🌐 네트워크의 길잡이, 라우팅: 최적의 경로는 어떻게 찾을까? 8️⃣

🗺️ 라우팅: 최적의 경로를 찾아서

네트워크의 핵심은 바로 라우팅(Routing) 이다. 출발지에서 목적지까지 데이터를 어떤 경로로 보낼지 결정하는 과정으로, 컨트롤 플레인(Control Plane)에서 일어난다. 라우팅 알고리즘은 ‘좋은’ 경로, 즉 비용이 적거나, 가장 빠르거나, 덜 혼잡한 경로를 찾는 것을 목표로 한다.

라우팅 경로를 결정하는 컨트롤 플레인을 구성하는 방식은 크게 두 가지로 나뉜다.

• 라우터별 컨트롤 (Per-router control): 각 라우터가 서로 정보를 교환하며 독자적으로 라우팅 테이블을 계산한다. 분산 방식이라 유연하지만, 라우터 간 정보 동기화가 완벽하지 않을 수 있다. 가장 널리 쓰이는 방식!
• 중앙 집중형 컨트롤 (Logically centralized control): SDN(Software-Defined Networking) 컨트롤러라는 중앙 지휘소에서 모든 라우터의 테이블을 계산하고 배포한다. 일관성이 보장된다는 큰 장점이 있다.

1. 라우팅 알고리즘의 양대 산맥: LS vs DV

라우팅 알고리즘은 크게 링크 상태(Link State, LS) 와 거리 벡터(Distance Vector, DV) 방식으로 나뉜다.

Link-State (LS) 알고리즘

• 글로벌 정보: 모든 라우터가 전체 네트워크의 토폴로지(지도)를 다 알고 있다.
• 알고리즘: 각 라우터는 이 전체 지도를 바탕으로 다익스트라(Dijkstra) 알고리즘을 실행해 자기 자신으로부터 다른 모든 노드까지의 최단 경로를 계산한다.
• 대표 주자: OSPF

LS 방식은 모든 라우터가 완전한 정보를 가지고 계산하므로 비교적 안정적이지만, 링크 비용이 트래픽 양에 따라 계속 변하면 경로가 계속 바뀌는 진동(oscillation) 문제가 발생할 수 있다.

Distance-Vector (DV) 알고리즘

• 탈중앙화 정보: 각 라우터는 자신과 직접 연결된 이웃 라우터하고만 정보를 교환한다.
• “이웃 말만 믿기”: 라우터는 이웃이 알려주는 “목적지까지 이만큼 걸려”라는 거리 벡터(distance vector) 정보를 전적으로 신뢰하고, 이를 바탕으로 자신의 라우팅 테이블을 갱신한다.
• 알고리즘: 벨만-포드(Bellman-Ford) 알고리즘에 기반한다.
• 대표 주자: RIP, EIGRP

DV 방식은 구조가 간단하고 분산적이지만, “나쁜 소식”이 느리게 전파되는 Count-to-Infinity 문제에 취약하다. 예를 들어, 특정 경로의 비용이 급증했을 때, 라우터들이 서로 잘못된 정보를 계속 주고받으며 최적 경로를 찾는 데 아주 오랜 시간이 걸릴 수 있다. 😭

2. 인터넷의 라우팅: AS의 등장

실제 인터넷은 수십억 개의 장치가 연결된 거대한 네트워크라, 위에서 설명한 방식 그대로를 적용하기 어렵다. 그래서 인터넷은 자율 시스템(Autonomous System, AS) 이라는 단위로 묶어서 계층적으로 관리한다.

• AS (Autonomous System): 하나의 관리 주체가 운영하는 라우터들의 집합. (하나의 ‘도메인’처럼 생각할 수 있다)
• 내부 라우팅 (Intra-AS Routing): AS 내에서 경로를 결정하는 것. (e.g., OSPF, RIP)
• 외부 라우팅 (Inter-AS Routing): AS 간의 경로를 결정하는 것. (e.g., BGP)

OSPF: 가장 널리 쓰이는 내부 라우팅 프로토콜

OSPF(Open Shortest Path First) 는 현재 가장 널리 사용되는 LS 기반의 내부 라우팅 프로토콜이다.

• Open: 공공재로 개발되어 누구나 사용할 수 있다.
• 동작 방식: 각 라우터가 자신의 링크 상태(LS) 정보를 AS 내 모든 라우터에게 알리고(flooding), 전체 토폴로지 맵을 만든 뒤 다익스트라 알고리즘으로 최단 경로를 계산한다.
• 계층 구조: OSPF는 AS를 여러 area로 나누어 관리한다. 이를 통해 LS 정보가 넘쳐나는 것을 막고(flooding 범위를 area로 제한), 라우팅 계산의 부담을 줄여 성능을 향상시킨다. 👍

BGP: AS들을 연결하는 외부 라우팅 프로토콜

BGP(Border Gateway Protocol) 는 AS와 AS를 연결하는 인터넷의 사실상 표준 외부 라우팅 프로토콜이다.

• eBGP & iBGP: 이웃 AS로부터 경로 정보를 받는 eBGP와, 그 정보를 AS 내부 라우터들에게 전파하는 iBGP로 나뉜다.
• 경로 벡터 (Path Vector): BGP는 단순히 비용만 따지는 게 아니라, 목적지까지 거쳐가야 할 AS들의 목록(AS-PATH) 을 기반으로 경로를 결정한다.
• 정책 기반 라우팅: BGP의 가장 큰 특징은 정책(policy) 이 성능보다 우선될 수 있다는 점이다. 예를 들어, “A라는 회사의 AS는 절대 거치지 않겠다”와 같은 정책을 설정하여 라우팅 경로를 제어할 수 있다.

3. SDN: 네트워크를 프로그래밍하다

SDN(Software-Defined Networking) 은 네트워크 제어 방식을 혁신하는 새로운 패러다임이다. 기존에는 각 라우터가 알아서 경로를 계산했지만, SDN에서는 중앙 컨트롤러가 네트워크 전체를 지휘한다.

• Control/Data Plane 분리: 라우터는 데이터 전달(Data Plane)만 담당하는 단순한 스위치가 되고, 라우팅 계산 등 지능적인 역할(Control Plane)은 SDN 컨트롤러가 맡는다.
• 중앙 집중 제어: 컨트롤러가 전체 네트워크 상황을 보고 각 스위치의 동작 규칙(flow table)을 한 번에 결정하고 내려보낸다.
• 프로그래머블: 개발자는 컨트롤러의 API를 통해 라우팅, 부하 분산, 접근 제어 등 네트워크 동작을 마음대로 프로그래밍할 수 있게 된다! 💻

OpenFlow: SDN의 핵심 프로토콜

OpenFlow는 SDN 컨트롤러와 스위치(라우터)가 서로 통신하는 표준 방법을 정의한 프로토콜이다. 컨트롤러는 OpenFlow를 통해 스위치의 Flow Table을 수정하여 패킷을 어떻게 처리할지(전달, 폐기, 수정 등) 지시한다.

4. ICMP: 네트워크의 조용한 조력자

ICMP(Internet Control Message Protocol) 는 네트워크 장치들이 서로 오류 메시지나 제어 메시지를 주고받기 위해 사용하는 프로토콜이다. IP 계층 바로 위에서 동작하며, IP 데이터그램에 담겨 전달된다.

• 오류 보고: “목적지에 도달할 수 없음”, “TTL 만료” 등 라우팅 과정에서 발생하는 문제를 알려준다.
• 네트워크 진단: ping 명령어가 ICMP를 사용하여 특정 호스트가 살아있는지 확인하고, Traceroute는 ICMP의 TTL 만료 메시지를 이용해 목적지까지의 경로를 추적한다.

라우팅의 세계는 정말 복잡하지만, 덕분에 우리가 매일같이 인터넷을 안정적으로 사용할 수 있다는 사실이 새삼 놀랍다.