
- 다른 라우터에게 보내는 라우팅 정보의 내용에 따라 디스턴스 벡터(distance vector) 라우팅 프로토콜과 링크 상태(link state) 라우팅 프로토콜로 분류한다.
- 동일한 조직 내부에서 사용하면 IGP(interior gateway protocol), 서로 다른 조직 사이에 사용하면 EGP(exterior gateway protocol)로 분류한다.
현재 사용되는 라우팅 프로토콜은 RIP 버전 1과 2, EIGRP, OSPF, IS-IS, BGP가 있으며, 본서에서는 RIP1, RIP2, EIGRP 및 OSPF에 대해서 공부한다. 각 라우팅 프로토콜을 비교하면 다음 표와 같다.

라우팅 프로토콜 비교


디스턴스 벡터와 링크 상태 라우팅 프로토콜

디스턴스 벡터(distance vector) 라우팅 프로토콜은 라우팅 정보 전송 시 목적지 네트워크와 해당 목적지 네트워크의 메트릭(metric) 값을 알려준다. 메트릭이란 최적 경로 선택 기준을 말하며 라우팅 프로토콜별로 사용하는 메트릭이 다르다.

[ R 1 ] <--- [ R 2 ] <--- [ R 3 ]

R3이 목적지 네트워크 1.1.30.0/24에 대해서 나는 메트릭이 1이다라고 인접 라우터인 R2에게 광고한다. 이는 목적지 주소가 1.1.30.0/24인 패킷을 R3 방향으로 전소앟면, R3과 그 네트워크와의 거리는 1이다라는 의미를 가진다.
이 광고를 수신한 R2가 목적지 네트워크 1.1.30.0/24에 대해서 나는 메트릭이 2이다라고 인접 라우터인 R1에게 광고한다.
이렇게 라우팅 정보에 목적지 네트워크의 메트릭(distance)과 방향(vector)이 포함되므로 디스턴스 벡터(distance vector) 라우팅 프로토콜이라고 한다. 디스턴스 벡터 라우팅 프로토콜은 인접 라우터에게서 광고받은 메트릭값에 자신의 상황을 반영하여 또 다른 인접 라우터에게 광고한다.
디스턴스 벡터 라우팅 프로토콜은 목적지 네트워크가 어느 라우터에 접속되 어있는지는 모른다. 오직, 어느 방향으로 가면 메트릭값이 얼마인지만 알고있다.
대표적인 디스턴스 벡터 라우팅 프로토콜로 RIP, EIGRP 및 BGP가 있다.
링크 상태(link state) 라우팅 프로토콜은 라우팅 정보 전송시 목적지 네트워크와 해당 목적지 네트워크의 메트릭값 , 네트워크가 접속되어 있는 라우터, 그 라우터와 인접한 라우터 등을 광고한다. 결과적으로 링크 상태 라우팅 프로토콜은 다른 라우터들이 전체 네트워크 구성을 파악하기 위하여 필요한 모든 정보를 알려준다.
예를 들어, 다음 그림에서 R3이 '나의 라우터 ID는 1.1.3.3이고, 나와 인접한 라우터의 ID는 1.1.2.2이다. 네트워크 1.1.30.024는 나에게 접속되어 있고, 메트릭이 1이다'라고 인접 라우터인 R2에게 광고한다.
이 광고를 수신한 R2가 R1에게 R3에게서 수신한 정보를 다음과 같이 그대로 알려준다. '나의 라우터 ID는 1.1.3.3이고 나의 인접한 라우터의 라우터 ID는 1.1.2.2이다. 네트워크 1.1.30.0/24는 나에게 접속되어 있고, 메트릭이 1이다.'
링크 상태 라우팅 프로토콜은 인접 라우터에게서 광고 받은 라우팅 정보를 그대로 인접 라우터에게 알려준다. 이 정보들을 이용하여 링크 상태 라우팅 프로토콜들은 동일한 에어리어(area) 내부의 네트워크 구성을 모두 파악하게 되고, 특정한 목적지 네트워크로 가는 최적 경로를 계산한다. 링크 상태 라우팅 프로토콜로 OSPF와 IS-IS가 있다.

IGP와 EGP

동일한 라우팅 정책이 적용되는 영역을 하나의 AS(autonomous system)라고 하며, IANA에서 16비트 크기의 AS 번호를 부여한다. 이때, AS 번호가 다른 네트워크 사이에 사용되는 프로토콜을 EGP(exterior gateway protocol)라고 하며, 여기에 해당되는 것이 BGP(border gateway protocol)이다.

BGP는 통신회사간이나 두 개 이상의 통신회사와 접속된 네트워크에서 사용한다. 예를 들어, KT의 AS 버호는 4766, LG 유플러스는 3786, SKBB는 9318, 한국은행은 10170, YTN은 45364 등과 같이 AS 번호가 할당되어 있다.
동일 AS 내부에서 사용되는 라우팅 프로토콜을 IGP(interior gateway protocol)라고 하며, RIP, EIGRP, OSPF, IS-IS가 여기에 해당한다.

클래스풀과 클래스리스 라우팅 프로토콜

라우팅 정보 전송시 서브넷 마스크 정보가 없는 라우팅 프로토콜을 클래스풀(classful) 라우팅 프로토콜이라고 한다. 클래스풀 라우팅 프로토콜은 서브넷 마스크 개념이 없던 시절에 개발된 것들이며 RIP v1과 IGRP가 여기에 해당한다. 오늘날에는 클래스풀 라우팅 프로토콜은 거의 사용하지 않는다.
라우팅 정보 전송시 서브넷 마스크 정보가 포함되는 라우팅 프로토콜을 클래스리스(classless) 라우팅 프로토콜이라고 한다. RIP v2, EIGRP, OSPF, IS-IS, BGP 등 요즈음 사용되는 대부분의 라우팅 프로토콜은 클래스리스 라우팅 프로토콜이다.

메트릭

라우팅 프로토콜들의 최적 경로(best route) 선택 기준을 메트릭(metric)이라고 한다.
메트릭은 다음 표와 같이 라우팅 프로토콜마다 서로 다르다.



RIP은 목적지 네트워크까지 거치는 라우터의 수 즉, 홉 카운트(hop count)를 메트릭으로 사용한다. EIGRP는 대역폭(bandwidth)이 크고, 지연(delay)이 작은 네트워크를 선호한다.
OSPF와 IS-IS의 메트릭을 코스트(COST)라고 한다. 그러나 코스트 계산 방식은 서로 다르다. 즉, OSPF는 대역폭을 이용하여 코스트를 계산하며, IS-IS는 홉 카운트와 유사한 개념을 사용하여 코스트를 계산한다.
BGP의 메트릭을 어트리뷰트(attribute)라고 하며, 10가지가 넘는다.

속도(speed)는 물리적인 전기신호의 빠르기를 의미한다. 예를 들어, 시리얼 인터페이스와 연결된 CSU가 512kbps로 동작한다면 실제 속도가 512kbps라는 의미이다. 시스코 라우터에서 OSPF나 EIGRP가 메트릭으로 사용하는 대역폭(bandwidth)은 엄밀히 말해 실제 속도와 상관없다. 시리얼 인터페이스의 대역폭은 기본값인 1544kbps로 설정되어 있고, 관리자가 변경하지 않으면 실제 속도와 무관하게 OSPF나 EIGRP는 해당 시리얼 인터페이스의 대역폭을 1544kbps로 계산한다.
또, 우리가 인터넷 개통 시 많이 사용하는 속도 측정은 스루풋(throughput, 송출량)을 재는 것이다. 최대 스루풋은 최고 속도 이내이며, 서버, PC 도중의 통신장비 및 선로의 부하(load)에 따라 수시로 변동된다.

라우팅 프로토콜간의 우선 순위

다음 그림과 같은 네트워크에서 RIP와 EIGRP를 동시에 사용한다고 가정해 보자. R1에서 R2로 접속된 1.1.20.0/24 네트워크로 가는 최적 경로는 홉 카운트 수가 적은 R1-R2간과 속도가 빠른 R1-R3-R2간의 경로 중 어떤 것을 선택해야 할까?



홉 카운트만 고려하는 RIP이 선택한 경로와 속도를 고려하는 EIGRP가 계산한 최적 경로는 서로 다르며, 이중 하나만을 선택해서 라우팅 테이블에 저장해야 한다. 이를 위해서, 각 라우팅 프로토콜의 우선 순위를 수치로표시한 것을 어드미니스트러티브 디스턴스(administrative distance)라고 한다.


앞으로 라우팅 프로토콜간의 우선순위를 'AD'로 표기하기로 한다. 하나의 라우터에서 동시에 2가지 이상의 라우팅 프로토콜을 사용하면 AD 값이 낮은 라우팅 프로토콜이 계산한 경로가 라우팅 테이블에 저장된다.
결과적으로 앞 그림에서 R1의 라우팅 테이블에 R2의 1.1.20.0/24로 가는 경로는 AD값이 90인 EIGRP가 계산한 것이 저장된다.