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IP Routing, OSPF

12 min read

IP Routing

IP address & Routing

스위치는 MAC 주소를 기반으로 “Switching”

  • 스위치는 이더넷 프레임의 Dest MAC 주소를 확인해 전송해야 하는 인터페이스를 결정한다.
  • 스위치는 데이터 링크 계층 정보(Layer2) 기반

라우터는 IP 패킷(Layer3)을 살펴보고 Dest IP 주소를 확인해 올바른 인터페이스로 전송한다.

왜 모든 곳에서 MAC 주소를 사용 하지 않고, IP 주소를 사용해 라우팅을 할까?

MAC 주소를 학습 하는 대신 서로의 네트워크에 대해 각 라우터에서 하나의 항목만 있으면 된다.

스위치는 이더넷 프레임을 전달하기 위해 MAC 테이블을 사용하고, 라우터는 IP 패킷을 전달할 위치를 알아내기 위해 라우팅 테이블을 사용한다.

가장 먼저 라우팅 테이블에 학습 되는 네트워크는 직접 연결된 네트워크 (connected)

과정 image

  • R1은 IP 와 함께 서브넷 마스크를 구성 했기 때문에 네트워크 주소를 라우팅 테이블에 저장

Routing Protocol

Info

라우터의 기본 기능!! IP 패킷을 한 네트워크에서 다른 네트워크로 이동 시키는 것

라우터는 ‘정적 경로 구성’ 또는 ‘동적 IP 라우팅 프로토콜’을 통해 연결되지 않은 네트워크에 대해 학습한다.

‘동적 IP 라우팅 프로토콜’은 라우터 간에 네트워크 토폴로지 정보를 배포하고 네트워크에서 토폴로지 변경이 발생할 때 업데이트를 제공한다.

  • 경로 정보 검색
  • 최적 경로 선출
  • 선출된 경로 관리

Routing Protocol – 1. 경로 검색

네트워크에 할당된 서브넷에 도달할 수 있는 모든 경로 정보를 검색 및 수집 하는 과정!

수집된 경로 정보를 인접 라우터와 Unicast , Multicast , Broadcast 방식을 이용해 교환한다.

Routing Protocol – 2. 경로 선출

수집된 경로 정보들을 기반으로 각 목적지까지의 최적 경로를 선출 하는 과정!

메트릭 값을 참조해 최적 경로를 선출한다.

Routing Protocol – 3. 경로 관리

수집된 경로 정보와 그 안에서 최적 경로로 선출된 정보들의 변화를 지속적으로 감지하는 과정!

IP 네트워크 환경에서 토폴로지 변화가 생길 경우 최적 경로 선출이 바뀌어 경로가 변경 됨

  • 수동 관리 : Static
  • 자동 관리 : Dynamic

Dynamic Routing Protocol

특정 알고리즘을 이용해 경로 수집 , 최적의 경로 선출 및 관리 동작을 자동으로 수행한다.

Dynamic Routing Protocol

  • EGP : 조직 외부에서 사용 ✓ BGP

  • IGP : 조직 내부에서 운영 ➢ Distance Vector ✓ EIGRP ✓ RIPv1 ✓ RIPv2 ➢ Link State ✓ OSPF

image

EGP (Exterior Gateway Protocol)

AS(자율 시스템, Autonomous System)와 AS간 많은 양의 라우팅 정보를 업데이트 하는 프로토콜

BGP 유일

IGP에 비해 컨버전스는 느리지만 많은 양의 라우팅 정보를 업데이트 가능 AS와 AS간 정책 기반 라우팅 구현 가능

IGP (Interior Gateway Protocol)

동일한 조직내에 동작하는 라우팅 프로토콜 빠른 컨버전스를 이용해 조직 내부 네트워크 운영 목적지로 가기 위한 가장 빠른 경로를 최적의 경로로 선택

  • Distance Vector Routing Protocol (EIGRP : Cisco 전용 > 표준)

    라우터와 라우터 간 최적 경로만 교환 먼저 자신의 Routing Table 생성 후 Routing Table 을 인접 Router 에게 전달 라우터는 직접 연결된 인접 라우터와 그 인접 라우터가 광고한 네트워크 목록만 학습 ➢ 즉. 직접 연결된 인접 라우터 이상의 상세한 토폴로지 정보를 가지고 있지 않음

  • Link State Routing Protocol (OSPF 표준) 각 라우터는 자신과 자신의 인터페이스를 직접 연결된 인접 라우터에 전달 ➢ 이 정보는 한 라우터에서 다른 라우터로 변경되지 않고 전달 ➢ Network 정보를 받으면 Ack 메세지를 통해 정상 전달 확인 Network Topology 정보를 모든 Router에게 전달 해 전체 그림을 학습 후 동시에 Routing Table 생성 단, Network 크기에 비례해 Routing Table 계산에 사용되는 H/W리소스가 늘어남

Best Path Select

라우터는 Connected , Static , Dynamic 방식을 통해 경로를 검색한다. (학습 , 수집)

검색된 경로들 중 조건을 비교, 최적의 경로를 선택해 IP 패킷을 전송한다!!

  1. Administrative distance
  2. Metric – Routing Protocol 마다 계산법 다름
    1. RIP – Hop Count
    2. OSPF – Cost
    3. ISIS – Cost
    4. Eigrp – Metric
  3. Longest Match

AD (Administrative Distance)

1개의 목적지에 대해 2개 이상의 라우팅 프로토콜이 경로를 제공 할 때 라우팅 테이블에 인스톨하기 위한 라우팅 프로토콜 신뢰도이다.

낮을 수록 신뢰도가 높다!

Local 적용 값으로 다른 장비에 전달되지 않는다. image

Metric

라우터에 동일한 라우팅 프로토콜을 사용하는 경우, 메트릭이 가장 낮은 경로가 최적 경로로 선출한다.

Longest Match Rule

목적지로 가기 위한 유사한 경로가 라우팅 테이블에 등록 됐을 경우, IP 패킷의 목적지 IP 주소와 가장 길게 일치 하는 ⇒ 즉. 가장 구체적인 경로를 선택해 IP 패킷 전송

OSPF

What is OSPF ?

TCP/IP 환경에서 가장 많이 사용되는 라우팅 프로토콜이다!!!

Link-State Routing Protocol로 네비게이션 시스템과 유사하다.

  • 완전한 지도를 갖고 목적지에 도달하기 위한 가장 짧은 경로 탐색 (최적 경로)
  • 이미 지도를 갖고 잇으니 Loop이 불가능

따라서 운영하는 장비와 규모가 커질수로 CPU가 높아진다..

OSPF Neighbor > LSDB 교환 > LSU , LSR , LSA > LSDB 완성(지도) > LSDB 기반으로 경로 계산 (SPF)

최적의 경로 라우팅 테이블에 등록

Important

여기서 주요 포인트는 OSPF Neighbor ID는 OSPF 프로세스가 시작될 때 결정되며, 이후에는 변경되지 않는다는 것입니다. 따라서, Loopback 인터페이스를 OSPF 프로세스 시작 후에 구성하거나 변경한 경우, 이미 결정된 Neighbor ID가 자동으로 업데이트되지 않습니다.

OSPF

image

OSPF는 Link-State Advertisements(LSA)를 다른 인접 라우터에게 전송함으로써 동작한다. 인접 라우터간 주고 받은 LSA를 이용해 LSDB 구성

LSDB는 네트워크에 대한 OSPF의 전체 그림이다. ⇒ 즉 토폴로지!! SPF(Shortest Path First) 알고리즘을 이용해 모든 목적지까지 가는 최단 경로를 계산하여 최적경로를 라우팅 테이블에 등록한다.

순서

  1. OSPF 활성화
  2. OSPF Neighbor 협상
  3. Local LSDB 교환
    1. LSR , LSU , LSAck
  4. LSDB 완성(지도)
  5. LSDB 기반으로 경로 계산 (SPF)
  6. 최적의 경로 라우팅 테이블에 등록

OSPF AREA

OSPF는 Area 개념과 함께 동작

  • 단일 영역 환경에서는 기본적으로 항상 Area 0 으로 동작한다.
  • Area 0 : Backbone Area

OSPF는 여러 Area를 갖고 동작할 수 있지만, 모든 영역은 Backbone Area (Area 0)에 연결되어야 한다.

  • 아래그림처럼 Area 간 통신은 항상 Backbone Area 를 통과해야 가능하다!!
  • image|425

OSPF Neighbor

서로 연결된 라우터 간에 OSPF 정보를 교환하기 위해 LSA(Link State Advertisement) 메시지를 주고받는다.

LSA (Link State Advertisement) 메시지는 OSPF (Open Shortest Path First) 프로토콜에서 사용되며 네트워크의 링크 상태 정보를 교환한다. ⇒ 전체 지도를 완성할 수 있다.

Link-State 정보를 주고 받기 위해서는 인접 장비와 Neighbor 관계를 맺어야 된다.

  • OSPF를 구성하면 라우터는 OSPF 활성화된 인터페이스로 Hello 패킷을 송신
  • 멀티캐스트를 이용 (224.0.0.5)

Hello Packet 정보 중 몇가지는 반드시 일치해야 Neighbor 관계를 맺을 수 있다.

  • Hello/Dead time, Area-ID, Authentication Password, Stub Flag

OSPF Metric

OSPF Metric 은 인터페이스의 대역폭을 기반으로 Cost 를 표기한다.

Cost 계산법

  • Cost = Reference bandwidth ÷ Interface bandwidth
  • 1 이하는 올림
  • 낮을 수록 빠른 경로

Default reference bandwidth

  • 10의 8승 = 100,000,000 bps image

그래프 뷰