#12 라우팅 프로토콜의 종류와 동작 원리

 

안녕하세요! 콱!꼬챙 입니다.

 

오늘은 라우팅 프로토콜의 종류와 동작 원리 에 대해 공부해 보아요 ~

 

 

 

1. 라우팅 프로토콜의 개념과 역할

라우팅 프로토콜(Routing Protocol)은 네트워크 장비가 최적의 경로를 결정하여 데이터 패킷을 전달하는 과정에서 사용하는 규칙과 알고리즘의 집합이다. 인터넷과 기업 네트워크에서는 수많은 라우터가 서로 연결되어 있으며, 각각의 라우터는 목적지까지 가는 여러 경로 중에서 가장 효율적인 경로를 선택해야 한다.

라우팅 프로토콜은 이를 가능하게 하며, 네트워크의 토폴로지 변화에 따라 동적으로 최적의 경로를 갱신하고, 트래픽 부하를 분산하며, 장애 발생 시 대체 경로를 자동으로 설정하는 역할을 한다. 이러한 기능은 대규모 네트워크에서 **신뢰성(Reliability), 확장성(Scalability), 효율성(Efficiency)**을 보장하는 핵심 요소이다.

라우팅 프로토콜은 크게 두 가지로 분류된다.

1. 정적 라우팅(Static Routing): 네트워크 관리자가 수동으로 경로를 설정하며, 변경이 적은 네트워크 환경에서 사용된다.
2. 동적 라우팅(Dynamic Routing): 라우터가 자동으로 네트워크 정보를 교환하고, 최적 경로를 계산하여 설정하는 방식으로 대규모 네트워크에서 주로 사용된다.

이 글에서는 동적 라우팅 프로토콜의 종류와 동작 원리를 깊이 있게 탐구하고, 각 프로토콜이 사용하는 메커니즘과 차이점을 분석한다.

 

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2. 거리 벡터 라우팅 프로토콜의 원리

거리 벡터(Distance Vector) 라우팅 프로토콜은 라우터가 목적지까지의 거리와 방향(다음 홉, Next Hop) 정보를 기반으로 최적 경로를 결정하는 방식이다. 여기서 **"거리(Distance)"**는 홉 수(Hop Count)나 대기 시간(Delay)과 같은 비용(metric)을 의미하며, **"벡터(Vector)"**는 특정 방향으로 가는 경로를 나타낸다.

거리 벡터 라우팅의 동작 방식

1. 라우팅 테이블 업데이트: 각 라우터는 자신의 라우팅 테이블을 이웃 라우터와 주기적으로 교환한다.
2. Bellman-Ford 알고리즘 사용: 네트워크의 경로 비용을 비교하여 가장 짧은 경로를 선택한다.
3. 컨버전스(Convergence) 과정: 네트워크 변경 사항이 발생하면, 라우터들은 새로운 경로를 반영하기 위해 업데이트를 수행한다.

대표적인 거리 벡터 라우팅 프로토콜

1. RIP (Routing Information Protocol)
   • 홉 수(Hop Count)를 경로 비용(metric)으로 사용하며, 최대 15홉까지만 지원한다.
   • 작은 네트워크에서 사용되며, 대규모 네트워크에는 적합하지 않다.
   • 주기적으로(30초마다) 전체 라우팅 테이블을 브로드캐스트하여 네트워크 부하가 증가할 수 있다.
2. IGRP (Interior Gateway Routing Protocol)
   • Cisco가 개발한 프로토콜로, 홉 수 외에 대역폭, 지연시간, 신뢰성 등의 요소를 고려하여 경로를 결정한다.
   • RIP보다 더 정교한 거리 벡터 프로토콜이지만, 현재는 EIGRP로 대체되었다.

거리 벡터 라우팅의 단점은 라우팅 루프(Routing Loop) 문제가 발생할 가능성이 높고, 컨버전스 속도가 느리다는 점이다. 이를 방지하기 위해 스플릿 호라이즌(Split Horizon), 홀드다운 타이머(Holddown Timer), 포이즌 리버스(Poison Reverse) 등의 기법이 사용된다.

 

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3. 링크 상태 라우팅 프로토콜의 동작 원리

링크 상태(Link State) 라우팅 프로토콜은 거리 벡터 방식과 다르게 네트워크 전체의 토폴로지를 라우터들이 공유하고, 최단 경로를 계산하여 경로를 설정하는 방식이다. **Dijkstra의 최단 경로 알고리즘(Shortest Path First, SPF)**을 사용하여, 목적지까지 가장 효율적인 경로를 찾는다.

링크 상태 라우팅의 동작 과정

1. Hello 패킷을 이용한 네이버(neighbor) 탐색
   • 라우터들은 네트워크에서 직접 연결된 이웃 라우터를 식별한다.
2. LSA(Link-State Advertisement) 패킷 전송
   • 네트워크의 상태 정보를 담은 패킷을 네트워크 상의 모든 라우터에게 플러딩(Flooding) 방식으로 전송한다.
3. LSDB(Link-State Database) 형성
   • 각 라우터는 받은 LSA 정보를 기반으로 전체 네트워크의 토폴로지를 생성한다.
4. SPF 알고리즘을 이용한 최적 경로 계산
   • Dijkstra 알고리즘을 적용하여 최적의 경로를 선택하고 라우팅 테이블을 업데이트한다.

대표적인 링크 상태 라우팅 프로토콜

1. OSPF (Open Shortest Path First)
   • 내부 라우팅 프로토콜(IGP) 중 가장 널리 사용되며, 계층적 구조(Area)를 지원하여 확장성이 뛰어나다.
   • LSA를 사용하여 라우팅 정보를 효율적으로 관리하며, CIDR(Classless Inter-Domain Routing) 및 VLSM(Variable Length Subnet Mask)을 지원한다.
   • 동적 코스트(Cost) 계산을 통해 네트워크의 변경 사항을 빠르게 반영한다.
2. IS-IS (Intermediate System to Intermediate System)
   • OSPF와 유사한 링크 상태 프로토콜이지만, OSI 프로토콜 스택에서 동작하며 IP뿐만 아니라 다양한 프로토콜을 지원한다.
   • OSPF보다 더 유연한 구조를 가지고 있으며, 대규모 ISP(Internet Service Provider) 네트워크에서 많이 사용된다.

링크 상태 라우팅의 장점은 컨버전스 속도가 빠르고, 네트워크 변화에 유연하게 대처할 수 있으며, 라우팅 루프 문제가 발생하지 않는다는 점이다. 그러나 연산량이 많고 메모리 사용량이 높으며, 설정이 복잡하다는 단점이 있다.

 

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4. 경로 벡터 라우팅 프로토콜과 BGP의 중요성

경로 벡터(Path Vector) 라우팅 프로토콜은 거리 벡터 라우팅과 유사하지만, 단순히 거리 정보뿐만 아니라 **경로에 대한 정책(Policy)과 속성(Attribute)**을 고려하여 경로를 결정한다. 주로 자율 시스템(Autonomous System, AS) 간의 라우팅을 수행하는 데 사용된다.

대표적인 경로 벡터 라우팅 프로토콜

BGP (Border Gateway Protocol)

• 인터넷에서 가장 중요한 라우팅 프로토콜이며, AS 간의 라우팅을 담당한다.
• 경로 속성(AS-Path, Next-Hop, Local Preference 등)을 기반으로 최적의 경로를 결정한다.
• EGP(Exterior Gateway Protocol) 중에서 가장 널리 사용되며, 인터넷 백본 네트워크를 구성하는 핵심 프로토콜이다.

BGP는 ISP 간 트래픽 경로를 최적화하고, DDoS 공격 방어, 정책 기반 라우팅을 수행하는 데 필수적이다.

 

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5. 결론: 라우팅 프로토콜의 선택과 최적화

라우팅 프로토콜은 네트워크의 크기, 복잡성, 확장성 요구 사항에 따라 적절한 방식이 선택되어야 한다.

• 소규모 네트워크: RIP 사용
• 기업 내부 네트워크: OSPF 또는 EIGRP 사용
• ISP 및 대형 네트워크: IS-IS 또는 BGP 사용

각 프로토콜의 특성을 이해하고, 최적의 라우팅 설계를 통해 안정적이고 효율적인 네트워크 운영이 가능하다.