Computer Network ( Routing Technology )

1. Computer Network( Routing Technology ) • 99003089 오민식 • 99003110 이인수 • 99003152 황인률 • 20021520 서유화

2. 목 차 • Routing • 라우팅의 개요 • 라우팅 기능 • 라우팅 알고리즘 • 라우팅의 두가지 방법 • 동적 라우팅 • 정적 라우팅 • AS (Autonomous System) • 라우팅 프로토골 • Routing Protocol • RIP (Routing Information Protocol) • OSPF (Open Shortest Path First) • 참고 자료

3. 1.Routing의 개요(1) • Routing • 라우터는 다양한 네트워크를 연결하는 인터넷의 필수 적인 요소 • 패킷을 전송하기 위해 송신측에서 목적지까지의 경로를 정하고 정해진 경로를 따라 패킷을 전달하는 일련의 과정 • OSI reference model의 Layer 3 Network 계층에서 수행 • Router 기능 • Router 는 OSI reference model의 Layer3 device로 네트워크의 logical topology에 관한 정보를 주고 받고 logical topology를 통해 배운 정보를 바탕으로 작성된 Map을 이용하여 Packet을 전송 • Packet • OSI reference model의 Layer3 PDU(Protocol Data Unit)으로 라우터가 해석할 수 있는 목적지 및 주소를 포함하고 있음 • Routing • Network의 logical topology를 통해 Map 작성 및 경로 제시

4. 1.Routing의 개요 (2) • 라우팅 알고리즘 • 최적의 경로를 찾는 방법 • 정적 라우팅 알고리즘 • 관리자가 직접 라우팅 테이블 설정 • 프로세스 오버헤드가 작지만 설정 유지가 어렵고 변화에 적응을 하지 못한다 • 동적 라우팅 알고리즘 • 라우팅 정보 변화에 능동적으로 대처 • 적응성과 구성을 유지하기가 쉽지만 오버헤드 증가 및 대역폭 소비가 발생한다 • 라우팅 프로토콜 •  라우터들은 패킷을 목적지까지 전달하기 위해서 인접한 라우터 사이에서 경로정보를 주고 받는데, 이때의 경로정보를 작성하고 제어하는 프로토콜 네트워크 정보의 생성, 교환 제어하는 프로토콜 • 라우팅 프로토콜의 목적 • 최적 경로 결정 • Loop-free routing • 빠른 convergence • 설계 관리 최소화 • 갱신으로 인한 트래픽 발생 최소화

5. 1.Routing의 개요 (3) • AS (Autonomous System) • 하나의 관리 도메인에 속해 있는 라우터들의 집합 • IGP (Interior Gateway Protocol) • AS내에서 라우팅 정보 교환 (ex. RIP, OSPF, …) • EGP (Exterior Gateway Protocol) • AS간의 라우팅 정보 교환 (ex. BGP, …)

6. 1.Routing의 개요 (4) • 라우팅 기본원칙 • 라우터는 다른 네트워크의 경로를 나타내는 네트워크 IP 주소와 지역 네트워크에 대한 호스트 IP 주소를 나열하고 있는 라우팅 테이블을 가지고 있음 • 라우터에서 IP 패킷의 처리 되는 과정 • IP 패킷이 도착하면 목적지 주소를 찾기 위해 라우팅 테이블을 검색 • 패킷이 다른 네트워크로 전달되어야 하는 것이면 테이블의 인터페이스에 있는 다음 네트워크로 전달 • IP 패킷이 LAN에 있는 호스트와 같이 라우터의 지역네트워크에 있다면 직접 보냄 • 위와 같은 검색 후에도 라우팅 테이블에 경로가 검색되지 않은 경우 디폴트 라우터로 보내짐 • 라우터들이 다른 네트워크들과 지역 호스트에 도달할 수 있는 경로만을 유지 하면 되기 때문에 라우팅 테이블의 크기를 크게 줄일 수 있게 함

7. 2.RIP (Routing Information Protocol) (1) • 개요 • 버클리 대학에서 개발한 RIP은 오늘날 네트워크에서 가장 널리 사용되고 있는 라우팅 프로토콜 • 거리 벡터 알고리즘을 사용 • 가장 단순한 라우팅 프로토콜 • 라우터는 주기적으로 이웃 라우터와 라우팅 정보 교환 • 거리벡터값으로 홉카운트 사용 • RIP 패킷의 대부분은 네트워크 주소와 비용의 쌍인 정보 • 거리 벡터 알고리즘 (Distance Vector algorithm) • 개요 • 자신의 라우팅 테이블을 주기적으로 이웃 라우터에게 전송 • 이웃 라우터로 부터 라우팅 정보 수신하여 자신의 라우팅 테이블을 갱신하고 이를 통하여 경로 선택 • RIP 네트워크 모델

8. 2.RIP (Routing Information Protocol) (2) • 라우팅 테이블 생성 • 목적지 주소와 비용, 이웃 라우터의 주소 저장

9. 2.RIP (Routing Information Protocol) (3) • 라우터의 초기 라우팅 테이블은 자신의 이웃 정보로 구성

10. 2.RIP (Routing Information Protocol) (4) • 각 라우터는 자신의 라우팅 테이블을 모든 이웃 라우터와 교환 • 라우팅 테이블 교환 과정을 반복하여 각 라우터는 전체 네트워크의 정보를 얻음 • 라우터B의 최종 라우팅 테이블

11. 2.RIP (Routing Information Protocol) (5) • 라우팅 테이블 갱신 • 이웃 라우터로 부터 라우팅 테이블을 수신하면 라우터는 자신의 것과 비교하여 라우팅 테이블을 갱신

12. 2.RIP (Routing Information Protocol) (6) • 라우팅 테이블 동작 예 (B가 A로부터 라우팅 테이블 수신) 라우터 B 에서 라우팅 테이블 갱신

13. 2.RIP (Routing Information Protocol) (7) • RIP 절차 • 네트워크에서 쓰이는 간단한 라우팅 프로토콜 • 거리 벡터 값은 홉 카운트 • 라우터 방송 -> 데이타그램 패킷 • 최대 홉 : 16 제한 • 180 초 이상 초과시 이상징후로 판단 • RIP 규칙 • 라우팅 정보는 단지 180초 동안만 유효 • 현재의 Hop수 보다 낮은 Hop수의 라우팅 정보 수신시 효율적인 경로를 선택

14. 2.RIP (Routing Information Protocol) (8) • 메시지 • 요청과 응답의 2가지 종류의 패킷 메시지 • 요청 패킷 • 라우터가 처음 부팅되었을 때 전송 • 특정 목적지 정보가 타임 아웃 되었을 때 전송 • 응답 패킷 • 매 30초마다 주기적으로 이웃 라우터에게 전송 • 트리거 갱신시 자신의 라우팅 테이블에 변화가 생겼을 때 전송 • 타임아웃 시간동안 라우팅 정보의 수신이 이루어지지 않을 때 • 의미없는 목적지로 간주 • 일정시간후 라우팅 테이블에서 삭제

15. 2.RIP (Routing Information Protocol) (9) • RIP 패킷 형식 • 메트릭은 1에서 15의 거리값을 나타내고 16은 무한태를 나타냄 • RIP 패킷이 15홉보다 긴 경로를 가지 지 않게 함 • 무한 루프 방지

16. 2.RIP (Routing Information Protocol) (10) • 문제점 • 홉수가 15이상인 네트워크에 사용할 수 없으므로 네트워크 규모의 제한 • 메트릭을 홉수로 제한함에 따라 항상 가장 빠른 경로를 선택할 수 없음 • 라우팅 정보가 30초 마다 교환되므로 장애시 전체 네트워크의 복구시 많은 시간이 소요 • 특정 경로에 루프 가능성 • 해결방안 • 트리거 갱신 : 변경시 즉시 통보함으로써 복구 시간을 줄임 • Hold down : 무한대인 경로에 대해서 전체 네트워크의 경로가 새로 갱신될 때까지 일정 시간 동안 기다림 • Split horizon : 라우팅 정보를 전달해준 인터페이스로 재 전송하지 않음으로 루프 방지 • Route posion : 회선이 고장난 경우 즉시 홉을 16으로 지정하여 전체 네트워크에 전송

17. 2.RIP (Routing Information Protocol) (12) • RIP의 동작 방법 • 홉(Hop) : 거리값 (ex) 홉2=> 목적지까지의 네트워크2개를 경유 • 패킷 형태 : 요청과 응답 • 요청패킷 : 전체 목적지 정보 혹은 특정 부분의 목적지 정보들을 요청 • 응답패킷 : 실제 목적지에 대한 정보 패킷( 3가지 중 하나) • 주기적 전송 . • 상대의 요청 패킷에 의한 응답 • 목적지 정보의 변화 　 • 응답 패킷을 수신한 경우, 라우터는 수신된 정보를 통해 최적 경로의 결정하게 되는데 수신된 목적지의 거리값 (+ 수신 네트워크의 거리값(1)) 과 현재 유지하고 있는 거리값을 비교하여 작은 것을 목적지에 대한 경로로 유지하게 된다.

18. 2.RIP (Routing Information Protocol) (13) • 향후 전망 • RIP 버전2가 개발 • 실제로 잘 쓰이지는 않는 상황 • OSPF같은 링크 상태 알고리즘이 일반적인 추세이다

19. 3. OSPF (Open Shortest Path First) (1) • 등장 배경 • 1980 중반 RIP의 한계 • SPF(Shortest Path First) 알고리즘에 기반 IP 네트워크용 라우팅 알고리즘 개발 =>OSPF가 탄생 • OSPF : 모든 사양이 개방(Open) • 대규모의 네트워크에서 사용할 수 있도록 한 프로토콜

20. 3. OSPF (Open Shortest Path First) (2) • 개요 • 링크 상태 알고리즘 사용 • 네트워크에 변화시 플러딩과정을 통해 갱신 • 링크에 대한 비용 지정 • 1980년대 중반 IETF(Internet Engineering Task Force)가 개발 • 모든 라우터는 동일한 토폴로지 데이터베이스 유지, 자신을 중심으로 최적의 경로를 계산 • 수렴시간을 감소 • 라우팅 트래픽 양 감소

21. 3. OSPF (Open Shortest Path First)(3) • 메시지 • 동일한 헤더 < OSPF 헤더 포맷 >

22. 3. OSPF (Open Shortest Path First)(4) • Area 필드 • OSPF는 한 도메인에서 계층적으로 구성이 가능하므로 필요 < 계층 구조의 AS>

23. 3. OSPF (Open Shortest Path First)(5) • 동작 • 플러딩을 위해 D class IP 주소를 사용 멀티캐스팅 수행 • “hello”메시지 • 이웃라우터에게 자신이 살아있다는 것을 알리기 위해 사용 • 일정기간동안 “hello”메시지가 없을 때에는 이상상태가 발생했음을 감지하고 그 사실을 플러딩 • 수렴 속도 (Convergence) • 네트워크 토폴로지가 변경되었을 때 신속하게 적응 • 장애를 즉시 감지 • 변경된 정보를 LSP에 담아 모든 OSPF 라우터에 플러딩 • LSP 수신시 즉시 데이터베이스 갱신 • 최단 경로 알고리즘을 이용하여 경로를 재 계산 • 영향을 주는 요인 • 장애 감지 • 인터페이스 상태변화 • Dead Timer시간내에 이웃라우터로부터 hello 패킷이 수신되지 않을 때 • 경로 계산 • 네트워크의 크기, 데이터베이스 내의 경로 개수에 따라 달라짐

24. 3. OSPF (Open Shortest Path First)(6) • 링크 상태 알고리즘 (Link State algorithm) • 개요 • 라우터는 이웃에 대한 연결정보를 다른 모든 라우터에 전달 • 네트워크 전체 토폴로지에 대한 정보를 얻고 이를 바탕으로 최적의 경로 선택 • 플러딩 (flooding) • 링크 상태 프로토콜을 사용하고 있는 모든 라우터에 링크 상태 정보를 전송 과정 • 링크 상태 패킷(LSP: Link State Packet)을 사용하여 정보 전송 < LSP 구성 >

25. 3. OSPF (Open Shortest Path First)(7) • LSP 플러딩 과정 • 링크 상태 데이터베이스 (Link State Database) • 모든 라우터는 동일한 네트워크 맵정보 보유하며 최적의 경로를 계산 • 공통의 데이터 베이스 유지

26. 3. OSPF (Open Shortest Path First)(8) • 링크 상태 데이터베이스 예 • 각 노드는 플러딩 과정을 통하여 네트워크 토폴로지 정보를 링크 상태  데이터베이스에 넣어 공통의 데이터 베이스를 유지

27. 3. OSPF (Open Shortest Path First)(9) • 최단 거리 트리 – Dijkstra 알고리즘 • 라우터는 자신을 루트로 하여 목적지 까지의 최단 거리 트리 구성 • Dijstra 알고리즘 적용 모델

28. 3. OSPF (Open Shortest Path First) (10) • Dijstra알고리즘 • 라우터와 네트워크를 노드로, 그 연결을 아크로 한 그래프를 이용하여 네트워크에 있는 노드간의 최단경로를 계산 • 하나의 노드를 루트로 하여 아크에 연결된 노드를 임시노드에 두고 최소 비용을 가지는 노드를 찾는 검사를 수행하여 최단거리 트리의 영구노드를 결정 • 알고리즘 절차 • 트리의 루트가 될 하나의 노드를 정한다. • 1의 노드를 영구노드로 결정한다. • 가장 최근에 영구노드가 된 노드의 이웃노드를 검사한다. • 각 노드에 누적합의 비용을 계산하고 임시 노드로 만든다 • 임시 노드들에 대해서 가장 비용이 적은 노드를 찾아 영구 노드로 만든다. 하나이상의 경로가 존재 할 때는 누적합이 가장 작은 경로를 선택한다. • 3에서 5의 과정을 모든 노드가 영구노드가 될 때까지 반복한다.

29. 3. OSPF (Open Shortest Path First) (11) • A를 루트로 최단 경로 계산

30. 3. OSPF (Open Shortest Path First) (12)

31. 3. OSPF (Open Shortest Path First) (13)

32. 3. OSPF (Open Shortest Path First) (14) • 라우터 A의 링크상태 라우팅 테이블

33. 백 본 라우터 4 라우터 1 라우터 2 라우터 3 라우터 7 라우터 5 라우터 6 다른 라우팅 도메인 라우터 8 Area 3 Area 1 Area 2 백본 라우터(Backbone Router) : 라우터 1, 라우터 2, 라우터 3, 라우터 4 Area 경계라우터(Area Border Router) : 라우터 1, 라우터 2, 라우터 3 내부 라우터(Internal Router) : 라우터 4, 라우터 5, 라우터 6, 라우터 7, 라우터 8 AS 경계라우터 (AS Border Router) : 라우터 3 3. OSPF (Open Shortest Path First) (14) • OSPF의 라우팅 계위 • 라우팅 알고리즘을 적용하기 위한 계위 소유 < 계위에 따른 전형적인 망 구조 >

34. 네트워크 1 지명 라우터 라우터 E 라우터 D  네트워크 1  라우터 C  네트워크 2  라우터 A가 지명 라우터 B에 Link-state 송출 (Designated Router용 멀티캐스트)  라우터 B는 네트워크 2상의 인접 관계를 가지는 라우터C에 멀티캐스트 송출  를 수신한 라우터 C는 네트워크 1상의 지명 라우터D를 향해서 Link-state 송출  라우터 D는 네트워크 1상의 인접관계를 가지는 라우터E에 멀티캐스트로 송출 에서 의 흐름으로 A가 송출한 Link-state가 Area내에 전파된다. 또한 수신한 라우터는 반드시 수신 확인(ACK)을 보낸다.  네트워크 2 지명 라우터 라우터 A 라우터 B 3. OSPF (Open Shortest Path First)(15) • OSPF의 동작 방법

35. 3. OSPF (Open Shortest Path First)(17) • OSPF의 향후 전망 • OSPF의 적용은 일반화되어 있음 • 기존의 RIP망을 OSPF로 바꾸는 작업 활발이 진행 • 다른 어떤 라우팅 프로토콜보다도 주도적 역할을 수행할 것으로 예상 => 라우터의 중요성 및 역할이 많이 줄어들고 있는 상황 but 외부와 연결하기 위해서는 라우터가 필요

36. 라우터 라우터 Link-State 1) OSPF Link state 2) RIP 데이터 베이스 라우팅 테이블 라우팅 테이블 라우팅 테이블 < OSPF와 RIP 라우팅 테이블 구성 과정의 차이점 >

37. 참고 자료 • 참고 문헌 • 고속내트워크, 인터비젼, WILLIAM STALLINGS < 박영근 역> • 컴퓨터 네트워크, 생능 출판사< 정진욱 ,김현철 , 조강홍 공저 > • Network Bible 3rd Ed. , 영진.com < 임강진 , 신재호 , 권병희 공저 > • 참고 사이트 • http://www.hicore.com/doc/RoutingProtocol2.htm#1. RIP • http://kmh.ync.ac.kr/network/lesson/router/rprotocol.html • http://www.izibia.com/network/white_routing.html • http://210.99.250.240/computer/network-study/nt-list.htm • http://www.leeic.com/network/router/router-1.htm • http://webteacher.new21.net/hard/comm/router.html