Transcript 디지털통신과 인터넷 Inter

제10장 인터넷 라우팅
차동완, 백천현, 정용주
10.1 인터넷 구조와 라우팅
10.2 Intra-AS 라우팅
10.3 Inter-AS 라우팅
10.4 멀티캐스트 라우팅
인터넷 구조-1
 ISP에 의한 인터넷 연결
• 인터넷은 전 세계 수많은 인터넷 서비스 사업자(Internet Service Provider, ISP) 들
의 네트워크들로 구성
• ISP들은 가입자나 콘텐츠 규모 및 라우팅 정보수준에 따라 계층화
• ISP 간 상호접속 유형
- 동등접속(Peering) : 수평적 상호접속
으로서 네트워크 규모가 비교적 비슷한
같은 계층의 ISP들 간에 맺는 협정으로
무정산(settlement-free) 으로 처리
 Public peering vs. Private Peering
- 중계접속(Transit) : 수직적 상호접속으로서
소규모 ISP가 대규모 ISP의 망을 이용한
대가로 중계 접속료를 지불하는 협정.
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인터넷 구조-2
 ISP간 계층구조
• Tier 1 ISP : 중계접속 없이 동등접속만으로 모든 네트워크에 접근 가능
• Tier 2 ISP : 다른 ISP들과 동등접속관계를 가지지만 Tier 1 ISP와 중계접속 협약
Tier 3 ISP : 인터넷에 연결되기 위해서 상위 ISP와의 중계접속 협약이 필요
- 최종 사용자(개인 또는 기관)를 모집하고 이들에게 인터넷 접속 서비스 제공
- Tier 2 ISP가 겸할 수도 있음.
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계층적 라우팅 구조-1
 인터넷과 라우터
• 인터넷은 라우터로 연결된 수많은 단위네트워크들의 집합
• 라우터의 기본기능: 수신한 IP 패킷을 적절한 방향으로 내보내는 라우팅과 라우
팅 테이블 관리
 인터넷 구조변경의 배경
• 초기인터넷: GGP(Gateway-to-Gateway Protocol) 프로토콜을 이용한 라우팅 정
보교환
- 라우팅 테이블이 커짐에 따라 라우터의 처리속도가 문제
- Fault isolation을 못하고 전 네트워크로 확산
• 효율적인 관리를 위한 자치시스템(AS) 개념 도입
- AS(Autonomous System): 하나의 조직(예: ISP) 이 관리하는 동일한 라우팅 프
로토콜을 사용하는 단위네트워크(Subnet)들의 집합
- AS도 Area로 나누어 처리
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계층적 라우팅 구조-2
 인터넷 구조
• AS에 의한 분할
• AS는 영역(Area)에 의한 분할
• AS 번호 (16비트)
- 공중 AS 번호: Inter-AS간 라우팅
- 사설 AS 번호: 다른 공중 AS와 정
보교환이 없는 경우사용,
64521~65535
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계층적 라우팅 구조-3
• 최상위 계층은 인터넷 기간망을 형성하는 Tier
1 ISP들이 관리하는 AS로 구성
• Default-Free Zone : 상위층 AS소속 라우터의
라우팅 테이블에는 Default Route 없이 인터넷
기간망에 속한 모든 라우터의 엔트리가 포함.
• 계층구조의 상위(Internet Core)에서 라우터 내
의 라우팅테이블의 엔트리(Entry) 수가 많다.
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라우팅과 라우터-1
 라우터의 기능
• 라우팅 테이블에서 패킷의 목적지와 일치하는 엔트리의 다음홉 주소로 보냄.
• 라우팅 테이블 관리 : 라우팅 프로토콜에 의해
- 라우팅 프로토콜: 라우팅 정보의 교환방법과 라우팅 테이블의 갱신 기준을 정
의
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라우팅과 라우터-2
 라우팅 테이블의 엔트리 구조
 라우터 패킷 처리과정
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라우팅의 분류
 목적지개수
• 유니캐스트 라우팅 vs. 멀티캐스트 라우팅
 네트워크 범위
• Intra-AS 라우팅:동일한 AS에 속한 라우터들끼리의 라우팅
• Inter-AS 라우팅: 서로 다른 AS에 속한 라우터들 간의 라우팅
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10.1 인터넷 구조와 라우팅
10.2 Intra-AS 라우팅
10.3 Inter-AS 라우팅
10.4 멀티캐스트 라우팅
거리벡터 알고리즘-1
 Intra-AS 라우팅 알고리즘 구분
• 최적 루트(Route)를 계산하는 알고리즘은 라우팅 정보의 전달 내용, 방법 및 계
산하는 방식에 따라
 거리벡터(Distance-Vector) 알고리즘
• 최단경로(shortest path)를 구하는 벨만-포드(Bellman-Ford) 알고리즘에 기반
• 라우팅 테이블 정보 전체를 인접 라우터간에 교환, 최단거리 갱신
• 인접 라우터간의 정보 교환 및 갱신과정이 반복되면서 모든 라우터들의 라우팅
테이블의 목적지에 이르는 거리가 최단 거리에 수렴
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거리벡터 알고리즘 -2
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거리벡터 알고리즘 -3
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거리벡터 알고리즘 -4
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링크상태 알고리즘-1
 링크상태(Link State)알고리즘
• 인접 라우터에 이르는 시간(link-delay)과 같은 자신 주변의 상태를 네트워크 내
의 모든 라우터에게 방송형태로 전달  네트워크 전체의 토폴로지 알게 됨
• 상태정보 및 토폴로지 정보를 토대로 다익스트라(Dijkstra) 알고리즘 수행하여,
라우팅 테이블 갱신
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링크상태 알고리즘-2
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링크상태 알고리즘-3
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링크상태 알고리즘-4
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거리벡터 vs. 링크상태
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RIP-1
 특징
• RIP는 구현이 쉽고. 성능 또한 상대적으로 안정적
• 라우터간의 거리계산을 위한 척도(Routing metric)로 hop count를 사용
• 인접라우터간 정보교환은 주기적(25~35초 간격)
• 요청과 응답의 두 가지 메시지, 520번 UDP well-known port
 수렴과정
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RIP-2: 문제점
 저속수렴
• 국지적인 변화가 네트워크 전체에 걸쳐 매우 느리게 알려진다.
• Net 1에 변화가 있을 때 n번째 라우터가 정보를 수신하는데 (15*n)초가 걸림
 불안정(Instability)
• 루프발생
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RIP-3
 불안정에 대한 대책
• 트리거 갱신(Trigger Update): 라우팅 테이블 정보를 정해진 주기 단위가 아닌
변화가 발생할 때 보내는 방식
• 수평분할(Split Horizon), Poison Reverse :
인접라우터에 라우팅 테이블정보를
보낼 때, 그 인접 라우터로부터
받았던 정보로 갱신되었던 라우팅
엔트리는 삭제하거나 거리를
16(즉, 무한대)로 설정함.
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OSPF-1
 불안정에 대한 대책
• 적은 정보교환량: 짧고 간단한 링크상태정보, 변화가 발생했을 때만
• 네트워크 토폴로지 위에 효율적인 딕스트라 알고리즘 적용으로 빠른 속도로 최
적경로 계산
• 네트워크의 구성과 상태에 대한 변화는 라우팅 테이블에 즉각적으로 반영되므
로 네트워크가 안정적으로 유지
• 홉수 대신에 전송지연, 전송속도 등 여러 가지 척도 중에서 선택가능
• 프로토콜이 상대적으로 복잡
 용어
• LSA(Link State Advertisements) : 각 라우터가 주변상황을 알리기 위해 라우터
간에 교환하는 정보
- 신뢰성 있는 플러딩(Reliable Flooding) 방식으로 네트워크 전체에 전달
• Link-State Database(LSDB) : 각 라우터에서 파악하게 된 전체 네트워크 토폴로
지 정보
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OSPF-2
 다중영역 OSPF 개요
• AS를 여러 개의 영역(Area)으로 나누어 2계층 경로설정(2-Level Hierarchical
Routing)을 제공함
• 라우팅 테이블의 크기를 줄이고 관리의 편의성을 제공하기
위한 라우팅 프로토콜
• 동일 영역내의 라우터끼리는
링크상태 라우팅을, 소속 영역이
다른 라우터끼리는 거리벡터
라우팅을 적용
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OSPF-3
 다중영역 OSPF에서의 라우터 및 LSA 구분
• 영역내부 라우터: R1, R2, R5, R6
- 라우터 LSA 와 네트워크 LSA를 영역내부에 flooding
• ABR(Area Border Router) : R1, R2, R3, R4
- 영역의 요약된 거리정보를 네트워크 요약 LSA에 실어 기간영역에 flooding
- ASBR까지의 거리정보를 ASBR요약LSA에 실어 소속영역내부에 flooding
• ASBR(AS Border Router) : R6
- AS외부의 거리정보를 외부요약 LSA에 실어 AS내부의 모든 라우터에 flooding
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OSPF-4
 가상회선에 의한 계층 구조
• 기간 영역에 물리적으로 연결이 안된 로컬 영역의 경우
• 다른 영역을 터널링형태로 관통하여 기간영역에 닿는 가상회선을 도입하여 통
신
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10.1 인터넷 구조와 라우팅
10.2 Intra-AS 라우팅
10.3 Inter-AS 라우팅
10.4 멀티캐스트 라우팅
BGP 개요
 Inter-AS 라우팅 개요
• 초기의 EGP(Exterior Gateway Protocol)에서는 인터넷이 확장됨에 따라 라우팅
루프 등의 문제들이 발생
• 인터넷 확장으로 AS간 상호접속 형태가 복잡해짐에 따라 루프의 발생방지 및
정책적인 루팅을 위해 BGP(Border Gateway Protocol) 등장
• 경로의 최적성이 아니라, 목적 네트워크에 닿는 경로는 구하는 데 주안점을 둠
 경로 벡터 라우팅(Path Vector Routing)에 기반
• 라우터 간에 특정 목적지로 가기 위한
경로 정보를 교환
- 거리벡터나 링크상태 등의
정보가 포함되지 않음
• 동일한 목적지에 이르는
경로벡터가 여러 개 있으면 정책적인 선택
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BGP 동작과정
 BGP 기본 동작과정
• BGP 라우터 간에 TCP 연결이 설정
• 라우팅테이블을 상호 교환하여 초기화하고, 이후 변화가 발생하는 경우에만 라
우팅 정보를 갱신
• 갱신메시지를 수신한 BGP 라우터는 자신의 정책에 부합하는지를 확인하여 라
우팅 테이블을 갱신한 후, 인접 BGP 라우터에게 전송
 BGP 라우팅 테이블
• 패킷이 목적지에 도달하기 위해 지나야 하는 AS의 순차적 목록.
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BGP 갱신메시지
 역할
• BGP 라우터에게 목적지에 이르는 경로가 폐쇄되었거나 새로운 목적지로의 경
로를 개설코자 할 때 사용
• 목적지 별로 하나의 갱신메시지를 통해 광고를 하고 경로를 개설
 갱신메시지 구조
• 폐기된 경로(Withdrawn Route): 광고된 경로목록 중 삭제할 경로
• 경로속성(Path Attributes):
갱신메시지를 통해 광고 되는
도달 가능한 네트워크까지의
경로의 속성
• NLRI: 도달가능성이 점검되는
대상네트워크
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BGP의 갱신메시지 전달과정
• N1이 추가되었을 때 갱신메시지의 전달형태
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BGP 경로선택-1
 경로선택
• 경로선택은 갱신 메시지의 경로속성(Path Attributes)을 바탕으로 네트워크 관리
자가 설정한 선택기준을 따름
• 경로속성 중 MED(Multi Exit Discriminator)와 local preference 가 많이 사용됨.
 MED
• 인접 AS와 둘 이상의 BGP 연결이
설정되어 있을 때, 자신을 길목으로
하는 여타 AS간의 경로 설정 시,
관련 BGP 라우터들에게 어떤 연결
통로를 이용할 지에 관한 정보 제공
• 낮은 값을 가지는 연결 통로를
우선적으로 선택
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BGP 경로선택-2
 Local Preference
• AS 내부의 라우터들에게 AS 외부의 특정 네트워크에 이르는 경로를 선택하게
할 수 있는 정보
• 큰 값을 가지는 경로를
우선적으로 선택
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BGP 특징-1
 BGP 특징
 루프방지, 정책 라우팅(Policy Routing), E-BGP vs. I-BGP
 루프방지
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BGP 특징-2
 정책라우팅
 최적경로를 무조건 선택하는 Intra-AS 라우팅에서와 달리 라우팅 관리자의 정
책적인 판단이 우선한다.
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BGP 특징-3
 E-BGP vs. I-BGP
 E-BGP(External BGP) : 서로 다른
AS 간의 BGP 연결.
 I-BGP(Internal BGP) : 동일한 AS 내
에 있는 BGP 라우터간의 점대점으
로 BGP 연결.
 I-BGP는 Intra-AS 라우팅보다 효율
적이고 유연.
 루프방지를 위하여 I-BGP로 받은 메
시지는 I-BGP로 연결된 다른 라우터
로 전달되지 않는다.
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10.1 인터넷 구조와 라우팅
10.2 Intra-AS 라우팅
10.3 Inter-AS 라우팅
10.4 멀티캐스트 라우팅
멀티캐스트 라우팅 프로토콜 특징
 개요
• 멀티캐스트 송신호스트(source host)에서 그룹 멤버에 이르는 경로를 결정하기
위한 프로토콜
• 멀티캐스트 라우터는 이에 따라 routing table과 별로도 forwarding table을 작성
- 그룹 별로 내보낼 인터페이스(라우터)들을 지정
- 그룹 멤버가 수시로 바뀌고, 트리구조 또한 수시로 변경되므로, 각 라우터의
포워딩 엔트리 내용이 달라짐
• Intra-AS와 Inter-AS 멀티캐스트 라우팅으로 분류
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멀티캐스트 라우팅 프로토콜의 분류-1
 트리의 루트위치에 따른 분류
• SBT(Source Based Tree)
• CeBT(Center Based Tree)
 SBT
• 송신호스트가 루트이므로 송신 호스트의 수 만
큼의 트리 생성
• DVMRP(Distance Vector Multicast Routing
Protocol), MOSPF(Multicast extension to
OSPF) 및 PIM-DM(Protcol Independent
Multicast – Dense Mode)
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멀티캐스트 라우팅 프로토콜의 분류-2
 CeBT 방식
• 중심라우터(Core, Rendezvous Point)가 있고,
이를 모든 송신 호스트들이 공유
• 각 송신호스트는 중심라우터로 멀티캐스트 데
이터그램을 보내고, 각 라우터는 그룹별로 설
정된 트리를 따라 포워딩
• 규모성(scalability)측면에서 SBT 방식에 비해
우수: 하나의 트리만 관리, 송신호스트가 많은
비디오게임이나 화상회의에 적합
• CBT(Core Based Tree) 및 PIM-SM(PIM–
Sparse Mode)
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멀티캐스트 라우팅 프로토콜의 분류-3
 라우터의 멤버가입시점에 따른 분류
• Implicit: 가입하는 절차가 없으며 데이터그램이 도착하면 먼저 다른 라우터로
보내고 그 라우터로부터 해지를 요청하는 메시지가 없으면 멤버로 간주
• Explicit: 사전에 가입의사를 전달한 멤버 라우터 만으로 트리 구성
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DVMRP-1
 DVMRP(Distance Vector Multicast Routing Protocol)
• 최초의 멀티캐스트 라우팅 프로토콜 프로토콜이며, MBONE 시험망에서 사용
• RIP와 유사하게 멀티캐스트 라우터들간에 서로 거리벡터정보를 교환하여 라우
팅 테이블을 구성
- Source prefix: 송신 호스트가 포함된 네트워크의 prefix
- From Gateway: 송신호스트까지의 경로상에 위치한 인접라우터
- Metric: 송신호스트까지의 홉수
- Status: 연결된 라우터의 상태
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DVMRP-2
 동작과정 : ‘flood-prune-graft’절차를 주기적으로 반복
• RPF(Reverse Path Forwarding) : 멀티캐스트 라우터가 데이터그램을 수신하여
보낸 인터페이스가 최단경로 상에 있으면 해당 패킷을 인접한 모든 라우터들에
게 전달(flood), 그렇지 않으면 폐기
• 서브넷 라우터는 IGMP를 통해
멤버가 있는지 파악
- 없는 경우 Prune 메시지를
보내어 트리가지를 제거
- 멤버가 발생하는 경우
Graft 메시지를 보내
해당 트리가지를 복구
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DVMRP-3
 포워딩 테이블
• 포워딩 테이블은 그룹멤버
십과 prune 정보를 포함하
고 있음
• 라우팅 테이블과 포워딩
테이블은 상호간 직접적인
영향을 주지 않으며, 갱신
시점도 다름
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DVMRP-4
 DVMRP 문제점
• 멤버유무에 관계없이 데이터를 전달한 후에 prune & graft 방식에 의해 트리를
유지하기 때문에, 상당한 양의 불필요한 트래픽이 발생
• 송신 호스트 및 그룹 별로 트리 유지를 위해 주기적으로 주고받는 Prune &
Graft 메시지와 이로 인한 제어트래픽은 네트워크 부하
• 각 라우터에서 송신 호스트 및 그룹 별로 라우팅 테이블이 유지,관리되므로, 그
룹 및 송신호스트가 많아질수록 과부하가 걸림 (Scalability problem)
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MOSPF-1
 개요
• 유니캐스트 라우팅 프로토콜인 OSPF에 기반
• 라우터는 IGMP 프로토콜을 이용하여 그룹 멤버에 대한 정보를 얻는다.
• 또한 라우터는 ‘Group LSA’를 교환함으로써 AS 내부에 있는 그룹 멤버쉽을 확
인: 어떤 라우터가 어떤 그룹에 소속되어 있는지를 알게 된다
• 해당그룹에 대한 멤버쉽 정보와 네트워크 토플로지를 토대로, 송신호스트에서
각 멤버 라우터에 이르는 최단경로트리(SPT)를 구성: Dijkstra 알고리즘 사용
• SPT를 바탕으로 포워딩 테이블 구성
• MOSPF는 네트워크 토플로지의 파악을 위해, 상당한 양의 제어트래픽을 요구하
므로 대규모 망에 적절하지 않음
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MOSPF-2
 MOSPF의 예
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CBT(Core Based Tree)
• core 라우터의 존재
• 명시적 가입 메커니즘을 사용하여 공유
형(shared) 트리를 구성
• 멤버가 있는 라우터는 가입(Join) 메시지
를 core 라우터로 전송
• 가입메시지의 전송경로를 따라 CBT트
리 구성
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PIM-DM/SM
 특정 유니캐스트 라우팅 프로토콜과는 독립적(RIP,OSPF와 무관)
 PIM-DM (DVMRP와 유사)
• 멤버가 특정지역에 밀집되어 있는 환경(dense mode, DM)을 위한 프로토콜
• 수신한 데이터그램을 다른 인접한 모든 라우터로 포워딩
- DVMRP에서는 최단경로로 왔을 때만
• 이후 과정(prune-graft)은 DVMRP와 같다.
 PIM-SM (CBT와 유사)
• 멤버가 넓게 분포되어 있는 환경(sparse mode, SM)을 위한 프로토콜
• RP(Rendezvous Point)로부터의 단방향 트리 사용 (CBT:양방향)
- PIM-SM : 송신 라우터가 RP 라우터로 터널링을 통해 캡슐화된 데이터그램을
보내고, RP 라우터에서 다시 PIM-SM 트리를 따라 각 멤버 라우터에게 전달
- CBT:코어 라우터로 가는 도중의 branch에 걸린 다른 멤버 라우터에게 전송
• 지연에 민감한 서비스를 위해 송신 호스트에서 직접 데이터를 전달하는 트리의
구성 허용
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Inter-AS 멀티캐스트 라우팅-1
 개요
• 궁극적으로 해결되어야 하는 라우팅 기술 중의 하나이며, 각 AS간의 메시지 교
환 및 협력을 요구
• 단기적인 해법으로는 M-BGP(Multicast extension to BGP), MSDP(Multicast
Source Discovery Protocol) 및 PIM-SM 프로토콜을 연동시켜 사용하는 방식이
제안
• 궁극적인 해법으로 BGMP(Border Gateway Multicast Protocol)라는 프로토콜
을 개발
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Inter-AS 멀티캐스트 라우팅-2
 MSDP/PIM-SM
• MSDP: 각 AS마다 PIM-SM 방식을 사용하고, 해당 멀티캐스트 그룹의 송신호스
트가 어디에 위치하고 있는지를 탐색하여, 송신호스트와 AS의 RP라우터를 연
결하는 프로토콜
• MSDP peering: TCP연결, AS별로 활동중인 송신호스트 정보 교환
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