[컴퓨터네트워크설계] 5. OSPF 라우팅 프로토콜

5. Routing Protocol

 1) OSPF(Open Shortest Path First)

encapsulation

Mac주소   S / D   (물리)

IP 주소   S / D   (논리)

TCP /  UDP

 - 프로토콜 넘버

  과정 IP > OSPF ( Protocol Num )

  (1) OSPF의 특징

 : 다익스트라(Dijkstra) 알고리즘 참조

 : 30분을 간격으로 주기적인 라우팅 업데이트 정보를 교환

 : 프로토콜 넘버 89번

 - Convergence Time

  : 네트워크의 모든 라우터간에 정보를 주고 받는데 걸리는 시간

  : 라우팅 테이블이 완성되는데 걸리는 시간

  : OSPF는 변화가 생기면 바로 전달

  : 큰 네트워크에 적합

  : area라는 개념을 사용해서 전체 OSPF 네트워크를 작은 영역으로 나누어 관리

 - VLSM(Variable Length Subnet Mask)

  : classless

  : IP 주소와 서브넷 마스크의 and 연산을 통해 나온 결과인 네트워크 주소를 통해 효율적인 라우터를 관리 할 수 있다.

  : IP 주소를 효과적으로 사용

  : 라우팅 테이블을 줄이는 부수적인 효과가 있다.

  : OSPF는 Route summarization(Optimization : 최적화)을 지원하기 때문에 여러 개의 라우팅 경로를 하나로 묶어주는 기능이 탁월하다.

 - 네트워크 크기 지원

  : RIP의 경우 최대 15개의 홉 카운트를 가질 수 있으나 OSPF의 경우 이런 제한이 없다.

 - 네트워크 대역폭 활용

  : RIP는 30초마다 브로드캐스트 트래픽이 발생하므로 대역폭의 낭비가 많다.

  : OSPF는 네트워크의 변화가 있을 때만 정보가 멀티캐스트로 날아가므로 경제적이다.

 - 경로 결정

  : RIP는 홉 카운트만 고려하여 속도나 지연에 상관 없이 홉 카운트가 적으면 선호한다.

  : 링크의 비용(cost)를 매트릭으로 함

  : OSPF는 많은 관련요소를 합쳐서 경로를 선택하기 때문에 훨씬 정확한 경로를 선택이 가능하다.

5.1.2. OSPF가 적용되는 토폴로지

 1) Broadcast Multiaccess 토폴로지

  : 두 개 이상의 라우터가 연결되는 경우로 하나의 메시지를 보내면 이 네트워크 상의 모든 라우터에서 정보를 받는 구조

 2) Point-to-Point 토폴로지

  : 네트워크 상에 한 쌍의 라우터가 연결되어 있다.

 3) NBMA(Network Broadcast Multiaccess)

  : 두 개 이상의 라우터가 연결되어 있지만 Broadcast Multiaccess처럼 브로드캐스트 능력은 갖고 있지 않다.

5.2. OSPF의 Neighbor 찾기

 1) Down State

  - 멀티캐스트 주소 244.0.0.5를 사용하여 Hello 메시지를 내보낸다.

   : 이 때 라우터 ID가 함께 나가게 된다. 

   : ( 라우터 ID는 OSPF에서 서로를 구분하는 이름으로 사용, 라우터의 IP 주소 중 제일 높은 주소를 사용한다. )

   : 브로드캐스트가 아니므로 OSPF 라우터가 아닌 장비는 이 메시지를 받지 않는다.

 2) Init State

  - Hello 메시지를 받은 라우터는 Neighbor list 추가

 3) Two - Way State

  - Hello 메시지를 OSPF 라우터 들이 자신들의 정보를 유니캐스트로 보낸다.

  - 라우터 A는 이 정보를 자신의 Neighbor list에 넣어 관리한다.

 4) 이웃확인 명령어

  - show ip ospf neighbor

5.3. OSPF의 OSPF의 라우터 ID, DR, BDR

 - ID

  : 라우터 ID는 OSPF를 통해 경로 정보를 주고 받는 라우터들 중에서 해당하는 라우터를 나타내는 고유의 값으로 사용된다.

  1) 물리적 인터페이스 보다 논리적 인터페이스인 루프백 인터페이스를 라우터 ID로 선언

  2) 루프백 주소가 여러 개 있으면 높은 주소가 라우터 ID로 사용된다.

  3) 만약 루프백 주소가 없다면 활성화된 인터페이스의 주소 중에서 가장 높은 값을 가지는 주소를 라우터 ID로 사용

  4) 이는 Show ip protocols 명령어를 사용하여 확인

  5) 동작확인은 #debug ip ospf events

 - DR(Designated Router)

 - BDR(Backup Designated Router)

  1) OSPF에서는 네트워크의 책임을 지는 DR과 BDR를 선출한다.

  2) OSPF에 참여하는 라우터들은 DR과 BDR에 자신의 link state를 알린다.

   - 모든 라우터와 link state를 교환할 경우 발생하는 트래픽을 줄이고 link state의 sync를 올바로 관리

   - DR은 이 정보를 관리하고 link state를 항상 일치시키는 역할을 수행한다.

   - 반면, BDR은 DR이 업무를 제대로 수행하는 지를 관찰하다가 DR에게 문제가 발생하면 바로 DR의 역할을 수행한다.

   - DR과 BDR의 선출은 우선순위가 높아야 한다.

  3) DR과 BDR의 선출과정

   - 라우터의 우선순위는 기본으로 1이다.

   - 어떤 라우터가 이보다 높은 우선순위(priority)를 갖는다면 그 라우터가 DR이 되고 그 다음이 BDR이 된다.

   - 만약 우선순위가 두 라우터가 같다면 라우터 ID(Router ID)가 높은 라우터가 DR이 된다.

   - 선출 이후 우선순위가 높은 라우터가 네트워크에 추가되면 이미 선거가 끝난 경우이므로 다음 번 선출 때에 참여할 수 있다.

   - 특정 장비가 DR이나 BDR에 참여하지 않게 하려면 우선순위를 0으로 설정하면 된다.

  4) Loopback 인터페이스 설정

   - 라우터 인터페이스의 주소가 잦은 변경이 일어난다면 라우터 ID가 자주 변경되게 되므로 주변의 OSPF 라우터들이 정보를 수정해야 하는 일이 발생한다. 이를 막기 위한 인터페이스

   - Loopback 설정 시 인터페이스는 절대 다운되지 않는다.

   - 주소의 높고 낮음에 관계 없이 무조건 이 주소가 라우터 ID가 된다.

   - 이미 라우터 ID가 배포된 후라면 즉시 loopback 주소가 라우터 ID로 변경되지 않는다.

   * Router ID의 선출 방법

    - IP 주소 (가장 높은 ID)

    - Loopback 인터페이스 설정 유무)

5.4. OSPF의 링크 변화 업데이트

 1) 라우터가 처음 켜지거나 OSPF 라우팅이 새로 구성되면 멀티캐스트 주소인 224.0.0.6을 통해 Hello 패킷을 받고 이때 DR과 BDR의 주소를 알게 된다.

 2) 새로 들어온 라우터는 자신이 갖고 있는 링크 정보를 LSA(Link-State Advertisement)에 담아 모든 DR과 BDR에 전송한다.

  - 이 때 사용하는 멀티캐스트 주소는 224.0.0.6이며 이 과정을 LSU(Link State Update)라고 한다.

  - DR에 LSA가 도착하면 BDR은 자신의 타이머를 가동하고 DR이 이 정보를 다른 OSPF 라우터에게 전달을 기다린다.

 3) DR은 이 LSA 정보를 멀티캐스트 주소 224.0.0.5를 이용해서 다른 모든 OSPF 라우터에게 전송한 후 DR이 이 정보를 다른 OSPF 라우터들로부터 Ack을 받아 응답확인 한다.

 4) 이 때 타이머가 끝날 때까지 DR이 LSA 정보를 다른 라우터에게 전달하지 않는다면 BDR이 DR이 되고 Hello 패킷을 이용해서 BDR을 새로 선출하게 된다.

 5) 만약 OSPF 라우터에서 자신이 갖고 있는 링크가 끊기면 즉시 그 정보를 DR에게 알리고 DR은 그 LSA 정보를 모든 OSPF 라우터에게 전송한다. 새로운 정보를 받은 라우터들은 그 LSA 정보를 다시 가까운 네트워크 flood해서 네트워크에 대한 정보를 업데이트하게 된다.

 * 224.0.0.5 (OSPF를 지원하는 모든 라우터)

 * 224.0.0.6 (DR과 BDR에게)

5.5. OSPF의 네트워크 구성

OSPF설정.pkt

5.5.1 OSPF 라우팅 (실습)

 1) 라우터에 OSPF를 enable 한다.

  - router ospf process-id

   : 한 라우터에서 OSPF를 여러 개 돌릴 때 그 프로세스를 구별하기 위해 사용된다.

 2) OSPF에서 사용 할 네트워크를 정의한다.

  - network address wildcard-mask area area-id

   : Address :: 네트워크 주소

   : Wildcard-mask :: 네트워크 주소에 맞는 wildcard mask

   : Area-id 

    :: ospf가 동작하는 area의 id

    :: OSPF는 전체 OSPF영역을 작은 AREA 단위로 나누고 그 영역안에 있는 라우터 끼리만 우선 링크 정보를 업데이트하고 다른 area와의 통신은 영역 사이에 있는 라우터 (area Border Router)가 정보를 전달하도록 하는 방식

    :: 기본 백본 영역은 area 0이다.

5.5.2 Show 메시지 구성

 1) Ping 확인

 2) sh ip protocols

  : OSPF의 Administrative distance값이 110임을 알 수 있다.

  : Router ID [IP_Address]

  : Routing for Networks:

  :     [connected network-address] [wildcard-mask] [area] [area-id]

  : Routing Information Sources:

  :     Gateway            Distance                        Last Update

  :     [Router-id]         [administrative distance]    [duration time]

  : Distance: (default is 110)

 3) sh ip ospf database

  : Link ID         ADV Router        Age                    Seq#            Checksum Link count

  : [Router-id]    [            ]       [duration time]        [            ]     [          ]

5.6 OSPF 계층형 설계

 - 효율적 관리

 - LSA(Link-State Advertisement) 패킷 관리

용어	해설
Backbone Area (핵심)	- 모든 Area가 경유하는 Area  - area 0
ABR (Area Border Router)	- Backbone Area와 다른 Area 사이에서 LSA 광고를 중계  - Area 단위 에서의 경계에 있는 라우터
ASBR (AS Border Router)	- AS(Autonomous System: 자치 시스템)  - 외부 도메인 정보를 OSPF 도메인으로 LSA 광고 실시
Internal Router	- Area 내부에서 동작하는 일반 OSPF 라우터

종류	역할
Router0	Area 0지역은 Backbone Area로서 수행하여 서로 다른 Area를 중계하며 LSA 광고를 실시
Router1	ABR 라우터, Backbone area와 Area 10에 대한 LSA 광고를 중계
Router2	ABR 라우터, Backbone area와 Area 20에 대한 LSA 광고를 중계
Router3	내부 라우터, 같은 Area에게만 LSA 광고를 실시
Router4	ASBR 라우터, 외부 도메인정보(RIPv2)를 OSPF 도메인으로 LSA 광고를 실시

5.7 OSPF Multiple Area 실습

OSPF AREA.pkt

5.7.1 sh ip protocols

 - 라우터 ID확인

5.7.2. sh ip ospf neighbor

 - 이웃하는 Neighbor ID 확인

 - 해당 Neighbor 라우터의 Pri(우선순위) 확인

 - DR/BDR 확인 가능

5.7.3 sh ip ospf interface

 - 해당 인터페이스 구간의 영역 번호

 - Process-ID

 - 라우터 ID

 - 네트워크 유형

 - 링크 비용

5.7.4 sh ip route

5.7.5 sh ip ospf database