[데이터통신] 경로 선택 제어
경로 선택(Routing)
송/수신 간에 중간 서브넷을 거쳐 최적의 경로를 선택하는 기술
서브넷 자원의 이용을 최대화하여 평균 패킷 전송 시간을 최소화한다
경로 선택 요소
- 성능 기준(Performance Criterion)
- 홉수의 최소화 : 가장 적게 교환기를 경유할 수 있도록 한다
- 최저 비용 경로 : 경로를 배정하는 기술이나 비용이 적게 사용되도록 한다
- 최고의 처리율 : 정해진 시간 안에 패킷의 경로 배정을 최대로 진행하게 한다
- 지연의 최소화 : 패킷이 교환기에 저장된 시간이 최소가 되도록 한다
- 결정 시간(Decision Time)
- 데이터그램 방식 : 패킷의 경로 결정 시간을 환경에 맞게 정한다
- 가상 회선 방식 : 패킷의 경로 결정 시간은 이미 정해져 있게 한다
- 결정 장소(Decision Place)
- 분산식 : 주변 네트워크 정보를 참조
- 집중식 : 경로 정보 센터(RCC)의 정보를 참조
- 네트워크 정보 발생지(Network Information Source)
- 네트워크 형태 : 패킷이 처음 만들어진 네트워크 형태를 의미
- 트래픽 양 : 정해진 시간 안에 패킷들의 송/수신 개수를 의미
- 경로 배정 전략(Routing Plan)
- 고정형 : 패킷의 경로가 항상 일정하게 전달
- 범람형 : 패킷을 여러 개로 복사하여 전달
- 적응형 : 경로 선택기의 진행 정보를 이용하여 전달
- 적응 경로 배정 갱신 시간(Adaptive Routing Update Time)
- 연속적 : 경로 선택기의 정보를 계속 변경해준다
- 주기적 : 경로 선택기의 정보를 주기적으로 변경해준다
경로 선택 프로토콜
현재의 인터넷 상에서 운영되는 모든 네트워크에서는 서로 다른 경로 선택 프로토콜들이 사용되고 있다. 인터넷은 하나의 네트워크 관리 조직이 운영하는 지역인 AS의 집합으로 이루어져 있다
AS(Autonomous Systems, 자율 시스템) : 동일한 라우팅 프로토콜을 사용하는 네트워크
모든 AS는 AS 안에 있는 경로 선택기들과 통신을 하기 위하여 경로 선택 프로토콜을 사용
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거리벡터 알고리즘
행렬로 이루어진 거리 정보 값을 인접 라우터와 주기적으로 교환하여 테이블을 갱신하고 이를 통해 경로를 선택하는 구조.교환되는 정보가 기본적으로 거리 정보뿐이기 때문에 단순하고 다루기 쉬운 반면, 장애 등의 원인을 알아내기에는 어렵다는 단점이 존재
- 라우터와 라우터 간의 거리를 더하여 계산
- 라우팅 메트릭 값의 설정 요소
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네트워크 지연
하나의 패킷이 네트워크를 통하여 전송측에서 목적지까지 전송되는 데 소요되는 시간으로 링크의 대역폭, 실제 거리, 포트의 큐, 네트워크의 과부하 등 다양한 요인에 의해 결정 -
대역폭
연결된 네트워크 구간에서 사용 가능한 트래픽의 양 -
신뢰성
각 네트워크 연결 상태에 있어서 얼마만큼의 신뢰를 유지하는 가를 수치로 표현 -
부하
네트워크 트래픽의 바쁜 정도
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링크상태 알고리즘
거리벡터 라우팅 프로토콜의 단점을 보완하기 위해 개발.모든 라우터가 모든 링크 정보를 가지며 라우팅 정보가 변경될 경우(이벤트 기반)에 변경된 라우팅 정보만을 전파시키는 구조(트래픽 발생량 감소 => 규모 큰 네트워크에서도 사용이 가능, 라우팅 루프같은 오류가 발생하지 않음)
- 시간 지연 문제의 발생이 적다
- 복잡한 구조로 경로설정이 구현되므로 주소 배분이나 장치 설정의 어려움이 발생
IGP(Interior Gateway Protocol, 내부 게이트웨이 프로토콜)
AS 내부의 라우터들끼리 라우팅 정보를 교환하는 데 사용되는 라우팅 프로토콜
RIP(Routing Information Protocol, 인터넷 라우팅 프로토콜)
- 거리벡터 알고리즘을 사용하는 가장 단순하고 일반적인 프로토콜
- 라우팅 테이블은 데이터그램 패킷을 통하여 모든 라우터에 전달
- 매 30초마다 라우팅 정보를 전달, 라우팅 정보는 180초 동안만 유효
- 최대 홉을 15로 제한하므로 소/중규모 네트워크에 적합
- Broadcast 방식을 사용해서 인접한 라우터 간의 정보를 교환하므로 네트워크 대역폭의 낭비가 초래되고 네트워크에 연결되어 있는 모든 호스트들은 라우팅 처리와 무관하게 관련된 패킷을 처리해야 하므로 연결된 모든 장치에 오버헤드가 발생
RIPv2(RFC1723)
- RIP와 동일한 기본 알고리즘을 사용하면서 단점을 보완한 프로토콜
- 인증 메커니즘을 제공하고 인터넷 전체에 VLSM을 사용할 수 있도록 보완
- 인식 기능이 제공되기 때문에 Broadcast 방식이나 Multicast 방식으로 갱신 정보를 전송하는 것이 가능
- 서브넷 마스크 기능 포함
- EGP에서 얻어진 AS 번호 등의 정보를 통지하기 위해 사용되는 외부 루트태그 기능 존재
- RIP에서는 서브넷 마스크를 바이트 단위로 인식을 하여 A/B/C 클래스 단위로 인식하였으나, RIPv2에서는 비트 단위로 인식
- 멀티라우팅 프로토콜 환경에서 라우팅 수행 중에 다음에 전송될 라우터 중 최적 라우터의 선택이 가능하도록 하는 ‘다음 홉 주소’ 사용
- 멀티캐스트 방식을 사용하기 때문에 라우팅 프로토콜이 지원하지 않는 호스트의 부하를 경감시킬 수 있으며, 또한 RIP 외는 지원하지 않는 라우터에서 해석할 수 없는 정보를 RIPv2 라우터 사이에 공유하도록 함으로써 신뢰성을 향상시킨다
OSPF(Open Shortest Path First)
RIP의 한계를 극복하기 위해 IETF
(Internet Engineering Task Force)에서 고안한 방식으로 네트워크 변화가 있을 때에만 갱신함으로 대역을 효과적으로 사용할 수 있는 라우팅 프로토콜
- 망 구성이 계층적 구조로 구성되어 있으며 Area라는 구간을 나누어 사용(대규모 네트워크에서 효율적으로 사용이 가능)
- Area를 나누면 서로 교환해야 되는 상태정보도 줄어들고 링크 계산 속도, 빈도가 줄어들게 되며 라우팅 테이블의 크기도 줄어 관리하기가 용이해진다
- 라우팅 정보를 인접한 라우터에 모두 전송하는 플러딩 방식을 사용하므로 토폴로지에 관한 정보가 전체 네트워크 상의 라우터에서 동일하게 유지
- 거리의 제한이 없다
- SPF 알고리즘을 통해 직접 경로계산을 하기 때문에 리소스 소모량이 많다
- LSA : 라우팅 정보를 담아 주고 받는 광고 패킷
IGRP(Internet Gateway Routing Protocol)
BGP를 보완한 기술로 중간 규모의 네트워크에서 사용하는 경로 설정 프로토콜
- 시스코 사에서 독자적으로 개발한 프로토콜
- 독립적인 네트워크 내에서만 사용하기 위해 개발
- RIP와 유사하게 Hop수를 기준으로 한 정보를 전송
- 복수의 경로상에서 로드 밸런싱 기능을 지원
- RIP와 유사하지만, 크고 복잡한 네트워크를 위해 개발
EIGRP(Enhanced Interior Gateway Routing Protocol)
거리 벡터 알고리즘을 사용하는 IGRP를 발전시켜 개발한 라우팅 프로토콜.
- IGRP의 매트릭 방식을 그대로 사용하여 최적경로를 선택
- 링크제어 알고리즘처럼 네트워크 변화에 즉시 업데이트를 수행
- Router 정보 전송을 위해 IP 프로토콜 88번 사용
- DUAL(Diffusing Update Algorithm)을 사용하여 최적 경로(Successor)와 후속 경로(Feasible Successor)를 선출
- 메트릭 값이 같은 경로만 부하 분산이 가능한 RIP와 OSPF와는 다르게 메트릭 값이 다른 경로로 부하 분산이 가능(Unequal Cost 부하 분산 지원)
- 대규모 네트워크에 적용 시 SIA(Stuck In Active)현상이 발생할 수 있다
EGP/ERP(Exterior Gateway/Routing Protocol, 외부 게이트웨이 프로토콜)
RIP만으로는 패킷망의 모든 경로를 가상으로 확보할 수 없기에 TCP/IP를 사용하는 네트워크와의 연합으로 패킷 경로를 확보한다.
즉, AS 상호 간에 라우팅 정보를 교환하는 데 사용되는 프로토콜
BGP(Border Gateway Protocol, 경계 게이트웨이 프토토콜)
인터넷상의 게이트웨이 호스트들 간에 흔히 사용되는 프로토콜로 관리자에 의해 독자적인 경로 설정이 필요할 때 사용하는 프로토콜
ISP 업체 연결하거나, 두개이상 ISP 동시 접속할때 (Multihoming), BGP를 사용 한다.
- 라우팅정보를 유니캐스트 방식으로 전송한다.
경로 선택 전략
비적응적 방법
경로 선택이 단순하고 중간 노드의 상태를 전혀 고려하지 않는다.
패킷을 전송할 때 경로를 선택할 수 잇는 프로그램을 미리 패킷에 삽입하면 패킷은 패킷에 있는 경로 선택 프로그램대로 진행되도록 하는 정적이고 수동적인 방법
고정 경로 선택(Fixed Routing, 착국 부호 방식)
교환기마다 접속하려는 상대방에 미리 붙여둔 번호를 해석하여 진행 경로를 선정하는 방식
- 이미 정해진 경로로 진행하기 때문에 유연성이 없다
- 지나간 경로로 되돌아가는 루프가 없다
범람 경로 선택(Flooding Routing, 플러딩)
입력된 경로를 제외하고 모든 경로에 패킷의 복사본이 전송되는 방법으로 신뢰성과 최단 경로가 보장되지만 복사된 패킷의 증가로 체증이 유발될 수 있다
- 홉카운트를 이용하여 체증 유발을 방지할 수 있다
- 중간 네트워크(서브넷) 정보를 이용하지 않는다
적응적 방법
중간 노드의 상태가 원활하지 않는 경우 체증과 지연이 심화될 수 있다. 이러한 단점을 보완한 적응적 방법은 중간 노드의 체증이나 교착상태 등의 변화에 대한 정보를 얻어 능동적으로 경로를 선택하는 동적인 방법
국부적 경로 선택(Isolated Routing)
지역적으로 외부 노드의 정보를 얻지 않고 국부적인 노드의 독립적인 판단에 의하여 결정되는 방법으로 거시적인 관점보다는 근시안적이기 때문에 체증 유발 가능성이 존재
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짧은 큐 경로 선택(Shortest Queue Routing, Hot Potato Routing)
인접 노드의 버퍼의 개수가 가장 적은 쪽으로 패킷을 보내는 방식
패킷이 목적지와 멀어질 수 있다는 단점이 있지만 패킷을 노드 밖으로 보내는 방법으로는 가장 확실한 방법 -
국부 지연 평가 방법(Local Delay Estimate, Backward Learning)
이미 지나간 패킷의 정보를 충분한 시간을 갖고 평가하여 경로를 선택하는 방법
정확도나 경로 선택의 시기를 놓칠 수 있다는 단점 존재
분산 경로 선택(Distribute Routing)
체증이 발생하는 문제점과 효율적인 경로 선택을 위해 사용하며 자신을 중심으로 인접해있는 모든 경로 선택기의 정보를 분석하여 광범위한 지역까지의 경로를 확보하는 방식
집중 경로 선택(Centralized Routing)
전체 네트워크의 경로 흐름을 파악하고 제어하는 RCC
(Routing Control Center)의 정보로 경로를 선택하는 방법으로 RCC의 고장 시 전체 통신망은 마비된다
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