IP 프로토콜 - 라우팅 프로토콜

간단한 라우팅 프로토콜

네트워크에서의 거리 기준: 전송 경로 중간에 위치하는 라우터의 수 (홉의 수)

 

최단 경로 라우팅

패킷이 중개 과정에서 거치는 라우터의 수가 최소화되도록 라우팅
호스트 a -> 호스트 d: 라우터 b 혹은 라우터 c (b, c는 홉을 기준으로 거리가 동일)
호스트 a -> 호스트 g: 라우터 c를 거치는 것이 최단 경로

 

플러딩(Flooding)

출력 가능한 모든 경로로 중개

원본 패킷과 동일한 패킷이 무수히 생성되고, 모든 경로를 통해 반복하여 전송하여 패킷이 무한히 만들어질 수 있음.

생존 시간(각 패킷의 홉수)을 제한하여 패킷이 무한정 증가하는 현상을 방지

중요한 데이터를 모든 호스트에 동시에 전달하는 환경에서 제한적으로 사용

 

거리 벡터 라우팅 프로토콜

누가: 이웃하게 직접 연결된 라우터간

교환 정보: 각 라우터에서 전체 네트워크에 소속되는 개별 네트워크까지 패킷을 전송하는 데 걸리는 거리 정보

- 필수 정보 : 링크, 거리, 다음 홉 벡터

링크 벡터: 이웃 네트워크에 대한 연결 정보

거리 벡터: 개별 네트워크까지의 거리 정보

다음 홉 벡터: 개별 네트워크로 가기 위한 다음 홉 정보

 

링크 벡터

링크 벡터 L(x) : 라우터 x와 직접 연결된 이웃 네트워크에 대한 연결 정보를 보관

라우터 x와 직접 연결된 네트워크가 M개일 때 링크 벡터 정보는 아래와 같이 표현할 수 있음.

링크 벡터 L(x) = [포트(1), 포트(2), …. 포트(M)]

 

M: 라우터 x와 직접 연결된 이웃 네트워크 개수

포트(M): 라우터 x가 해당 네트워크와 연결하기 위해 할당한 라우터 포트 번호

네트워크 구성 예

위 네트워크 구성에서 라우터 R1의 링크 벡터 정보를 구하려면 R1에 직접 연결된 네트워크가 무엇인지 알아야 한다.

라우터 R1은 네트워크 Net.1과 Net.2와 직접 연결되어 있으며,

이는 라우터 R1의 1번 포트와 3번 포트에 각각 연결되어 있다. 따라서 라우터 R1의 링크 벡터 정보는 아래와 같다.

L(R1) = [포트(Net.1)=1, 포트(Net.2)=3]

L(R2) = [포트(Net.1)=1, 포트(Net.4)=8]

L(R7) = [포트(Net.3)=6, 포트(Net.5)=9]

 

위 링크 벡터들은 자신과 직접 연결된 이웃 라우터가 누구인지를 판단하기 위한 자료로, 이들에게 거리 벡터 정보를 제공하는 데 사용된다.

 

거리 벡터

거리 벡터 D(x) : 전체 네트워크에 소속된 개별 네트워크들까지의 거리 정보를 관리

거리 벡터 D(x) = [거리(1), 거리(2), …. 거리(N)]

거리(N): 최소 전송 지연 시간 혹은 홉의 수 등등

N: 개별 네트워크 개수

위 링크 벡터 설명에 있는 네트워크 구성 예시 그림에서 라우터 R1에 대한 거리 벡터 값은 아래와 같이 표현한다.

D(R1) = [거리(Net.1)=1

                   거리(Net.2)=1,

                   거리(Net.3)=2,

                   거리(Net.4)=2,

                   거리(Net.5)=2]

(라우터 R1 외의 다른 라우터들도 같은 계산 방식으로 거리 벡터 정보를 5개씩 보관함)

 

다음 홉 벡터

다음 홉 벡터 H(x) : 개별 네트워크까지 패킷을 전송하는 경로에 있는 다음 홉 정보를 관리 

다음 홉 벡터 H(x) = [홉(1), 홉(2), …. 홉(N)]

홉(N): 전송 경로에 있는 다음 홉 정보

N: 개별 네트워크 개수 (거리벡터, 다음 홉 벡터는 전체 개별 네트워크 개수 N개, 링크 벡터는 이웃 네트워크 개수 M개)

예(위 링크 벡터설명란의 네트워크 구성 예 그림에서 R1)

H(R1) = [다음 홉(Net.1)=-

                   다음 홉(Net.2)=-,

                   다음 홉(Net.3)=R4,

                   다음 홉(Net.4)=R3,

                   다음 홉(Net.5)=R6]

여기서 '다음 홉(Net.4)'의 경우 라우터 R2가 될 수도 있지만, 라우터 R3의 경로가 더 빠르다는 전제로 다음 홉을 R3로 결정

 

RIP (Routing Information Protocol) 프로토콜

거리 벡터 프로토콜을 사용하는 내부 라우팅 프로토콜 

소규모 네트워크 환경에 적합(많이 사용되는 라우팅 프로토콜 중 하나)

RIP 패킷은 UDP 프로토콜을 사용

 

라우팅 테이블 적용 원리 (1,2는 자신이 관리하는 거리 벡터 정보, 3은 다른 라우터로부터 받는 거리 벡터 정보)

1. 입력되는 거리 벡터 정보가 새로운 네트워크의 목적지 주소이면 라우팅 테이블에 적용

2. 입력되는 거리 벡터 정보가 기존 정보와 비교하여 목적지까지 도착하는 지연이 더 적으면 대체

    (이전 정보와 홉 수가 같아도 추가 지연 측정을 통해 지연 시간이 적으면 새로운 경로를 선택)

3. 임의의 라우터로부터 거리 벡터 정보가 들어왔을 때, 라우팅 테이블에 해당 라우터가 다음 홉인 등록 정보가 있으면 새로운 정보로 수정

 

수정 전 라우터 R1의 라우팅 테이블

 

 

 

라우터 1의 라우팅 테이블

목적지 Net.4: 다음 홉 R4

=> Net.3과 R5 경로를 거쳐야 되는 비효율적인 상황

개선의 여지가 있음

 

라우터 R1과 직접 연결된 주변 라우터 R2,3,4,6으로부터 라우팅 정보가 주기적으로 입력되고 임의의 시점에 아래와 같은  거리 벡터 정보가 들어왔다고 가정

각 값은  Net.1,2,3,4,5까지의 거리

 

새로 입력된 거리 벡터 정보

R2 = [1, 2, 2, 1, 2]

R3 = [2, 1, 2, 1, 2]

R4 = [2, 1, 1, 2, 2]

R6 = [2, 1, 2, 2, 1]

 

위의 정보를 해석하면 네트워크 Net.4로 갈 때,

라우터 R4나 R6를 거치면 거리가 2이지만

 

라우터 R2나 R3를 거치면 1이다.

라우터 R2와 R3를 이용하는 것이 거리가 더 짧으므로 둘 중 하나를 선택한다. 최종 거리는 라우터 R1에서 R2나 R3로 가는 거리 1을 더한 2이다.

결과적으로 수정 전 라우터 R1 테이블 보다 패킷을 빠르게 전송할 수 있는 새로운 경로를 찾았으므로 이를 라우팅 테이블에 왼쪽 표와 같이 반영한다.

(라우터 R3을 선택한 상황을 가정)

 

 

RIP 패킷의 구조

 

RIP 패킷 구조: 벡터 정보(링크, 거리, 다음 홉)를 교환하는 목적으로 사용

 

• Command (명령) : 값이 1이면 요구를, 2면 응답을 의미한다. RIP가 초기화되는 과정에서 RIP 요구가 브로드캐스팅되면 이 패킷을 받은 라우터는 즉각 응답하게 된다.

• Version (버전) : RIP의 버전 번호다.

두 번째 줄부터는 개별 네트워크에 대한 거리 정보를 묶음 단위로 기술한다.(RIP 패킷 하나는 최대 25개의 묶음 정보를 포함)

• IP Address (IP 주소) : IP 주소부의 네트워크 부분만 사용, 호스트를 표시하는 부분은 값을 0으로 채움 (특정 네트워크 지칭)

• Metric(거리) : 해당 라우터에서 목적지 네트워크까지의 거리

 

링크 상태 프로토콜

링크 상태 라우팅 프로토콜은 라우터 간의 정보 교환 원리가 거리 벡터 프로토콜과 반대

누가: 네트워크에 연결된 모든 라우터 간

무엇을: 개별 라우터에서 이웃 라우터까지의 거리 정보

 

개별 라우터에서 구한 정보를 네트워크에 연결된 모든 라우터에 통보/ 다익스트라 알고리즘

 

정보 전달 시점의 차이

거리 벡터: 주기적으로 전달 => 링크 상태가 많이 변하면 동작 과정에서 시간이 많이 소요

링크 상태: 이웃 라우터와 연결된 상황에 변화가 있을 때 

플러딩 방식을 사용해서 정보 전달 (이웃한 모든 라우터에게 정보 전달 -> 다시 이들 라우터가 주변 모든 이웃 라우터에 정보 전달)

플러딩 방식에서는 정보가 입력된 선로를 통해 출력되지 않도록 주의 (특정 패킷이 네트워크에서 무한정 순환할 수 있음)

=> 간단한 해결 방법 : 각 라우터가 전송된 패킷을 기억했다가 해당 패킷이 다시 도착하면 무시하고 버리는 것

 

TCP/IP 기반 인터넷에서 사용하는 OSPF (Open Shortest Path First) 프로토콜이 링크 상태 방식을 사용

 

외부 라우팅 프로토콜

내부 라우팅 프로토콜 : 거리 벡터 방식을 사용하는 RIP, 링크 상태 방식을 사용하는 OSPF

 

외부 라우팅 프로토콜

경로 벡터 프로토콜: 연결 가능한지에 대한 정보만 (경로에 관한 거리 정보 필요 x)

특징 (거리 벡터 방식과 비교)

1. 거리에 대한 처리 과정이 이루어지지 않음

2. 관리하는 라우팅 정보에는 목적지 네트워크에 도착하기 위한 자율 시스템에 관한 내용만 포함

 

BGP (Border Gateway Protocol)

인터넷에서 데이터를 전송하는 데 가장 적합한 네트워크 경로를 결정하는 일련의 규칙.

BGP는 서로 다른 종류의 자율 시스템에서 동작하는 라우터가 라우팅 정보를 교환할 수 있도록 해줌.

종류가 다른 환경에서 동작하는 라우터를 게이트웨이라 함.

TCP 프로토콜을 사용

 

TCP 프로토콜에서 제공하는 메시지의 종류

메시지	설명
Open	다른 라우터와 관계를 설정
Update	라우팅 관련 정보를 전달
KeepAlive	Open 메시지에 대한 응답 기능과 주변 라우터와의 관계를 주기적으로 확인
Notification	오류 상태를 통보

 

 

 

참고 자료 :

쉽게 배우는 데이터 통신과 컴퓨터 네트워크 3판 - 박기현 지음