Routing Protocol 비교분석 - RIP, OSPF, EIGRP - 초 록 현재는대부분의네트워크망은거듭발전을통하여멀티미디어어플리케 이션( VoIP, IPTV 등) 서비스제공하며, 그사용율이점점증가하는추세 이다. 이는한정된네트워크망의품질저하를유발시키며사용자로하여금 불편함을유발한다. 네트워크망에서는 Router가경로를선택시그 Router에적용되어있는 Routing Protocol 에의해경로를결정하는데, 는 네트워크망에서제공되고있 QoS(Quality of Service) 의효과적인수용을위해서는근본적으로 Router 의라우팅알고리즘(Routing Algorithm) 에의해선택되는경로(Path) 가최적 화되어야한다. 기존에네트워크망에 QoS를효율적으로적용하기위에여 러기술들을제공하지만근본적으로최적에경로를선택해야효율적패킷전 달(Packet Forwarding) 이가능하다. 본논문에서는각 Router에서사용되는 Routing Protocol의특성및경로 (Path) 결정요소를분석재정의함으로써 효율적인 Protocol 을제시하였다. QoS(Quality of Service) 에좀더 Routing Protocol 은각경로(Path) 결정요소에의해 (Packet Forwarding) 을 제공하며그요소로는 "Hop Count", "Bandwidth", "Delay" 등이있고, 현재 표준으로정의되어경로결정요소를대역폭(Bandwidth) 으로제공하는 OSPF 보다대역폭(Bandwidth), 지연(Delay), 등을경로결정(Path select) 요소로 제공하는 EIGRP가 QoS(Quality of Service) 측면에서효과적임을확인할 수있었다.
1. 서론 QoS(Quality of Service) 란? 기존에 Internet Traffic Data 만을사용하다 TV 나전화같은대용량, 실시간전송을요하는 Traffic 에의해품질을보 장하는것이다. 예를들어기존에 PSTN 망에서보다 Internet 망의전화가 품질적으로떨어진다면사람들은인터넷전화를이용하려하지않을것이 다. 이렇듯 QoS는 ISP(Internet Service Provider) 측이나, 가입자측모두에 게매우중요하다. 점점 QoS 의중요성이증가하면서인터넷망의효율적으 로사용하기위해다양한기술들 WRED, Queuing 알고리즘등이제공되고 있으며, 이논문에서또한망의효율성을높이며, QoS 보장을위한방법을 제시하려한다. 현재사용되고있는 Routing Protocol (RIP, EIGRP, OSPF, IS-IS 등) 의특성분석후, 각 Routing Protocol 의경로(Path) 결정방법의제 시및실네트워크망에서어떻게경로를택하며, Packet Data를 Forwarding 할때어떤경로를택하는것이효과적인지에대하여 QoS 측면 에서접근하였으며, 라우팅프로토콜마다효율적인네트워크망구조를분석 하였다. 2. 본론 2.1 사전 연구 2.1.1 QoS (Quality of Service) QoS(Quality of Service) 수용은특정응용서비스의품질에맞게네트워크 성능의특정을조정하는작업이다, 예를들어네트워크망에서 VoIP(Voice over Internet Protocol) 서비스를제공한다면, 이 VoIP 트래픽(Traffic) 들은 기존에사용되고있는데이터트래픽(Data Traffic) 에대해무방비상태이 다. 따라서 VoIP 트래픽은데이터트래픽에의하여음질이고르지못하고 이해하기힘들게서비스될수있으며, 이러한문제를방지하게위해서 QoS 관련하여여러기술들 WRED(Weight Random Early Detection), Queuing Algorithm, RED(Random Early Detection), DSCP(DiffServ Code Point) 이제공되고있다. 또한이런 QoS 는제어요소로대역폭(Bandwidth), 지연 등
시간(Delay), 지터(Jitter), 손실율(Loss Rate) 등이있다. 현재는대부분이러 한제어요소및관련기술들을효율적으로이용해서 있다. QoS 보장을제공하고 2.1.2 Routing Protocol Routing protocol 이란? Data packet을전송할때라우팅알고리즘등을적용하여가장효과적인즉, 가장최적경로를찾는것을말한다. < 그림 1 > Routing Protocol 크게 IGP(Interior Gateway protocol) 와 EGP(Exterior Gateway Protocol,) 로 구분할수있는 Routing Protocol은 IGP는 AS(Autonomous system) 내에서 라우팅정보를주고받는내부라우팅프로토콜이며대표적으로 RIP, OSPF, EIGRP 가있으다. EGP는 AS 외부간에연결을설정하는라우팅프롵토콜 이다. 쉽게생각해서 ISP(Internet Service Provider) 간에서로다른 AS 번호 를사용하고있다면, ISP 내에서사용되는것이 IGP 이며, ISP간에연결설정 을하는것이 EGP 이다. 본문에서는 IGP를중심으로 Path 결정요소및 특성을분석하였다. 2.1.3 RIP (Routing Information Protocol) 2.1.3.1 배경 RIP(Routing Information Protocol) 란? 거리- 벡터(Distance-Vector Routing
Algorithm) 를사용하는대표적인 IGP(Interior Gateway protocol) 이며, ARPANET(Advanced Research Projects Agency Network) 되던 Routed 를시초로, 가장오래된 Routing Protocol 이다. 캘리포니아버클리캠퍼스에서처음설계된 머신들간의일관성있는라우팅정보를제공하였으며, 시절부터사용 Routed는로컬네트워크상의 라우팅정보를브로 드케스팅(Broadcasting) 에의존한다. 또한 WAN(Wide Area Network) 구간 내에서사용을고려하지않고개발되었으며, 그후제록스의팔로알토연구센 터에서진행한초기 Internet Networking 연구에기반을둔 Routed 소프트 웨어는제록스 NS RIP 에서파생된프로토콜로구현하였고, 버클리에인기 잇는 4BSD 유닉스시스템에 routed 소프트웨어를함께배포했기때문에 IGP 로서많은인기를얻게되었다. 따라서많은초기 TCP/IP 사이트는 RIP 의기술적장점이나한계를알지못하고사용하였다. 이후 RIP는로컬라우 팅의토대가되었으며, 1998년최종적으로표준이되어현재 RIP version2 까지개발되었다. 2.1.3.2 특 징 RIP는 v1과 v2 로나눌수있으며, 가장대표적인 IGP(Interior Gateway Protocol) 로표준프로토콜이다. 즉 AS 내에서사용하는프로토콜을의미한 다. 또한 Distance-Vector Routing Protocol 이며, Metric(Path 결정) 계산을 위해 hop count 를이용하며, 최대 hop( 홉) 은 15로 16이후는 Unreachable로 도달할수없음을뜻한다. 라우팅업데이트는매 30초간격으로이루어지는 데, Update 시는 Full Update방식으로 Broadcasting 한다. RIP V2 에서는 기존에 RIP V1에서와는다르게 Update시에 Multi-casting(244.0.0.9) 하며라 우터간인증(Authentication) 지원, 및 VLSM( Variable-Length Subnet Masking) 가지원된다. 이런특징들로인해서 RIP는여러가지단점들을나 타낸다. 먼저단지 Hop count만을 Matric비용으로사용하기때문에 Routing 의효율성을떨어뜨린다. 즉 Bandwidth, Delay 등은전혀고려되어있지않 는다. 또한최대 hop 이 15 이기때문에확장성에서뒤쳐지며, Version 1 같 은경우 Broadcasting으로 Update 하기때문에 RIP 와관련이없는 host 나 라우터에게도패킷을전달하여불필요한 Traffic을유발하여 Network 에혼
잡을유발한다. 이런단점과특징들에의해 RIP(Routing Information Protocol) 는소규모네트워크(Routing 구성수가적은) 에적합하다. IGP EGP RIP version1 IGP RIP version2 IGP Algorithm Distance-Vector Distance-Vector Metric 요소 hop count hop count Update broadcasting multi-casting (224.0.0.9) VLSM 미지원지원 < 표 1 > RIPv1, v2 비교 2.1.3.2 경로결정 (Path Select) RIP에서경로를선택하는방법은 Hop count 이다. Hop count 란? 패킷이라 우터에서다른라우터로전송될때목적지까지도착하기까지거쳐가는라 우터의개수라볼수있다. 예를들어 metric을계산할때라우터는직접 연결된네트워크를 할수있는네트워크를 metric 값이 3hop 이되는것이다. 1hop으로정의하고다른라우터를하나더거쳐서도달 2홉으로정의하여총3개의라우터를경유할때는 하단의그림에서 Host A에서 Host B 까지가는방법은 2가지 A( Router1 -> Router2 -> Router3 -> Router4) 와 B( Router1 -> Router5 -> Router4 ) 이다. 이때 A경로는 Hop Counter 가 3 이되고, B경로는 Hop Counter 2 가된다. RIP는 Metric으로 Hop Counter 값이작은 B 경로를택 한다. 즉, RIP는경로를결정하기위해단지 Hop counter 만을고려하며낮 은 hop인 B 의경로가우선경로가되는것이다. RIP가실행되는네트워크 망에서는 B경로가 hop count 값이낮기때문에망의대역폭(Bandwidth) 지 연율(Delay) 등이전혀고려되지않고단지 Hop counter에의한작은값 B경 로가 Routing Path 로결정된다.
< 그림 2 > RIP Path Select 2.1.4 OSPF (Open Shortest Path First) 2.1.4.1 배 경 OSPF(Open Shortest Path Fist) 또한 RIP 와마찬가지로표준프로토콜중 하나이다. RIP의확장성과느린수렴문제를해결하고자 1991년 IETF(Internet Engineering Task Force) 에의해개발및표준화되었다. 2.1.4.2 특 징 OSPF 또한 IGP 이며, OSPF 에속한네트워크를 "Area" 라는좀더세분화된 계층구조로구성하여많은 Routing Information의교환으로인한라우터의 성능저하를예방하고대역을절약한다. 또한 Link status 감지하여, 변화가 감지되면그 Link에대한정보만을즉시모든라우터에 Multicast(224.0.0.5, 224.0.0.6) 로전달하므로수렴시간(Convergence Time) 이매우빠르며, Routing Information 이전달될때많은대역의소모문제점을줄일수있다. VLSM 지원으로 IP address 를효과적으로할당할수있으며, Authentication 역시지원한다. 가장큰특징은기존에 RIP 와는다르게경로(Path) 결정시 대역폭(Bandwidth) 를 Metric으로이용하여 Hop Count에의한제한이없으 며, 좀더효과적으로 Routing 경로를결정할수있다. 2.1.4.3 경로결정 (Path Select) OSPF 에서경로(Path) 결정방법은대역폭(Bandwidth) 이다. 이는기존에
RIP 에서와는다른방법으로경로를선택한다는것을의미하며, 는경로계산을위해 본논문에서 10^8 방법으로적용한다. 또한 TOS(Type of Service) 기능을 Default 인 Disable 상태에초점을맞추었다. 하단과같이 100MB와 10MB 의대역폭(Bandwidth) 를제공하는두개의망이있다면큰대역폭을 제공하는 100MB 경로를선택함을의미한다. 하단그림에서와같은망에서 Routing Protocol을 OSPF를사용한다면 Host A에서 Host B로가는경로는 2가지 A( Router1 -> Router2 -> Router3 -> Router4) 와 B( Router1 -> Router5 -> Router4 ) 이고각라우터들이 OSPF를사용하기때문에경로 A는 100MB 망, B는 10M 망이며 OSPF에서 Cost 값은다음과같은방법으로구한다. < 그림 3 > OSPF COST Value 그러므로 A는 / 으로 1 인값이총 4구간이므로 4인 Cost 값을갖고 B구간은 /10,000,000 인 10인값이 2개구간으로 20 인값을갖게되므로결과적으로 OSPF 망에선 A 경로( Cost Value : 4 ) 를 선택하게된다. < 그림 4 > OSPF Path Select
2.1.5 EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol) 2.1.5.1 배 경 EIGRP(Enhanced Interior Gateway Routing Protocol) 는 Cisco 프로토콜이다. 전용라우팅 즉모든장비에서사용할수있는표준프로토콜이아니고 Cisco 라우터에서만적용할수있는프로토콜이다. 표준프로토콜이아님에 도불구하고본논문에서 EIGRP 를소개하는것은그만큼효율적이며, 많은 이점들( 링크상태라우팅프로토콜과거리- 벡터의이점) 을가지고있기때문 이다. 2.1.5.2 특 징 EIGRP 또한 Cisco 라우터에서 IGP 로동작하는프로토콜이다. 빠른수렴시 간(Convergence) 제공을위해 DUAL(Diffusing Update Algorithm) 이라는알 고리즘을사용하며라우터에서사용할수있는백업경로를모두저장하여 네트워크에서발생한변화를신속하게대처한다. 또한라우팅 Update는 Multi-casting (22 4.0.0.10) 으로제공한다. 또한 OSPF보다는쉽게사용할수 있는이점도있다. 예를들어 2계층프로토콜을사용하더라도별도의설정이 필요하지않다 OSPF 같은경우 2계층에서사용시 Ethernet 인지프레임 릴레이인지에따라설정이달라지지만, EIGRP는동일한설정으로적용이 가능하다. 경로결정에있어서도 EIGRP는 Bandwidth( 대역폭) 과, Delay( 지 연) 을이용한다. 2.1.5.3 경로결정 (Path Select) EIGRP에서는최상의경로를결정하기위에 DUAL 을사용하고, DUAL은복 합 Metric 기반으로경로를선택하며, 백업경로를계산한다. 그로인해최 상의경로가장애시홀드다운없이곧바로백업경로를사용하여빠른수렴 시간을제공한다. EIGRP에서제공하는 Metric 계산에는 5개의변수대역폭 (Bandwidth), 지연(delay), 신뢰성(reliability), 로딩(loading), MTU(Mazimum Transmission Unit) 을제공하지만, K2=load, K4=Reliability, K5=MTU는 Default 값으로 0을갖기때문에기본적으로 2개의변수 K1=Bandwidth와 K3=delay 만을가지고 Metric 을계산한다.
< 그림 5 > EIGRP Metric Value 그러므로 < 그림 5> 의식에서 K2=K4=K5=0 이되고, K1=K3=1 값을갖는 다. 또한대역폭(Bandwidth) 경로에서가장낮은대역폭(Minimum Bandwidth) 의값을적용하며단위는 Kbps 이다. 즉 < 그림 5 > 에서주어진 식을다시정리해보면 < 그림 6 > 과같은간단한식으로정리가된다. < 그림 6 > EIGRP Metric < 그림 7> 과같은가상망에서 EIGRP Protocol을적용시키면경로는다음 과같이결정된다.
< 그림 7 > EIGRP Path Select A 경로(R1->R2->R3->R4) 와 B 경로(R1->R5->R4) 가존재한다면 A경로에서 가장낮은대역폭은 10MB이며이에대한대역폭은 A 경로대역폭 = (10,000,000/10,000) 256=256000 과같은방법으로 256000 이라는대역폭을 값이나오며 A 경로의지연율 = (200 + 200 + 2000) 256 = 614400 같은방 법으로 6144000 이라는값을갖는다. 그러므로 A경로에총 Metric 값은대 역폭 + 지연율로 256000+614400 = 870400 이된다. B경로또한위와같은 방법으로 Metric 값을구하면대역폭은 (10,000,000/10,000) 256= 256000 이며지연은 (200+2000) 256=563200 으로 B경로에대한총대역폭은 819200 이된다. 즉 A구간의 Metirc 값은 870400 이며 B구간은 819200이되어대역 폭에의해제공하는 Metric 값은같은구간이지만각구간에서적용되는지 연에의하여 B 구간에최적경로로선택이된다. 즉 EIGRP는대역폭 (Bandwidth) 에의해경로를결정하는 OSPF 보다지연(Delay) 이라는새로운 요소를 Path 결정요소에추가하는것을알수있다. 2.2 가상망라우팅프로토콜별적용 2.2.1. 가상망구성 Routing Protocol 이네트워크망에서어떤경로를선택하는지확인하기위하 여 < 그림 8 > 과같은가상시나리오망을구현하였다. 네트워크사이에
Host A와 Host B 가존재하며, A와 B 는 3 개의경로가존재한다. 물론실 네트워크망이라면더많은경로가존재하지만본논문에서는 콜을비교하는것이기때문에 3 가지만으로구성하였다. 3가지프로토 3개의경로는 Host A -> Router 1 -> Router 2 -> Router 3 -> Host B 를 "A" 경로, Host A -> Router 1 -> Router 4 -> Router 5 -> Router 3 -> Host B 를 B" 경로, Host A -> Router 1 -> Router 6 -> Router 7 -> Router 8 -> Router 9 -> Host B 를 "C" 경로라칭한다. 시나리오망의대역폭(Bandwidth) 구성은 10MB(Ethernet), 50MB(OC-1), 100MB(Fast Ethernet) 로복잡성을피하기위하여구현하였다. 또한지연율(Delay) 의단위는 Tens of Microseconds 로구성하였으며, 각각 의라우터및망의속도에따라다르겠지만 10MB는 2000, 50MB는 200, 100MB는 100으로통일하였고 R4 -> R5 구간이지연(Delay) 가 1000으로설 정한것은네트워크망에있는병목구간을표현하고자설정하였다. 실제네트워크망과같지는않지만, 네트워크관련서적과 Internet을참고 하여구성한망으로 < 그림 8> 에적용하여라우팅프로토콜 Path Select을 계산하였다. 2.2.2. Routing Protocol 별경로 < 그림 8 > 가상망 < 그림 8 > 을바탕으로 RIP(Routing Information Protocol), OSPF(Open
Shortest Path First), EIGRP ( Enhanced Interior Gateway Routing Protocol) 의경로결정(Path Select) 구성하면다음과같다. RIP(Routing Information Protocol) 은경로를 Hop counter 로선택한다, 즉 Host A에서 Host B로가는 3가지경로중가장적은 Hop 이되는 A 경로 를선택한다. 경로 (Path) Hop count 참고 A 경로 2 최소값 B 경로 3 중간값 C 경로 5 최대값 < 표 2 > 가상시나리오망 RIP Path Select OSPF(Open Shortest Path First) 는경로를대역폭(Bandwidth) 으로결정한 다. 즉 Host A에서 Host B로가는 3 가지경로중대역폭(Bandwidth) 가가 장적은값(Cost Value) 을선택(Select) 하며, OSPF 의 "Cost Value" / 대역폭(Bandwidth) 로구하며< 표 3 > 과같이확인할수있다. 경로 (Path) A 경로 OSPF COST Value R1->R2 R2 - >R3 10,000,000 = 10 50,000,000 = 2 R1->R4 R4->R5 R5->R3 COST Value 12 B 경로 50,000,000 = 2 50,000,000 = 2 = 1 5 C 경로 R1->R6 R6->R7 R7->R8 R8->R9 R9->R3 = 1 50,000,000 = 2 = 1 50,000,000 = 2 = 1 < 표 3 > 가상시나리오망 OSPF Path Select 7
EIGRP ( Enhanced Interior Gateway Routing Protocol) 의경로결정(Path Select) 은대역폭(Bandwidth) 과, 지연(Delay) 에의한 Metric 값에의해결정 되며 < 그림 8> 의가상망의각구간별 Metric 값은다음과같이 "C 경로를 택한다. 경로 (Path) Minimum Bandwidth EIGRP Metric value Delay Sum Metric sum A 경로 (10,000,000 10,000) 256 = 256000 (2000+200) 256 = 563200 819200 Minimum Bandwidth Delay Sum B 경로 (10,000,000 50,000) 256 = 51200 (1000+200+100) 256 = 332800 384000 Minimum Bandwidth Delay Sum C 경로 (10,000,000 50,000) 256 = 51200 (100+200+100+200+100) 256 230400 < 표 4 > 가상시나리오망 EIGRP Path Select 2.2.3. QoS(Quality of Service) 측분석 가상망인 < 그림 8 > 을통해 Path Select 결과를 QoS 측면으로보았을경 우 EIGRP 가비록표준프로토콜은아니지만, 가장효과적이라할수있다. QoS(Quality of Service) 는빠른전송시간이나좋은품질을요하는 Real-Traffic (Internet 전화, Internet TV) 서비스간에효과적이다. 가상시 나리오망에서 RIP(Routing Information Protocol), OSPF(Open Shortest Path First), EIGRP ( Enhanced Interior Gateway Routing Protocol) 는각 각 Host A 와 Host B 간에각각다른경로를선택하여서비스를제공하는 결과를얻었다. RIP는 A 경로, OSPF는 B 경로, EIGRP는 C 경로로위망에
서 Host A 와 B 사이에인터넷전화같은실시간트레픽을사용한다면 C경 로를택하여서비스하는 EIGRP가다른 A와 B 경로보다효과적임을알수 있으며, 네트워크의지연및자원적으로비교하면 < 표 5> 와같다. 이는 A 경로는네트워크자원적비용은작게드나지연이커 Best Effort Traffic" 효과적임을보이고, C 경로는네트워크자원적비용은많이드나지연이 작아 Real-Time Traffic" 에효과적임을보인다. 경로네트워크자원지연기타 A" 경로 3 2200 최소자원, 최대지연 B" 경로 4 1300 中 C 경로 6 700 최대자원, 최소지연 < 표 5 > 자원 & 지연관련분석 자원( 라우터자원만을고려) 3. 3.1 결론 결론 네트워크망에다양한멀티미디어어플리케이션(Voip, IPTV, 화상회의등) 서 비스가증가하면서한정된망에서사용자로하여금깨끗한품질의통화나 끊김없는 TV 시청등의문제가대두되고있다. 이는기존에 TV나 PSTN 망에서사용하는전화보다좋은품질로서비스를해야만하는 에게만직면한문제가아니고, ISP 사업자들 네트워크망에서인터넷관련모든서비스를 사용하는사용자들모두에게처한문제이며, 다양한관련기술들(RED, WRED, Queuing, DSCP 등이제공되고있는실정이다 본논문에서는라우터의기능인경로선택(Path Select) 과정에서좀더 QoS(Quality of Service) 에효과적인 Routing Protocol에초점을맞춰접근 하여, 기존에사용되는 OSPF 보다 EIGRP가 QoS 측면에서는효과적으로경 로를선택한다는것을확인하였으며, 라우팅프로토콜의경로설정요소는 대역폭(Bandwidth), 지연(delay), 신뢰성(reliability), 로딩(loading), 최대전송 크기(MTU) 등으로제공되는과정에서 Real-Traffic 효율적인전송은최대
한이러한요소들의비용이최적이되는경로를선택하는프로토콜이효과 적인프로토콜이라할수있다. 그러나네트워크망에서 Real-Traffic 상단과같은모든요소들을적용한다면이또한라우터 측으로만초점을맞추어설계를하여 CPU의부하를유발 시켜라우터의기능저하를유발시킬수있다. 그러므로 Real-Traffic 전송 간에있어서최대효율성을제공할수있으며, 발하지않는최적에프로토콜구현에대한연구가필요하다. 라우터의기능에저하를유
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