Chapter 11

1. Chapter 11 Unicast Routing Protocols

2. 학습목표(OBJECTIVES): • 라우팅 정보 교환의 목적으로 인터넷을 더 작은 관리 영역으로 나누는 자율 시스템(AS) 개념을 소개한다. • 인터넷에서 거리벡터 라우팅의 개념을 구현하기 위해 경로 정보 프로토콜(RIP: RoutingInformation Protocol)이 어떻게 사용되었는지를 설명한다. • 인터넷에서 링크 상태 라우팅의 개념을 구현하기 위해 OSPF(Open Shortest Path First)가 어떻게 사용되는지를 설명한다. • 인터넷에서 거리 벡터 라우팅의 개념을 구현하기 위해 BGP(Border Gateway Protocol)가 어떻게 사용되는지를 설명한다.

3. 11.1 Introduction 11.2 Intra- and Inter-Domain Routing 11.3 Distance Vector Routing 11.4 RIP 11.5 Link State Routing 11.6 OSPF 11.7 Path Vector Routing 11.8 BGP Chapter Outline

4. 11-1 개요 인터넷은 라우터들에 의해 연결된 네트워크의 조합이다. 발신지로부터 목적지까지 전송되는 데이터그램은 목적지 네트워크에 연결된 라우터에 도착할 때까지 많은 라우터를 거쳐 가게 된다. • 라우터가 패킷을 수신하면 어느 라우터로 보내야 하는가? • 최적의 경로란 무엇인가? • 망을 통해 전달되는 비용(cost) 할당: 메트릭(metric) • 적은 비용으로 높은 성능을 낮은 지연시간을 얻도록 한다

5. 개요 • 정적 라우팅(static routing) 과 동적(dynamic) 라우팅 테이블(table) • 정적 테이블: 수동 엔트리 • 동적 테이블: 인터넷에 변화가 있을 때마다 자동 갱신 • 라우팅 프로토콜 • 동적 라우팅 테이블의 요구를 충족하기 위해 만들어졌음 • 내부 프로토콜(도메인 내 라우팅)과 외부 라우팅(도메인 간 라우팅) 으로 나뉨

6. 11-2 INTER- AND INTRA-DOMAIN ROUTING 오늘날 인터넷은 한 가지 라우팅 프로토콜로만 모든 라우터의라우팅 테이블을 갱신하는 작업을 수행하기에는 부족할 정도로 너무 많이 확장되었다. 이런 이유로 인터넷은 자율 시스템(AS: Autonomous System)으로 나눠진다. 자율 시스템은 하나의 단일 관리 기관 하에 있는 라우터와 네트워크의 그룹이다. 자율 시스템 내에서의 라우팅을 도메인 내(intra-domain) 라우팅이라 한다. 자율 시스템 간의 라우팅을 도메인 간(inter-domain) 라우팅이라 한다.

7. 자율 시스템(Autonomous systems) • 하나의 단일 기관 하에 있는 라우터와 네트워크 그룹

8. 대표적인 라우팅 프로토콜

9. 11-3 DISTANCE VECTOR 라우팅 • 모든 라우터와 망들로 구성된 AS를 노드의 집합과 이 노드들을 연결하는 선(에지)들로 구성된 그래프로 간주 • 라우터는 노드로 표시 • 망은 두 노드를 연결하는 링크로 주로 표시 • 노드들 간의 거리가 주어진 망에서 노드들 간의 최단 거리를 찾기 위해 Bellman-Ford(또는 Ford-Fulkerson)라고 불리는 알고리즘 사용

10. Bellman-Ford 알고리즘을 위한 그래프 • 그래프 이론에서 많은 응용에 사용 • 임의의 두 노드 쌍간의 비용을 알면 두 노드간의 최소 비용(최단거리)을 찾을 수 있다

11. Bellman-Ford 알고리즘 동작 원리

12. Bellman-Ford 알고리즘 • 각 노드와 자신 간의 최단 거리 및 비용을 0으로 초기화한다. • 각 노드와 다른 노드와의 최단 거리를 무한대로 설정한다. 그 후 노드와 다른 노드 간의 비용을 주어진 값으로 설정하되 연결이 없으면 무한대로 유지한다. • 최단 거리 벡터에 변경 사항이 더 없을 때까지 동작원리에 나타난 나타낸 알고리즘을 반복한다.

17. Example 11.1 다음 쪽 그림은 AS에 대한 초기 라우팅 테이블을 보여준다. 그림은 모든 라우팅 테이블이 동시에 생성되는 것을 의미하지는 않는다. 각 라우터는 부팅될 때 자신만의 라우팅 테이블을 생성하게 된다.

18. Example 11.1 TCP/IP Protocol Suite

19. Example 11.2 이제 라우터 A가 이웃 노드인 라우터 B, D 및 C에 4개의 항목을 전송한다고 가정하자. 다음 쪽 그림은 이런 항목들을 받을 때 B의 라우팅 테이블 변화를 보여준다. 다른 라우터의 라우팅 테이블 변화는 연습문제로 남겨둔다.

20. Example 11.2 TCP/IP Protocol Suite

21. Example 11.3 다음 쪽 그림은 앞 쪽 그림에 있는 라우터들에 대한 최종 라우팅 테이블을 보여준다.

22. Example 11.3

23. 무한대로의 카운트(count to infinity) • 거리벡터 라우팅의 문제점 • 비용감소와 같은 좋은 소식은 빨리 퍼지나 비용증가와 같은 나쁜 소식은 천천히 퍼진다. • 링크가 고장 난 경우에 다른 모든 라우터가 이를 인식해야 하는데, 시간이 많이 소요 • 고장 난 링크에 대한 비용이 모든 라우터에 무한대가 되기까지 몇 차례 갱신이 필요 • 무한대로의 카운트 예: 두 노드 루프 문제

24. 두 노드 불안정성(Two-node instability)

25. 불안정 문제 해결책 • 무한대로의 정의(defining infinity) • 무한대로 16과 같은 작은 수로 정의 • 수평 분할(split horizon) • 각 인터페이스를 통해 테이블을 플러딩(flooding)하지 않고 테이블의 일부만 전송 • 수평분할과 poison reverse • 정보의 송신자인 라우터에게 거리값을 무한대로 설정하고, 이 값을 사용하지말라고 경고, 당신으로부터 정보를 받았기 때문에

26. 세 노드 불안정성(Three-node instability)

27. 11-4 RIP 경로 정보 프로토콜인 RIP(routing information protocol)는 자율 시스템 내부에서 사용되는 도메인 내(intra-domain(interior))라우팅 프로토콜이다. 이는 거리 벡터 라우팅(distance vector routing)에 기반을 두는 간단한 프로토콜로서 몇 가지 고려 사항을 참고한 거리 벡터 라우팅의 구현 형태이다.

28. RIP를 사용하는 도메인 예

29. RIP 메시지 형식

30. RIP 메시지 형식 • 명령(command): 메시지 유형 - 요청:1, 응답:2 • 버전(version): 버전을 나타냄 • 계열(family): 사용된 프로토콜 계열 • 네트워크 주소(network address): 목적지 네트워크 주소 • 거리(distance): 송신 라우터에서 목적지 라우터까지 홉의 수 • 메시지 종류: 요청(request)과 응답(response)

31. 요청 메시지(Request messages) • 새로 생기거나 시간이 만료된 항목을 가진 라우터에 의해 전송

32. Example 11.4 그림 11.13은 그림 11.10의 라우터 R1에서 라우터 R2로 보내지는 갱신 메시지를 보여준다. 메시지는 130.10.0.2 인터페이스를 통해 보내진다. 메시지는 수평 분할과 poison reverse 정책의 조합을 염두에 두고 준비되었다. 라우터 R1은 195.2.4.0, 195.2.5.0 및 195.2.6.0 네트워크에 관한 정보를 라우터 R2로부터 얻었다. R1이 R2로 갱신 메시지를 보낼 때 R2가 혼란을 겪지 않도록 이 세 네트워크에 대한 홉 수를 실제 값이 아닌 16(무한대)으로 대체한다. 그림은 메시지에서 추출한 테이블도 보여주고 있다. 라우터 R2는 R1(130.10.02)으로부터의 RIP 메시지를 전송하는 IP 데이터그램의 송신자 주소를 다음 홉 주소로 사용한다. 라우터 R2는 또한 각 홉 수를 1씩 증가시키는데 이는 메시지의 값들이 R2가 아닌 R1에 해당하는 값이기 때문이다.

33. Example 11.4의 해

34. RIP 타이머(timer)

35. RIP 타이머 • 주기적(periodic) 타이머 • 정규 갱신 메시지 통보 제어 • 만료(expiration) 타이머 • 경로의 유효성 관리 • 폐 경로 수집(garbage collection) 타이머 • 경로의 정보가 유효하지 않음을 알리기 위해 사용

36. Example 11.5 라우팅 테이블이 20개의 항목을 가지고 있다. 이 라우터가 200초 동안 5개의 경로에 대한 정보를 받지 못했다고 하면 이 시간에 가동되고 있는 타이머는 몇 개인가? 정답: 21개이며 타이머는 다음과 같다 Periodic timer: 1 Expiration timer: 20 − 5 = 15 Garbage collection timer: 5

37. RIP 버전 2 형식 • 새로운 필드 • 경로 태그(route tag): 자율시스템의 정보와 같은 번호 전달 • 서브넷 마스크(subnet mask): 서브넷 마스크 전달 • 다음 홉 주소(next-hop address): 다음 홉의 주소

38. RIP 버전 2(버전 1과 차이점) • 클래스 없는 주소지정 • 서브넷 마스크 정보를 이용 • 인증 • 인증되지 않은 광고에 대해 메시지 보호 • 멀티캐스팅 • 라우터들만 RIP 메시지 수신 가능

39. 인증(Authentication)

40. Note 캡슐화 • RIP 메시지는 UDP 사용자 데이터그램에 캡슐화 RIP uses the services of UDP on well-known port 520.

41. 11-5 링크 상태 라우팅 링크 상태(Link State)라우팅은 거리 벡터 라우팅과 다른 철학을 가진다. 링크 상태 라우팅에서 만약 도메인 내의 각 라우터가 도메인의 전체 토폴로지—노드들과 링크들의 리스트, 그 유형, 비용(메트릭) 및 링크가 살아 있는지 죽어 있는지와 같은 상태를 포함해서 그들이 어떻게 연결되어 있는지—를 알고 있다면 노드는딕스트라(Dijkstra) 알고리즘을 사용하여 라우팅 테이블을 만들 수 있다.

42. Topics Discussed in the Section • Building Routing tables

43. Link state routing 개념

44. Link state 지식(knowledge)

45. 라우팅 테이블 만들기 • 각 노드에 의해 링크 상태 패킷(LSP: Link State Packet) 생성 • 도메인의 토폴로지에 변화가 있는 경우 • 주기적으로 생성 • 다른 모든 라우터에 LSP 전송: 플러딩(flooding) • 각 노드에서 최단 경로 트리 생성(딕스트라 알고리즘 적용) • 최단 경로 트리를 기반으로 한 테이블 계산

47. Continued

48. 그래프에서 라우터 A에 대한 최단 경로 트리 생성

49. Figure 11.19 Continued

50. Figure 11.19Continued