네트워크 - 네트워크 계층

라우팅 테이블

라우터의 핵심 기능은 패킷이 이동할 최적의 경로를 설정한 뒤 해당 경로로 패킷을 이동시키는 것이고, 이를 라우팅이라고 한다.
이러한 라우팅의 핵심은 라우터가 저장하고 관리하는 라우팅 테이블이다. 라우팅 테이블은 특정 수신지까지 도달하기 위한 정보를 명시한 일종의 표와 같은 정보이다. 라우터는 라우팅 테이블을 참고해 수신지까지의 도달 경로를 판단한다.

라우팅 테이블에 포함된 정보는 라우팅 방식, 호스트의 환경에 따라 달라질 수 있는데, 공통적이자 핵심적인 정보는 다음과 같다.

수신지 IP 주소와 서브넷 마스크
- 최종적으로 패킷을 전달할 대상
다음 홉
- 최종 수신지까지 가기 위해 다음으로 거쳐야 할 호스트의 IP 주소나 인터페이스
- 게이트웨이라고 명시되기도 한다.
네트워크 인터페이스
- 패킷을 내보낼 통로
- 인터페이스(NIC) 이름이 직접적으로 명시되거나 인터페이스에 대응하는 IP 주소가 명시된다.
메트릭
- 해당 경로로 이동하는 데에 드는 비용
- 라우팅 테이블의 여러 경로 중 메트릭이 낮은 경로를 선호한다.

패킷 내의 수신지 IP 주소가 라우팅 테이블에 있는 수신지 IP 주소, 서브넷 마스크 항목과 일치하지 않을 수 있다. 즉, 라우팅 테이블에 없는 경로로 패킷을 전송해야 할 때가 있다. 이 경우 기본적으로 패킷을 내보낼 경로를 설정하여 해당 경로로 패킷을 내보낼 수 있는데, 이 기본 경로를 디폴트 라우트라고 한다.

디폴트 라우트는 모든 IP 주소를 의미하는 0.0.0.0/0로 명시한다.

정적 라우팅과 동적 라우팅

정적 라우팅

사용자가 수동으로 직접 채워 넣은 라우팅 테이블의 항목을 토대로 라우팅되는 방식
라우팅 테이블 항목을 다루는 명령어가 있다. 이렇게 수동으로 구성된 라우팅 테이블 항목을 통해 수행되는 라우팅을 정적 라우팅이라 표현한다.

동적 라우팅

네트워크의 규모가 커지고 관리해야 할 라우터가 늘어나면 정적 라우팅만으로는 관리가 힘들어진다.
동적 라우팅은 자동으로 라우팅 테이블 항목을 만들고, 이를 이용하여 라우팅하는 방식이다.
동적 라우팅을 하면 라우팅 테이블 항목이 수시로 변할 수 있고, 네트워크 경로상에 문제가 발생했을 때 이를 우회할 수 있게 경로가 자동으로 갱신되기도 한다.

라우팅 프로토콜

라우터들의 집단 네트워크, AS
동적 라우팅과 라우팅 프로토콜을 이해하기 위한 배경지식이 있다.
동일한 라우팅 정책으로 운용되는 라우터들의 집단 네트워크인 AS(Autonomous System)이다.
AS마다 인터넷 상에서 고유한 AS 번호가 할당된다. AS 번호는 사설 IP 주소처럼 사실 AS 번호도 있지만, 일반적으로 고유한 번호를 지칭한다.
한 AS 내에는 다수의 라우터가 있다. 라우터들은 AS 내부에서만 통신할 수도 있고, AS 외부와 통신할 수도 있다. AS 외부와 통신할 경우 AS 경계에서 AS 내외로 통신을 주고받을 수 있는 AS 경계 라우터라는 특별한 라우터를 이용한다.
img_24.png

라우팅 프로토콜은 라우터끼리 자신들의 정보를 교환하며 패킷이 이동할 최적의 경로를 찾기 위한 프로토콜이다.
라우팅 프로토콜은 크게 AS 내부에서 수행되느냐, AS 외부에서 수행되느냐에 따라 종류를 나눌 수 있다.

IGP (Interior Gateway Protocol)

대표적인 IGP로는 RIP(Routing Information Protocol) 와 OSPF(Open Shortest Path First) 가 있다.
최적의 경로를 선택하는 과정에서 RIP는 거리 벡터를, OSPF는 링크 상태를 사용하는 라우팅 프로토콜이다.

RIP - 거리 벡터 기반의 라우팅 프로토콜

거리는 패킷이 경유한 라우터의 수, 즉 홉의 수를 의미한다.
특정 수신지까지 도달하기 위해 홉 수가 가장 적은 경로를 최적의 경로라고 판단한다.
홉 수가 적을수록 라우팅 테이블상의 메트릭 값도 작아진다.
주기적으로 인접 라우터끼리 경로 정보를 교환하며 라우팅 테이블을 갱신하고, 특정 수신지까지의 홉 수를 계산한다.

OSPF - 링크 상태 라우팅 프로토콜

현재 네트워크 구성을 지도처럼 그린 뒤 최적의 경로를 선택한다.
현재 네트워크의 상태(링크 정보)를 그래프의 형태로 링크 상태 데이터베이스에 저장한다. 링크 상태 데이터베이스에는 라우터들의 연결 관계, 연결 비용 등 네트워크의 상태를 그래프로 표현하기 위한 데이터가 저장되어 있다.
최적의 경로를 결정하기 위해 대역폭을 기반으로 메트릭을 계산한다. 대역폭이 높은 링크일수록 메트릭이 낮은 경로로 인식한다.

EGP (Exterior Gateway Protocol)

대표적인 EGP로는 BGP(Border Gateway Protocol) 가 있다.
AS 간의 통신에서 사용되는 대표적인 프로토콜로, 엄밀하게는 AS 간의 통신이 "가능한" 프로토콜이다.
AS 간의 통신을 위한 e(external)BGP, AS 내의 통신을 위한 i(internal)BGP라고도 한다.
BGP 메시지를 주고받을 수 있도록 연결된 BGP 라우터를 피어(peer) 라고 한다. 즉, 다른 AS 와의 BGP 연결을 유지하기 위해서는 BGP 라우터끼리 연결되어 피어가 되어야 하며, 이렇게 피어 관계가 되도록 연결하는 과정을 피어링(peering) 이라고 한다.