[Network] 라우팅과 라우팅 프로토콜의 기초

들어가며

이번 글에서는 라우팅의 기본 개념부터 시작하여, 라우터의 동작 원리, 정적 라우팅과 동적 라우팅의 차이, 그리고 실무에서 어떻게 활용되는지까지 차근차근 살펴보겠습니다.

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1. 라우팅 개요

라우팅이란?

네트워크에서 데이터를 목적지까지 전달하기 위해 최적의 경로를 선택하는 과정을 라우팅이라고 합니다. 라우터는 이러한 라우팅 기능을 수행하는 핵심 장비로, 서로 다른 네트워크 간의 데이터 전송을 담당합니다.

 

스위치가 같은 네트워크(브로드캐스트 도메인) 내에서 데이터를 전달한다면, 라우터는 서로 다른 네트워크 간의 데이터 전송을 처리합니다. 예를 들어, 회사 내부 네트워크에서 인터넷으로 데이터를 보내거나, 본사와 지사 간의 통신을 가능하게 하는 것이 바로 라우팅의 역할입니다.

라우팅 테이블

라우터는 라우팅 테이블(Routing Table)이라는 정보를 기반으로 패킷을 전달합니다. 라우팅 테이블에는 다음과 같은 정보가 저장됩니다:

• 목적지 네트워크: 패킷이 도착해야 할 네트워크 주소
• 넥스트 홉(Next Hop): 패킷을 전달할 다음 라우터의 IP 주소
• 인터페이스: 패킷을 내보낼 라우터의 물리적 포트
• 메트릭(Metric): 경로의 우선순위를 결정하는 값

라우팅 테이블 예시:

목적지 네트워크      넥스트 홉        인터페이스    메트릭
192.168.10.0/24    10.0.0.2         Gi0/1         1
172.16.0.0/16      10.0.0.3         Gi0/2         2
0.0.0.0/0          10.0.0.1         Gi0/0         1

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2. 라우터의 개념과 동작

라우터의 역할

라우터는 네트워크 계층(Layer 3)에서 동작하며, IP 주소를 기반으로 패킷을 전달합니다. 라우터의 주요 역할은 다음과 같습니다:

• 패킷 포워딩: 라우팅 테이블을 참조하여 패킷을 적절한 경로로 전달
• 경로 선택: 여러 경로 중 최적의 경로를 선택
• 브로드캐스트 도메인 분리: 각 인터페이스가 독립적인 브로드캐스트 도메인을 형성
• 네트워크 간 연결: 서로 다른 네트워크를 상호 연결

라우터의 동작 과정

라우터가 패킷을 전달하는 과정은 다음과 같습니다:

1. 패킷 수신: 라우터의 인터페이스로 패킷이 도착
2. 목적지 IP 확인: 패킷의 IP 헤더에서 목적지 IP 주소를 추출
3. 라우팅 테이블 검색: 목적지 IP와 매칭되는 경로를 라우팅 테이블에서 찾음
4. 경로 결정: 가장 적합한 경로를 선택 (Longest Prefix Match 원칙 적용)
5. 패킷 전달: 선택된 경로의 넥스트 홉으로 패킷을 전송
6. TTL 감소: IP 헤더의 TTL(Time To Live) 값을 1 감소시켜 무한 루프 방지

라우터 vs 스위치

구분	라우터	스위치
동작 계층	Layer 3 (네트워크 계층)	Layer 2 (데이터링크 계층)
주소 기반	IP 주소	MAC 주소
주요 기능	네트워크 간 연결, 경로 선택	같은 네트워크 내 데이터 전달
브로드캐스트	차단 (각 인터페이스마다 독립적)	전파 (VLAN 내에서)

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3. Longest Prefix Match

Longest Prefix Match란?

Longest Prefix Match는 라우터가 패킷의 목적지 IP 주소와 라우팅 테이블의 여러 항목을 비교할 때, 가장 긴 서브넷 마스크(가장 구체적인 경로)를 우선적으로 선택하는 원칙입니다.

동작 원리

예를 들어, 라우팅 테이블에 다음과 같은 항목이 있다고 가정해봅시다:

10.0.0.0/8       -> Next Hop A
10.1.0.0/16      -> Next Hop B
10.1.1.0/24      -> Next Hop C

목적지 IP가 10.1.1.50인 패킷이 도착하면:

• 10.0.0.0/8과 매칭 (8비트 일치)
• 10.1.0.0/16과 매칭 (16비트 일치)
• 10.1.1.0/24와 매칭 (24비트 일치) ✓

이 경우, 24비트가 일치하는 10.1.1.0/24 경로가 가장 구체적이므로 Next Hop C로 패킷을 전달합니다.

왜 Longest Prefix Match를 사용하는가?

Longest Prefix Match 원칙을 사용하면 다음과 같은 이점이 있습니다:

• 세밀한 경로 제어: 특정 서브넷에 대해 별도의 경로를 지정 가능
• 효율적인 라우팅: 보다 구체적인 경로를 우선 사용하여 최적화된 경로 선택
• 유연한 네트워크 설계: 계층적 네트워크 구조를 효과적으로 구현

Default Route (기본 경로)

라우팅 테이블에 매칭되는 항목이 없을 때 사용되는 경로를 Default Route라고 하며, 0.0.0.0/0으로 표시됩니다. 이는 모든 IP 주소와 매칭되지만, 서브넷 마스크가 0이므로 가장 낮은 우선순위를 가집니다.

0.0.0.0/0  -> Gateway (인터넷으로 나가는 경로)

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4. 정적 라우팅 프로토콜

정적 라우팅이란?

정적 라우팅(Static Routing)은 네트워크 관리자가 수동으로 라우팅 테이블에 경로를 입력하는 방식입니다. 라우터는 관리자가 설정한 경로 정보만을 사용하여 패킷을 전달합니다.

정적 라우팅의 특징

장점:

• 단순함: 설정이 간단하고 이해하기 쉬움
• 예측 가능성: 경로가 고정되어 있어 트래픽 흐름을 정확히 예측 가능
• 보안성: 라우팅 정보를 교환하지 않아 외부 공격에 안전
• 자원 효율성: CPU와 메모리 사용량이 적음

단점:

• 확장성 부족: 네트워크 규모가 커지면 관리가 어려움
• 장애 대응 불가: 경로에 문제가 생겨도 자동으로 우회 경로를 찾지 못함
• 유지보수 어려움: 네트워크 변경 시 수동으로 모든 라우터를 재설정해야 함

정적 라우팅 설정 예시

Cisco 라우터 설정

Router(config)# ip route 192.168.10.0 255.255.255.0 10.0.0.2
Router(config)# ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 10.0.0.1

첫 번째 명령은 192.168.10.0/24 네트워크로 가는 패킷을 10.0.0.2로 전달하라는 의미이며, 두 번째 명령은 Default Route를 설정하는 것입니다.

Linux 시스템 설정

sudo ip route add 192.168.10.0/24 via 10.0.0.2
sudo ip route add default via 10.0.0.1

정적 라우팅 활용 사례

정적 라우팅은 다음과 같은 상황에서 주로 사용됩니다:

• 소규모 네트워크: 라우터가 몇 대 없는 단순한 네트워크
• 스텁 네트워크(Stub Network): 외부로 나가는 경로가 하나뿐인 네트워크
• 백업 경로: 동적 라우팅의 백업용으로 설정
• 보안이 중요한 네트워크: 라우팅 정보 노출을 최소화해야 하는 환경

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5. 동적 라우팅 프로토콜

동적 라우팅이란?

동적 라우팅(Dynamic Routing)은 라우터가 자동으로 네트워크 정보를 교환하고, 최적의 경로를 계산하여 라우팅 테이블을 구성하는 방식입니다. 네트워크 토폴로지가 변경되면 라우터들이 자동으로 새로운 경로를 찾아 적응합니다.

동적 라우팅의 특징

장점:

• 자동화: 수동 설정 없이 경로가 자동으로 업데이트됨
• 확장성: 대규모 네트워크에서도 효과적으로 동작
• 장애 대응: 경로에 문제가 생기면 자동으로 우회 경로를 찾음
• 유지보수 편의성: 네트워크 변경 시 자동으로 반영됨

단점:

• 복잡성: 설정과 관리가 복잡함
• 자원 소모: CPU, 메모리, 대역폭을 더 많이 사용
• 보안 위험: 라우팅 정보가 네트워크상에 노출될 수 있음
• 수렴 시간: 네트워크 변경 후 모든 라우터가 동기화되는 시간 필요

동적 라우팅 프로토콜의 분류

동적 라우팅 프로토콜은 크게 두 가지로 분류됩니다:

IGP (Interior Gateway Protocol)

같은 자율 시스템(AS) 내부에서 사용되는 라우팅 프로토콜입니다.

• 거리 벡터(Distance Vector): RIP, EIGRP
• 링크 스테이트(Link State): OSPF, IS-IS

EGP (Exterior Gateway Protocol)

서로 다른 자율 시스템(AS) 간에 사용되는 라우팅 프로토콜입니다.

• 경로 벡터(Path Vector): BGP

라우팅 메트릭

동적 라우팅 프로토콜은 여러 경로 중 최적의 경로를 선택하기 위해 메트릭(Metric)을 사용합니다. 메트릭은 프로토콜마다 다르게 정의됩니다:

프로토콜	메트릭 기준
RIP	Hop Count (홉 수)
EIGRP	Bandwidth, Delay, Load, Reliability의 조합
OSPF	Cost (대역폭 기반)
BGP	AS Path Length, Policy 기반

Administrative Distance (AD)

Administrative Distance는 서로 다른 라우팅 프로토콜이나 소스에서 동일한 목적지에 대한 경로를 학습했을 때, 어떤 경로를 우선적으로 신뢰할지 결정하는 값입니다. AD 값이 낮을수록 높은 신뢰도를 가집니다.

경로 소스	AD 값
Directly connected	0
Static route	1
EIGRP	90
OSPF	110
RIP	120
External EIGRP	170
Unknown	255 (사용 안 함)

예를 들어, 같은 목적지에 대해 OSPF와 RIP가 모두 경로를 제공하면, AD 값이 낮은 OSPF 경로(110)가 RIP 경로(120)보다 우선적으로 선택됩니다.

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마무리 및 정리

라우팅은 네트워크에서 서로 다른 네트워크 간의 통신을 가능하게 하는 핵심 기술입니다. 라우터는 라우팅 테이블을 기반으로 패킷을 전달하며, Longest Prefix Match 원칙을 통해 가장 적합한 경로를 선택합니다.

 

정적 라우팅은 소규모 네트워크나 보안이 중요한 환경에서 유용하지만, 대규모 네트워크에서는 동적 라우팅이 필수적입니다. 동적 라우팅 프로토콜은 IGP와 EGP로 나뉘며, 각 프로토콜은 고유한 메트릭을 사용하여 최적의 경로를 계산합니다.

 

다음 글에서는 RIP, EIGRP, OSPF와 같은 구체적인 IGP 프로토콜에 대해 자세히 다뤄보겠습니다.