CISCO 네트워킹 7장 - RIP, IGRP, EIGRP, OSPF, BGP

RIP (Routing Information Protocol)

1. 정의

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- RIP(Routing Information Protocol)는 내부 라우팅 프로토콜로 현재 가장 널리 사용하는 프로토콜

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- 네트워크 구성상 계층은 없고 평면적이다. RIP에서 사용하는 Metric을 Hop Count(홉수)라고 한다.

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- RIP에서는 도달할 목적지의 거리(길이의 개념이 아니고 ‘몇 개의 게이트웨이를 거치는가’의 개념)를 측정하기 위해서 Hop Count를 사용한다.

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- 어떤 인터페이스에 직접 연결되어 있을 때 Hop Count는 0이며, RIP로 통신을 할 수 있는 최대의 Hop Count는 15이다.

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- 상대방 네트워크까지의 Hop Count 가 16을 초과할 때는 통신할 수 없다.

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- RIP는 거리 벡터 방식을 채용하고 있는 대표적인 프로토콜로, 각각의 라우터가 인접하고 있는 라우터와 라우팅 정보를 주기적으로 교환하여 라우팅하도록 하는 방법이다. 인접한 라우터로부터 받은 정보는 30초마다 라우터의 각 인터페이스로 라우팅 정보를 전달하며, 이 정보는 각 라우터에서 동작할 때 사용한다.

 

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2. 특징

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- 갱신 방법 : 변화된 정보만을 갱신하는 것이 아니라 모든 정보를 동시에 갱신

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- 이웃 설정 관계 : 이웃하는 라우터와 대등한 관계로 정보를 교환하는 Flat 구조방식을 지원

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- 광고하는 IP 네트워크 주소 형태 : 클래스 형태로만 광고를 하며 네트워크를 세분화할 수 있는 서브넷 단위로는 전송할 수 없다.

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- 라우팅 프로토콜 분류 : 내부 네트워크에서 주로 사용되므로 경로 지정을 하나밖에 할 수 없는 단일 경로 라우팅 프로토콜이며, 알고리즘은 거리 벡터 방식을 사용

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- 서비스하는 네트워크 주소 : 다양한 네트워크 중에서도 IP 네트워크만 지원하며, IP 네트워크 주소를 사용한다.

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- Metric : Hop Count 만으로 경로를 결정하며, 최대 15개이다.

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- 경로 정보 갱신 주기 : 거리 벡터 알고리즘을 사용하므로 30초마다 이웃한 네트워크에 대한 정보를 교환한다.

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3. 장단점

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1) 장점

- 인터넷 표준 프로토콜로 모든 벤더에서 지원

- 간단하고 이해하기 쉬움

- 간단하게 구현 및 운영 가능

- 전원이나 메모리 등 시스템 자원의 소모가 적음

 

2) 단점

- 지원하는 최대 Hop Count가 15개로, 16개부터는 전송이 불가능하므로 대규모 네트워크에는 부적합

- 경로 선택 방법이 Hop Count뿐이므로 최적의 경로를 선택할 수 없음

- 거리 벡터 알고리즘으로 인해 링크 상태에 대한 변화가 느림

- 서브넷 정보를 처리하지 못함

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4. 비용계산 방법

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1) 직접 접속되어 있는 네트워크에 대한 비용은 0으로 계산한다.

2) 인접한 라우터 간의 비용은 1로 계산한다.

3) 인접한 라우팅 정보를 광고할 때 기존 비용 값에 1을 더한다.

4) RIP는 목적지까지 갈 수 있는 여러 경로 중에서 Hop Count가 작은 경로를 선택한다.

5) RIP의 최대 Hop Count는 15이고, 그 초과인 것은 해당 목적지까지 가는 경로가 없는 것으로 판단한다.

 

 

IGRP (Interior Gateway Routing Protocol)

1. 정의

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- 내부 게이트웨이 라우팅 프로토콜(영어: Interior Gateway Routing Protocol, IGRP)은 CISCO 사가 발명한 거리 벡터 내부 게이트웨이 프로토콜(IGP)

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- 자율 시스템 내의 라우팅 데이터를 교환할 목적으로 라우터가 사용

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- IGRP는 사유 프로토콜로, IGRP는 대형 망에서 사용할 때 RIP의 제약(최대 홉 수가 15개, 하나의 라우팅 메트릭)을 부분적으로 극복할 목적으로 만들어짐

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- IGRP는 대역폭, 지연, 부하, MTU, 신뢰성을 포함하여 개별 경로에 여러 개의 메트릭을 지원

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- 두 개의 경로를 비교하기 위해 이 메트릭들은 미리 설정된 상수들을 사용하여 수정할 수 있는 공식을 이용하여 하나의 메트릭으로 병합

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- IGRP 라우티드 패킷의 최대 홉 수는 255 (기본값 100)이며 라우팅 업데이트는 (기본값으로) 90초마다 브로드캐스트

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- IGRP는 클래스가 있는 라우팅 프로토콜로 간주

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- 서브넷 마스크를 위한 공간이 없기 때문에 라우터는 동일 클래스 A, 클래스 B, 클래스 C 네트워크 안의 모든 서브 네트워크 주소들이 인터페이스에 구성된 서브넷 마스크와 동일한 서브넷 마스크를 소유

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- VLSM(가변 서브넷 마스크)를 사용할 수 있는 클래스 없는 라우팅 프로토콜과 대비

 

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2. 특징

 

- 증가된 확장성 : RIP을 사용하는 네트워크와 비교하여 중대형 네트워크에서의 라우팅이 개선되었다. RIP에서 15개로 제한되어 있는 홉 문제를 IGRP는 최대 255개로 확장하여 이를 극복할 수 있게 되었다.

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- 정교한 메트릭 : RIP의 메트릭은 홉 수인데 비해 IGRP에서는 기본적으로 지연과 대역폭을 사용하며 추가로 신뢰성, 로드, MTU 등을 메트릭 계산에 포함시킨다.

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- 다중 경로 지원 : IGRP는 네트워크 송신지와 수신지 사이에서 비용이 동일하지 않은 경로를 6개까지 유지할 수 있다. RIP과 달리 이 경로들이 동일한 비용일 필요는 없다.

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3. 장단점

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1) 장점

- 중간 규모의 네트워크에 적합

- 다양한 요소에 대해 계산 후 최적의 경로 선정

- 수렴 시간이 빠르다

- 운영 및 설정이 간단

- 시스템 리소스가 적다.

- 다중 경로 라우팅(멀티패스 라우팅)을 지원

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2) 단점

- 국제 표준이 아님

- 계산 과정이 복잡

- AS 번호가 필요

 

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4. 비용계산 방법

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비용계산 요소

대역폭(BW), 부하(Load), 지연(delay), 에러 발생률(reliability), K1~K5는 가중치 값으로 라우터에서 확인할 수 있다.

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계산 방식 #1 (사용자 임의의 값 입력의 경우)

Cost = K1 * BW + (K2 * BW) / (256 – Load) + K3 * delay * K5 / (reliability + K4)

Cost = BandWidth / Load + Delay + Reliability

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계산 방식 #2 (만약 K5가 0인 경우, 신뢰도를 고려하지 않을 경우)

Cost = K1 * BW + (K2 * BW) / (256 – Load) + K3 * delay

Cost = BandWidth / Load + Delay

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IGMP 메트릭 형식 (대역폭 + 지연)

대역폭 : 10^7(10000000) / 목적지까지 가는 가장 작은 대역폭 값

지연 = 목적지까지 가는 지연 값의 합 / 10

 

EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol)

1. 정의

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- EIGRP는 Distance Vector인 IGRP를 발전시켜 만든 라우팅 프로토콜 (Advanced Distance Vector)

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- 원래는 시스코에서 개발한 전용 프로토콜이었으나, 2013년부터 작업을 시작해 2016년 5월에 RFC 7868로 표준 제정되면서 다른 벤더사 장비에서도 합법적으로 구동 시킬 수 있게 되었다.

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- 라우터 내 대역폭 및 처리 능력의 이용뿐 아니라, 토폴로지(망 구성 방식)가 변경된 뒤에 일어나는 불안정한 라우팅을 최소화하는데 최적화된 고급 거리 벡터 라우팅 프로토콜

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- 지원하는 라우터들은 32비트 EIGRP 메트릭을 24비트 IGRP 메트릭으로 변환함으로써 IGRP의 이웃 장비들에게 경로 정보를 자동으로 재분배

 

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2. 특징

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- Distance Vector 계열의 라우팅 프로토콜로써 Major Network 경계에서 자동 축약된다.

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- IGRP의 매트릭 방식을 그대로 사용하여 최적경로를 선택한다.

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- Link-state 라우팅 프로토콜처럼 네트워크 변화에 즉시 업데이트를 해준다.

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- 라우팅 정보 전송을 위해 포트 번호 88번을 사용한다.

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- DUAL (Diffusing Update Algorithm) 알고리즘을 사용하여 Successor(최적 경로)와 Feasible Successor(후속 경로)를 선출한다.

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- AD(Administrative Distance) 값은 내부(internal) 90, 외부(External) 170이다. (수동 축약할 경우 AD는 5)

Classful 방식과 Classless 방식 모두 지원하여 Auto Summary와 Manual Summary를 지원한다.

 

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3. 장단점

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1) 장점

- 경로 학습 방식이 Distance Vector이기 때문에 Link-state에 비해 비교적 리소스 발생이 적다.

- 수렴 시간이 빠르다

- 네트워크 변화에 즉시 반응하며, 최적경로에 문제가 생기면 대체경로를 최적경로로 설정하여 바로 변경 가능하다.

- Unequal Cost 부하 분산을 지원한다.

- 메트릭 값이 같은 경로만 부하 분산이 가능한 RIP과 OSPF와는 다르게 EIGRP는 메트릭 값이 다른 경로로 부하 분산이 가능하다.

 

2) 단점

- 중소규모 네트워크는 문제없지만 대규모 네트워크에서는 SIA 현상이 발생될 수 있어 관리가 힘들다.

 

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4. 비용계산 방법

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- Hello 패킷을 인접 라우터가 서로 교환하면 Neighbor 관계를 맺어 Neighbor Table을 생성한다.

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특정 네트워크로 가는 경로 또는 인접 라우터가 다운되었을 때

1) 토폴로지 테이블에 Feasible successor가 있는 경우 바로 라우팅 테이블에 최적경로로 저장한다.

2) 없을 경우에는 Query 패킷으로 다운된 네트워크의 라우팅 정보 요청 및 응답 상태 테이블을 생성함

3) Reply 패킷으로 라우팅 정보 수신 및 토폴로지 테이블을 생성한다.

4) 수신한 라우팅 정보들로 경로를 계산하고 최적경로를 라우팅 테이블에 저장한다.

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- Update 패킷을 통해 라우팅 정보를 교환하고 토폴로지 테이블을 생성한다.

- 라우팅 경로를 계산하고 최적경로를 라우팅 테이블에 저장한다.

 

OSPF (Open Shortest Path First)

1. 정의

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- 링크 상태(Link-State) 라우팅 프로토콜이며, 국제표준 프로토콜

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- 계층구조를 가지고 있으며, 확장성이 뛰어나므로 중대형 규모의 복합망에 적합

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- VLSM을 지원하며 classless 라우팅 프로토콜

 

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2. 특징

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- SPF(Shortest Path First) 알고리즘을 사용하는 링크 상태 프로토콜

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- 최적 경로를 결정하기 위행 비용 요소(metric)으로 대역폭 이용

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- 링크 상태가 변경될 경우 변경 정보만 인접한 라우터로 전송

 

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3. 장단점

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1) 장점

- OSPF는 area 단위로 구성되어 대규모 네트워크를 안정되게 운영할 수 있음

- 특정 area에서 발생하는 상세한 라우팅 정보가 다른 area로 전송되지 않아 큰 규모에서 안정되게 운영할 수 있음 (재분배 설정을 통해 다른 area로 전송 가능)

Stub이라는 강력한 축약 기능으로 기존 라우팅 프로토콜과는 달리 IP 주소가 연속되지 않아도 Routing table의 크기를 획기적으로 줄일 수 있음

표준 라우팅 프로토콜이다.

Convergence time이 전반적으로 빠른 편이다.

 

2) 단점

- 계층적 구조를 반드시 따라야 하며, 설정이 어렵다.

- SPF 알고리즘을 통해 직접 경로 계산을 하기 때문에 리소스 소모량이 많다.

 

 

4. 비용계산 방법

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- 메트릭으로 Cost를 사용하고, 이 값은 대역폭을 10^8로 나눈 값을 사용

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- 대역폭이 클수록 비용이 낮아져야 하는데 OSPF에서 계산한 값의 소수점은 무조건 올림 처리하는 방식 때문에 대역폭이 100M, 1G 이어도 Cost 값이 같아지는 문제가 발생

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- 문제를 해소하기 위해 기준이 되는 대역폭의 값을 변경시켜 사용하기도 하며, 아래의 표와 같이 참조하여 사용되도록 Cost 값을 미리 지정하고 사용한다.

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BGP (Border Gateway Protocol)

1. 정의

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- 인터넷에서 주 경로 지정을 담당하는 프로토콜

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- 인터넷에서 자율 시스템(AS) 중 라우팅 및 도달 가능성 정보를 교환하기 위해 설계된, 표준화된 외부 게이트웨이 프로토콜

 

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2. 특징

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- AS 상호 간의 라우팅 정보 교환을 위한 라우팅 프로토콜

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- EGP(Exterior Gateway Protocol) 또는 Interdomain Routing Protocol라고 한다. 즉, 물리적인 라우터 간에 라우팅하는 관점이 아니라, AS 간에 라우팅이 이루어짐

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- 인터넷을 AS 간 연결 경로(Path)로 이루어진 방향성 그래프의 집단으로 봄

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- BGP는 인터넷을 각각 유일한 AS 번호를 갖는 AS들이 임의로 연결된 AS 집합으로 그래프를 그리고 있다고 가정 (AS 간에 Mesh Type 구성)

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- 발전된 형태의 Distance Vector Routing Protocol (거리 벡터 라우팅 프로토콜)

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- `Path Vector Routing Protocol (경로 벡터 라우팅 프로토콜)`이라고도 불린다. 여기서, AS 경로(AS Path)는 목적지 네트워크(AS)까지 거쳐야 하는 Path를 나타냄

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- BGP는 최적/최단의 경로를 찾는 라우팅 정보라 보다는,도달 가능성(network reachability)을 알리는 프로토콜이다.

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- 끝없이 순환되는 문제점이 없도록 한다. 즉, BGP는 Looping-free 하는 라우팅을 보장하고, 순환을 피할 수 있도록 목적지까지 가는 경로 정보를 제공.

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- 피어 관계 설정 및 네트워크 정보 생성/전달이 분리되면서, 신뢰할 만한 TCP 연결에 의해 라우팅 정보를 교환

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- 라우팅 정보는 BGP 라우터 간에 포트 번호 179번을 통하여 TCP에 의해 신뢰성 있게 전달

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- 라우팅 정보의 점진적 부분 갱신 (Incremental, Partial, Triggered Update)

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- BGP는 주기적으로 정보를 갱신하지 않고, 단지 변화가 있을 때 만, 이웃 라우터에게 갱신 정보를 Advertising 함

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- 처음 BGP Session을 맺을 때 만 전체 라우팅 정보 필요, 이후 변화된 것만 필요하지만, 한편, 순간적 Flapping 방지를 위해 일정 시간 대기

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- AS 내부 iBGP 간에 5초, AS 외부 eBGP 간에 30초 대기 후에 라우팅 업데이트 수행

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- 만일, 네트워크 변화가 전혀 없으면 주고받는 정보가 없게 되므로 이를 위해 자신이 살아있음을 알리는 BGP 킵-얼-라이브 메시지를 60초마다 교환

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- 최상의 경로 선택을 위해 다양하고 풍부한 Routing Metric 사용 (Path Attribute). 즉, 우선순위가 있는 각 Metric을 차례대로 참조하여 최상의 경로를 선택

 

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3. 장단점

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1) 장점

- 두 개 이상의 ISP 연결 시 자동 ISP 및 자동 회선 백업

- BGP AS를 이용한 Loacl BGP Routing 정보 획득

- BGP 회선 장애 시 우회경로 생성

- BGP AS를 가진 ISP 장애 시 우회경로 획득

- 최적의 외부 Routing 경로 생성 (가장 짧은 AS-Path 경로를 선택)

- Dstribute-list, Route map Filtering, AS-path Filtering, community Filtering 등 다양한 기능 및 조절 제공

- IGP (RIP, IGRP, OSPF, EIGRP) 등과 재분배가 가능

 

2) 단점

- BGP ISP 연결은 가능하나 Load Balancing 설정이 어렵다.

- 장비에 BGP Update를 위한 CPU와 Memory 사용이 많다.

- 하나의 ISP 연결에는 BGP 사용 시 부하만 준다.

- Metric 설정이나 Traffic 분산 시 설정이 어렵다.

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4. BGP 세션

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EBGP ( External BGP ) Session : 다른 AS 상호 간에 변방 라우터들끼리 접속

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- 경로 벡터 라우팅에 참여하는 AS 경계 라우터들은 이웃한 AS의 라우터들에게 자체 AS 내부의 네트워크 도달 여부를 광고한다.

- 경로 벡터 메시지를 수신하는 각 라우터는 광고된 경로가 정책에 맞는지 검사한 후 자신의 라우팅 테이블을 갱신하고 메시지를 수정하여 다음 이웃에게 전송한다.

- 메시지의 수정은 경로에 자신의 AS 번호를 추가하고 자체의 식별자로 다음 라우터의 항목을 바꾼다.

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- EBGP 문제점

▶ 1) 이웃하지 않는 AS에게 전달될 패킷을 어떻게 전달할지 모른다.

▶ 2) 경계 라우터가 아닌 라우터는 다른 AS의 네트워크로 전달될 패킷을 어떻게 전송해야 하는지 모른다.

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IBGP ( Internal BGP) Session : 동일 AS 내부의 변방 라우터들 간 내부 접속

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- 동일 AS 내에 있는 2개 이상의 변방 라우터가 외부 AS와 연결된 상태에서 서로 간에는 FULL-MESH 형태로 연결한다.

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- BGP 메시지 : BGP는 AS의 BGP 스피커와 AS 내부 사이의 통신을 위한 4가지 종류의 메시지를 사용

▶ OPEN : 동작 중인 라우터가 이웃 관계를 생성하기 위해 보내는 메시지

▶ UPDATE : 라우터가 전에 광고된 목적지를 취소하거나 새로운 목적지를 알리는데 사용

▶ KEEPALIVE : 상대방에게 자신이 살아있음을 알리기 위해 유지 시간이 만료되기 전에 정기적으로 메시지 교환

▶ NOTIFICATION : 오류 상황이 감지되거나 연결을 닫기 원할 때 라우터에 의해 전송