라우터

라우터는 다른 LAN에 접속되어 있는 단말간의 패킷을 중계하는 장치이다. IP 어드레스 등의 망 어드레스에서 상대 LAN을 발견하여 패킷을 중계(라우팅)한다. 다음은 IP 망에 있어서의 라우터 기능에 대한 설명이다.

경로표에서 전송처를 찾아 패킷을 전송

라우터의 기본적인 기능은 순방향(forwarding)과 필터링 등 두 가지이다. 순방향 기능이란 수신처 IP 어드레스에 근거하여 라우팅 테이블(경로표)을 검색하고, 전송해야 할 다음 라우터와 수신처 호스트에 대해서 패킷을 송출하는 기능이다. 필터링이란 안전성 확보를 목적으로 이용하는 것으로서 미리 설정한 특정 패킷만을 중계하는 기능이다. 그 이외의 패킷은 부적절한 패킷으로 간주하여 폐기한다.

(그림 1)과 같은 라우터 망에서 단말 1이 단말 2로 IP 패킷을 전송할 경우, 라우터 a의 동작은 다음과 같다. 우선 ① 입출력 인터페이스부에서 패킷을 수신하고, 프레임 체크 시퀀스를 이용하여 비트 오류를 체크한다. ② 수신한 패킷을 버퍼 메모리에 격납한다. 논리적인 에러가 있다면 송신원에 메시지를 보낸다. 또한 ③ 필터링 테이블을 검색하여 수신 패킷을 페기해야 하는지를 체크한다.

이어서 ④ 수신처 IP 어드레스의 망 어드레스부를 근거로 라우팅 테이블을 검색한다. 수신처 망 어드레스가 라우터에 직결되어 있는 호스트(직접 접속)의 경우는 ⑤ ARP(Address Resolution Protocol) 테이블에서 그 호스트의 MAC 어드레스를 찾는다. 그 이외(간접 접속)의 경우는 다음 홉(hop)의 라우터를 찾아서 해당하는 라우터가 접속된 입출력 인테페이스부를 찾는다. ⑥ 다음 라우터 또는 수신처 호스트가 접속하고 있는 포트에서 버퍼 메모리내의 패킷을 송출한다.

경로정보를 교환하여 최적인 경로를 자동적으로 판단

라우팅 테이블의 작성방법에는 스태이틱 방식과 다이나믹 방식 등 두 가지가 있다.

전자는 망 운용 관리자 등이 고정값을 테이블에 설정하는 방식으로서 라우터의 부하를 경감할 수 있는 한편, 안전성 관리와 장애검출이 쉽다는 이점이 있다. 그러나 망의 구성을 변경할 때마다 관련된 라우터의 고정값을 변경해야 하므로 관리자의 부담은 커지게 된다.

한편 다이나믹 방식은 라우터가 파악하고 있는 망 상태를 상호 교환하여 경로 지정 테이블을 작성하는 방식이다. 각 라우터는 입수한 정보를 근거로 자동적으로 망 상태에 대응한 최적의 경로를 산출하여 테이블을 동적으로 작성한다.

이것에 의해 망의 일부에 장애가 발생해도 남은 정상적인 부분이 자동적으로 동작하고, 망을 자동적으로 재구성 또는 새로운 경로를 발견해 내어 통신을 계속한다.

라우터 사이에서 망의 상태를 정보 교환하기 위해 이용되는 것이 라우팅 프로토콜이다. AS (Autonomous System)내에서는 RIP(Routing Information Protocol)와 OSPF(Open Shortest Path First)가 이용되고 있으며, AS 상호간에는 BGP(Border Gateway Protocol)가 사용되고 있다.

경로결정의 알고리즘으로서 RIP에서는 거리 벡터 방식이, OSPF에서는 링크 스테이트 방식이 채용되고 있다<표 1>.

 

현재 망 트래픽의 증대와 회선 속도의 고속화 등에 따라 라우터의 고성능화에 대한 요구가 높아지고 있다. 라우터 기능은 일반적으로 범용 CPU와 소프트웨어에서 실현되고 있기 때문에 그다지 높은 처리성능은 요구되지 않는다. 이의 대책으로 라우팅 테이블의 검색과 필터링 등 CPU의 오버 헤드가 큰 처리의 일부를 ASIC화하여 고성능화한 제품도 나오기 시작했다.

간단한 용어해설

☞ IP 어드레스

IP 프로토콜로 이용되는 어드레스. IP 어드레스(32비트)는 망 어드레스부와 호스트 어드레스부로 구성된다. 중계 라우터는 망 어드레스부를 기초로 경로 지정한다.

☞ 라우팅 테이블

망층의 어드레스 정보와 전송처 라우터를 대응시킨 테이블. 패킷 송신시에 최적 경로를 선택하기 위해 이용한다.

☞ 프레임 체크 시퀀스

수신측이 전송오류를 검출할 수 있도록 송신측이 프레임의 맨 끝에 붙이는 비트열. 일반적으로 CRC(순회 리던던시)를 이용하여 오류를 검출한다.

☞ ARP(address resolution protocol) 테이블

LAN 내의 호스트에 패킷을 송신할 때 ARP에 의해 수신처 호스트의 IP 어드레스로부터 MAC 어드레스를 구한다. 이 결과는 IP 어드레스와 MAC 어드레스의 대응표(ARP 테이블)로서 일정시간 보존된다.

☞ AS(autonomous system)

자율 시스템. 독자/단일 운용, 관리, 권한에 의해 제어되고 있는 조직의 단위. 예를 들면 인터넷 접속 사업자(프로바이더), 기업의 인트라넷 등이 하나의 AS가 된다. 단 인터넷 접속의 경우 보통 기업은 프로바이더의 AS의 일부가 된다.

☞ RIP(routing information protocol)

IP 망에서의 라우팅 프로토콜. 경유하는 라우터의 대수에 따라서 경로를 결정한다. 주로 소규모 망용.

☞ OSPF(open shortest path first)

RIP와 나열되는 IP 망의 라우팅 프로토콜. 계층화한 경로 지정을 실현할 수 있다. 주로 대규모 망용.

☞ BGP(border gateway protocol)

다른 AS간에 이용되는 경로 지정 프로토콜. 프로바이더끼리 라우팅 테이블을 교환하는 경우에 이용된다.

☞ 거리벡터 방식

라우팅 경로를 결정할 때 수신처까지의 거리정보(홉 수)에 따라 최적 경로를 결정하는 알고리즘. RIP가 채용하고 있는 방식이다.

☞ 링크 스테이트 방식

OSPF가 채용한 라우팅 경로를 결정하기 위한 알고리즘. 라우팅 기능을 가지는 노드가 자신이 접속하고 있는 망의 접속 상태와 거리 정보를 망내의 모든 라우팅 노드에 통지한다.