[컴퓨터 네트워킹 하향식 접근] 5. 네트워크 계층: 제어 평면

제어 평면(control plane) :  네트워크 전체를 아우르는 구성요소로서, 데이터그램이 출발지 호스트부터 목적지 호스트까지의 경로를 따라 어떻게 전달되어야 하는지, 그리고 네트워크 계층 구성요소와 서비스를 어떻게 설정하고 관리할지를 제어한다.

 

라우팅 알고리즘

송신자부터 수신자까지 라우터의 네트워크를 통과하는 좋은 경로를 결정하는 것이 목표이다. 

 

중앙 집중형 라우팅 알고리즘(centralized routing algorithm)

• 네트워크 전체에 대한 완전한 정보를 가지고 출발지와 목적지 사이의 최소 비용 경로를 계산한다. 
• 모든 노드는 네트워크 토폴로지(topology)와 링크 비용을 알고 있다. 
• 전체 상태 정보를 갖는 알고리즘을 링크 상태(link-state, LS) 알고리즘이라고 한다. 
  • 다익스트라 알고리즘(dijkstra's algorithm)

분산 라우팅 알고리즘(decentralized routing algorithm)

• 최소 비용 경로의 계산이 라우터들에 의해 반복적이고 분산된 방식으로 수행된다. 
• 각 노드는 자신에게 직접 연결된 링크에 대한 비용 정보만을 가지고 시작한다. 
• 반복적이고(iterative), 비동기적이며(asynchronous) 분산적(distributed)이다. 
• 분산 라우팅 알고리즘을 거리 백터(distance-vector, DV) 알고리즘이라고 한다. -> 각 노드가 네트워크 내 다른 모든 노드까지 비용(거리)의 추정값을 백터 형태로 유지한다. 
  • 벨만-포드(Bellman-Ford) 식

부하에 민감한 알고리즘(load-sensitive algorithm)

• 링크 비용은 해당 링크의 현재 혼잡 수준을 나타내기 위해 동적으로 변한다. 

 

인터넷에서의 AS 내부 라우팅 (intra AS)

자율 시스템(autonomous system, AS)으로 조직화하여 확장과 관리 자율성 문제를 해결할 수 있다. 

• 각 AS는 동일한 관리 제어하에 있는 라우터의 그룹으로 구성된다.
• 한 ISP의 라우터와 그들을 연결하는 링크가 종종 하나의 AS를 이룬다. 자율 시스템 내부에서 동작하는 라우팅 알고리즘을 AS 내부 라우팅 프로토콜(intra-autonomous system routing protocol)이라고 한다. 
• 명확한 라우팅 정책을 가지고 동일한 네트워크 관리 주체에 의해 관리되는 네트워크, 네트워크의 집합 또는 도메인(domain)

개방형 최단 경로 우선 프로토콜(Open shortest path first, OSPF)

• 링크 상태 정보를 플러딩(flooding)하고 다익스트라 최소 비용 경로 알고리즘을 사용하는 링크 상태 알고리즘이다. 

OSPF

• 단일 ISP 네트워크 내에서 동작하는 라우팅 프로토콜
• OSPF를 사용하는 라우터는 인접한 라우터만 아니라 자율 시스템 내의 다른 모든 라우터에게 라우팅 정보를 브로드캐스팅한다. 

 

인터넷 서비스 제공업자(ISP) 간의 라우팅 (inter AS)

인터넷의 모든 AS는 경계 게이트웨이 프로토콜(Border Gateway Protocol, BGP)이라고 불리는 동일한 AS 간 라우팅 프로토콜을 사용한다. 

 

⭐⭐⭐BGP⭐⭐⭐

• 인터넷의 모든 네트워크를 상호연결하는 역할을 하는 라우팅 프로토콜
• 거리 백터 라우팅과 비슷한 분산형 비동기식 프로토콜이다. 
• BGP 역할
  • 1. 이웃 AS를 통해 도달 가능한 서브넷 프리픽스 정보를 얻는다.-> 각 서브넷이 자신의 존재를 인터넷 전체에 알릴 수 있도록 함.
  • 2. 서브넷 주소 프리픽스로의 가장 좋은 경로를 결정한다. -> 최고의 경로는 도달 가능 정보뿐만 아니라 정책에 기반해서 결정된다. 
• BGP 속성
  • AS-PATH : 알림 메시지가 통과하는 AS들의 리스트
  • NEXT-HOP : AS-PATH가 시작되는 라우터 인터페이스의 IP주소이다. 
• policy-based routing
• Hot potato routing
  • 전체 경로 중에서 자기 AS 외부에서 얼마의 비용이 들지는 신경 쓰지 않고 오로지 자신의 AS 내부 비용만 줄이려는 이기적인 알고리즘

 

소프트웨어 정의 네트워크(Software-defined networking, SDN)

• 데이터 평면과 제어 평면을 명확히 분리하고 제어 평면 기능을 자신이 관리하는 라우터의 전달 기능 요소와 분리된 별도의 원격 컨트롤러 서비스에 구현한다. 
• 소프트웨어 기반의 중앙집중형 컨트롤러에 의해 유동적인 라우팅(routing), 부하 균형(load balancing) 및 접근 제어(access control)가 가능한 새로운 네트워크 구조

 

인터넷 제어 메시지 프로토콜(Internet Control Message Protocol, ICMP)

• 호스트와 라우터가 서로 간에 네트워크 계층 정보를 주고받기 위해 사용된다
• 가장 전형적인 사용 형태는 오류보고이다
• 구조적으로 IP 바로 위에 있다.(ICMP 메시지가 IP 데이터그램에 담겨 전송됨으로)
• IP 네트워크 관리의 기본 요소
• 라우터를 포함한 네트워크 장비가 제어 정보를 보낼 때 사용하는 프로토콜로서 주로 오류 보고(error reporting) 메시지를 보냄
• 오픈플로우(OpenFlow): SDN 컨트롤러와 스위치 간의 통신 규약을 정의하는 대표적 Application Programming Interface (API)

 

 

 

 

// TODO

flooding?