라우터/L3 스위치: 3계층 장비

IT 엔지니어를 위한 네트워크 입문 5장

라우터 

3계층에서 동작하는 여러 네트워크 장비의 대표격으로 그 이름처럼 경로를 지정해주는 장비

라우터에 들어오는 패킷의 목적지 IP 주소를 확인하고 자신이 가진 경로(Route) 정보를 이용해 패킷을 최적의 경로로 포워딩

라우터는 원격지 네트워크와 연결할 때 필수 네트워크 장비이며 네트워크를 구성하는 핵심 장비

 

 

5.1 라우터의 동작 방식과 역할

다양한 경로 정보를 수집해 최적의 경로를 라우팅 테이블에 저장한 후 패킷이 라우터로 들어오면 도착지 IP 주소와 라우팅 테이블을 비교해 최선의 경로로 패킷을 내보냄

스위치와 반대로 라우터는 들어온 패킷의 목적지 주소가 라우팅 테이블에 없으면 패킷을 제거

라우터는 패킷 포워딩 과정에서 기존 2계층 헤더 정보를 제거한 후 새로운 2계층 헤더 생성

 

라우터의 동작 방식 3가지

• 경로 지정
• 브로드캐스트 컨트롤
• 프로토콜 변환

 

 

5.1.1 경로 지정

• 경로 정보를 모아 라우팅 테이블을 만들고 패킷이 라우터로 들어오면 패킷의 도착지 IP 주소를 확인해 경로를 지정하고 패킷을 포워딩
•  IP 주소는 네트워크 주소와 호스트 주소로 나뉜 계층 구조를 기반으로 설계되어 로컬 네트워크와 원격지 네트워크를 구분할 수 있고 네트워크 주소를 기반으로 경로를 찾아갈 수 있음 -> 라우터는 이 IP 주소를 확인해 원격지에 있는 적절한 경로로 패킷을 포워딩

 

 

 

5.1.2 브로드캐스트 컨트롤

• 스위치는 패킷의 도착지 주소를 모르면 어딘가에 존재할지 모를 장비와의 통신을 위해 플러딩해 패킷을 모든 포트에 전송
• 라우터는 패킷을 원격지로 보내는 것을 목표로 개발되어 3계층에서 동작하고 분명한 도착지 정보가 있을 때만 통신을 허락 => 라우터의 이 기능을 이용해 브로드캐스트가 다른 네트워크로 전파되는 것을 막을 수 있음
• 네트워크에 브로드캐스트가 많이 발생하는 경우, 라우터로 네트워크를 분리하면 브로드캐스트 네트워크를 분할해 네트워크 성능을 높일 수 있음

 

5.1.3 프로토콜 변환

• 라우터의 또 다른 역할은 서로 다른 프로토콜로 구성된 네트워크를 연결하는 것
• LAN 기술이 WAN 기술로 변환되어야만 인터넷과 같이 원격지 네트워크와의 통신이 가능했고 이 역할을 라우터가 담당

 

라우터에 패킷이 들어오면 2계층까지의 헤더 정보를 벗겨내고 3계층 주소를 확인한 후 2계층 헤더 정보를 새로 만들어 외부로 내보냄 -> 라우터에 들어올 때의 패킷 2계층 헤더 정보와 나갈 때의 패킷 2계층 헤더 정보가 달라짐

ex) 저속 전용회선에서 WAN 구간은 PPP와 같은 WAN 프로토콜이 사용되고 LAN 구간은 이더넷 프로토콜이 사용

LAN 구간에서 패킷이 라우터를 지나면서 2계층까지의 헤더가 벗겨지고 WAN 구간으로 패킷이 나올 때 PPP 헤더로 변경되어 프로토콜이 변환

 

 

 

5.2 경로 지정 - 라우팅/스위칭

 

라우터의 패킷 처리 방법

• 경로 정보를 얻어 경로 정보를 정리하는 역할
• 정리된 경로 정보를 기반으로 패킷을 포워딩하는 역할

 

• 패킷이 들어오기 전에 경로 정보를 충분히 수집하고 있어야 라우터가 정상적으로 동작
• 라우터는 복잡하고 많은 경로 정보를 얻어 최적의 경로 정보인 라우팅 테이블을 적절히 유지함
• 라우터는 서브넷 단위로 라우팅 정보를 습득하고 라우팅 정보를 최적화하기 위해 서머리(Summary) 작업을 통해 여러 개의 서브넷 정보를 뭉쳐 전달
• 라우터에 들어온 패킷의 목적지 주소와 라우터가 갖고 있는 라우팅 테이블 정보가 정확히 일치하지 않더라도(Exact Match가 아니더라도) 수많은 정보 중 목적지에 가장 근접한 정보를 찾아 패킷을 포워딩

 

 

5.2.1 라우팅 동작과 라우팅 테이블

현대 인터넷에서는 단말부터 목적지까지의 경로를 모두 책임지는 것이 아니라 인접한 라우터까지만 경로를 지정하면 인접 라우터에서 최적의 경로를 다시 파악한 후 라우터로 패킷을 포워딩

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홉-바이-홉(Hop-by-Hop) 라우팅 : 네트워크를 한 단계씩 뛰어넘는다는 의미

넥스트 홉(Next Hop): 인접한 라우터

 

 

넥스트 홉 지정 방법

• 다음 라우터의 IP를 지정하는 방법(넥스트 홉 IP 주소)
• 라우터의 나가는 인터페이스를 지정하는 방법
• 라우터의 나가는 인터페이스와 다음 라우터의 IP를 동시에 지정하는 방법

 

라우팅 테이블에 저장하는 데이터의 정보

• 목적지 주소
• 넥스트 홉 IP 주소, 나가는 로컬 인터페이스(선택 가능)

 

 

5.2.2 라우팅(라우터가 경로를 얻는 방법)

• 다이렉트 커넥티드
• 스태틱 라우팅
• 다이나믹 라우팅

 

 

5.2.2.1 다이렉트 커넥티드

• IP 주소를 입력할 때 사용된 IP 주소와 서브넷 마스크로 해당 IP 주소가 속한 네트워크 주소 정보를 알 수 있음. 라우터나 PC에서는 이 정보로 해당 네트워크에 대한 라우팅 테이블을 자동으로 만들게 되는데 해당 정보 
• 생성된 경로 정보는 인터페이스에 IP를 설정하면 자동 생성되는 정보이므로 정보를 강제로 지울 수 없고 해당 네트워크 설정을 삭제하거나 해당 네트워크 인터페이스가 비활성화되어야만 자동으로 사라짐

 

 

 

5.2.2.2 스태틱 라우팅

• 관리자가 목적지 네트워크와 넥스트 홉을 라우터에 직접 지정해 경로 정보를 입력하는 것
• 관리자가 경로를 직접 지정하므로 라우팅 정보를 매우 직관적으로 설정, 관리 가능
• 다이렉트 커넥티드처럼 연결된 인터페이스 정보가 삭제되거나 비활성화되면 연관된 스태틱 라우팅 정보가 자동 삭제

 

 

5.2.2.3 다이나믹 라우팅

• 라우터끼리 자신이 알고 있는 경로 정보나 링크 상태 정보를 교환해 전체 네트워크 정보를 학습
• 주기적으로 또는 상태 정보가 변경될 때 라우터끼리 경로 정보가 교환되므로 라우터를 연결하는 회선이나 라우터 자체에 장애가 발생하면 이 상황을 인지해 대체 경로로 패킷을 포워딩
• 관리자의 개입 없이 라우터끼리의 정보 교환만으로 장애를 인지하고 트래픽을 우회할 수 있으므로 대부분의 네트워크에서 다이나믹 라우팅이 사용

 

 

 

 

 

5.2.3 스위칭(라우터가 경로를 지정하는 방법)

패킷이 들어와 라우팅 테이블을 참조하고 최적의 경로를 찾아 라우터 외부로 포워딩하는 작업

들어온 패킷의 목적지가 라우팅 테이블에 있는 정보와 완벽히 일치할 때도 있지만 비슷하게 일치하거나 일치하지 않는 경우도 생길 수 있기 때문에 고려해야 될 사항이 존재함

 

 

5.2.4 라우팅, 스위칭 우선순위

라우팅 테이블은 가장 좋은 경로 정보만 모아놓은 핵심정보

일반적인 경로 정보를 모아놓은 토폴로지 테이블에서 좋은 경로 정보의 우선순위는 경로 정보를 받은 방법과 거리를 기준으로 정함

 

 

목적지 네트워크 정보가 동일한 서브넷을 사용하는 경우, 정보를 얻은 소스에 따라 가중치를 정하게 됨

가중치 값은 라우팅 정보의 분류와 마찬가지로 크게 3가지로 나뉨 (우선순위순)

• 내가 갖고 있는 네트워크(다이렉트 커넥티드)
• 내가 경로를 직접 지정한 네트워크(스태틱 라우팅)
• 경로를 전달받은 네트워크(다이나믹 라우팅)