이번 포스팅에서는 다중 영역 OSPF에 대해 알아보겠습니다.

 

다중 영역 OSPF란?

OSPF(Open Shortest Path First)는 링크 상태 라우팅 프로토콜로,

네트워크 토폴로지를 효율적으로 관리하고 경로를 최적화하는 데 사용됩니다.

다중 영역 OSPF는 대규모 네트워크에서 발생하는 단일 영역 OSPF의 한계를 해결하기 위해

계층적 구조를 도입한 라우팅 프로토콜입니다.

 

 

다중 영역 OSPF의 필요성

단일 영역 OSPF는 중대형 네트워크에서 다음과 같은 문제를 유발합니다:

  1. 라우팅 테이블 크기 증가: 너무 많은 경로 정보가 라우터에 부담을 줍니다.
  2. 링크 상태 데이터베이스 부담: 네트워크의 완전한 토폴로지를 유지하는 데 과도한 자원을 소모합니다.
  3. SPF 계산 빈도 증가: 토폴로지 변화로 인해 계산이 자주 발생하여 성능이 저하됩니다.

 

계층적 라우팅

중대형 망을 관리하기 편한 작은 영역(Area)들로 나눠서, 세부적인 링크 상태 정보를

모든 라우터간에 일일이 교환하지 않고 요약해서 교환 할 수 있도록 합니다.

 

네트워크 또는 AS를 여러 영역으로 분할 함으로써 OSPF를 실행하고 있는

라우터들의 부담을 줄이면서 망을 확장할 수있 습니다.

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계층적 라우팅의 장점

 

1.  SPF 계산 빈도 감소

  • OSPF는 경로 정보 광고에 따른 과도한 트래픽을 방지하기 위해 네트워크를 여러 개의 영역으로 나누어 경로 정보의 광고를 제어합니다.
  • 각 영역의 세부적인 정보들은 각 영역 내로 한정되어 유지하며, 영역 내부에서 발생하는 모든 링크 상태 변화를 다른 영역의 라우터들에게 전달할 필요가 없습니다.
  • 즉 토폴로지 변화에 직접 영향을 받는 영역 내부의 라우터들에게만 전달되고 영역 내부에서만 SPF 재계산이 수행되게 됩니다.

2. 작은 라우팅 테이블

  • 라우터들은 영역 내부의 경로 정보들을 중점 관리하고, 다른 영역의 정보들은 경로 요약 기술을 이용하여 라우팅 테이블의 크기를 줄일 수 있습니다.

3. 경로 정보 교환으로 인한 오버헤드 감소

  • 영역 내부의 경로 정보들은 다른 영역으로 전달하고자 할 때 경로 정보를 요약 할 수 있습니다.
  • 이런 요약 경로 정보를 광고함으로써, 영역들 간에 주고 받는 경로 정보의 양을 줄이면서도 모든 네트워크를 연결된 상태로 유지 가능 합니다.

※ SPF(Shortest Path First)란?

SPF는 Shortest Path First의 약자로, 네트워크 라우팅 프로토콜에서 최적의 경로를 계산하는 알고리즘입니다. OSPF(Open Shortest Path First)에서 핵심적으로 사용되는 알고리즘으로, Dijkstra 알고리즘을 기반으로 동작합니다.

 

※ 오버헤드(Overhead)란?

오버헤드는 시스템, 네트워크, 소프트웨어 등에서 기능을 수행하기 위해 추가적으로 발생하는 부하를 의미합니다. 이는 데이터 처리, 통신, 계산 등을 수행하는 과정에서 직접적인 작업 이외에 필요한 추가적인 리소스 소모를 포함합니다. 네트워크에서 오버헤드는 주로 추가적인 트래픽, 계산 비용, 메모리 사용량 등을 나타냅니다.

 

OSPF 영역

1. 구성 원칙

  • OSPF 영역은 0 ~ (232-1)의 범위를 가집니다.
  • 여러 영역 중에 한 영역은 반드시 영역 0, 즉 백본(backbone) 영역으로 정의되어야합니다.
  • 단일 영역의 경우 영역 번호 0번만 사용합니다.
  • 다른 영역들은 백본 영역에 직접 연결되어야 합니다. 즉 모든 트래픽은 백본 영역을 통과해야만 합니다.

2. 종류

  • 영역은 크게 백본(backbone) 영역, 표준 영역, 특수 영역으로 나눌 수 있습니다.
  • 특수 영역은 스텁(Stub) 영역, 전체 스터비(Totally Stubby) 영역과 NSSA(Not So Stubby Area)가 있습니다.
  • 일반적으로 백본 영역과 표준 영역으로 OSPF 네트워크를 구축하며, 영역 간 정보 광고를 제한 하고자 할 때 특수 영역을 사용합니다.
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영역 종류 상세

 

1. 백본 영역(Backbone Area)

  • 다중 영역을 서로 연결할 때, 백본 영역은 다른 모든 영역들이 연결되는 중심이며, 백본 영역은 언제나 영역 0입니다.
  • 다른 모든 영역들은 경로 정보를 교환하기 위해 백본 영역과 연결되어야 하며, 백본 영역은 표준 영역의 특성을 모두 갖고 있습니다.

2. 표준 영역(Normal Area)

  • 내부의 라우터들이 다른 영역의 네트워크 뿐만 아니라 외부 네트워크에 대한 경로 정보까지 모두 알고 있는 영역

3. 스텁 영역(Stub Area) 

  • 내부의 라우터들이 OSPF 다른 영역에 존재하는 모든 네트워크에 대한 경로 정보를 알고 있지만 외부망에 대한 경로 정보는 알지 못하는 영역

4. 전체 스터비 영역(Totally Stubby Area)

  • 영역 내부의 라우터들은 자신이 속한 영역에 있는 네트워크에 대한 경로 정보만 알고 있으며 다른 모든 네트워크에 대해서는 디폴트 경로가 자동 생성됨

5. NSSA(Not So Stubby Area)

  • 스텁 영역은 외부망과 직접 연결될 수 없지만 특별히 외부망과 연결되어야 할 경우에 사용되는 특수 영역으로 스텁 영역과 동일한 특성을 가짐

 

 

OSPF 라우터 종류

 

내부 라우터(Internal Router) : R1, R2, R3, R5, R6, R8, R9, R10

백본 라우터(Backbone Router) : R4, R5, R6, R7

영역 경계 라우터(ABR) : R4, R7 

자율 시스템 경계 라우터(ASBR) : R7

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OSPF 라우터 종류 상세

 

1. 내부라우터 (Internal Router)

 정의 : 라우터의 모든 인터페이스가 같은 영역 내에 있는 경우 내부 라우터라고 함

 특징 : 내부 라우터들은 같은 영역 내에 있으므로 동일한 링크 상태 데이터 베이스를 가지고 있음

2. 백본 라우터(Backbone Router) 

 정의 : 백본 영역(Area 0)에 있는 라우터를 백본 라우터라고 함.

 특징 : 백본 라우터는 영영 0에 연결된 인터페이스를 적어도 하나 이상 가짐.

3. 영역 경계 라우터

 정의 : 2개 이상의 영역에 걸쳐있는 라우터를 ABR(Area Border Router) 이라고 합니다.

 특징 : 영역 간의 라우팅 정보를 요약하고, 영역 내부의 복잡성을 다른 영역으로 부터 숨김.

 역할

  • OSPF에서 사용되는 다양한 LSA를 처리합니다.
  • 라우팅 정보를 요약하여 라우팅 테이블 크기를 줄이고 네트워크 성능을 향상시킵니다.
  • OSPF에서 모든 영역은 반드시 Backbone Area(Area 0)와 연결되어야 하며, ABR은 이를 구현합니다.
  • 영역 간에 라우팅 정보를 주고 받을 때 내부 영역의 세부 정보를 숨겨 네트워크의 안정성과 보안을 높입니다.

4. 자율 시스템 경계 라우터 (ASBR : Autonomous System Boundary Router)

 정의 : RIP나 EIGRP와 같은 다른 라우팅 프로토콜을 사용하는 네트워크와 연결된 인터페이스를 가지고 있는 라우터

 역할 : ASBR은 외부망(다른 AS)의 라우터와 경로 정보를 교환함

 

LSA(LINK State Advertisement)의 종류

1. Router LSA

 

  • 생성자: 모든 라우터
  • 범위: 동일한 영역 내
  • 설명:
    • 라우터가 자신에게 연결된 모든 인터페이스, 네트워크, 및 직접 연결된 네이버(라우터)를 나타냅니다.
    • OSPF가 설정되면 자신의 모든 인터페이스와 메트릭 값 등의 정보를 다른 라우터에게 전송할 때 사용하는 LSA이며, 동일 영역 내의 모든 라우터에게 전송됩니다.
    • 네트워크의 전체 토폴로지를 파악하기 위해 가장 기본적인 LSA입니다.
  • 특징:
    • 영역 외부로 전달되지 않습니다.

2. Network LSA (Type 2)

  • 생성자: Designated Router (DR)
  • 범위: 동일한 영역 내
  • 설명:
    • DR이 멀티액세스 네트워크(예: 이더넷 네트워크)에서 자신과 연결된 라우터를 광고합니다.
    • 영역 내에서만 플러딩되고 이를 통해 학습된 경로 정보는 O로 표기됩니다.
    • DR 자신을 포함하여 특정 네트워크에 접속되어 있는 모든 라우터의 라우터 ID를 알리는 데 사용됩니다.
  • 특징:
    • Type 1 LSA와 결합하여 영역의 전체 네트워크 구조를 정의합니다.

3. Summary LSA (Type 3)

  • 생성자: ABR (Area Border Router)
  • 범위: 다른 영역으로 전송
  • 설명:
    • 내부와 외부의 영역 정보를 요약하여 전달합니다. 이 역할은 양방향으로 이루어집니다(내부↔외부)
    • 백본 영역에 걸쳐서 다른 ABR로 플러딩 됩니다.
    • 타입 3 LSA를 통하여 학습된 경로 정보는 IA로 표시됨
  • 특징:
    • 영역 간 라우팅 정보를 요약(summarization)하여 전송할 수 있습니다.

4. ASBR Summary LSA (Type 4)

  • 생성자: ABR
  • 범위: 다른 영역으로 전송
  • 설명:
    • ASBR (Autonomous System Boundary Router)의 라우터ID와 메트릭 값을 영역 내부로 전달합니다.
    • Type 5 LSA(외부 라우팅 정보)로의 경로를 제공하는 역할을 합니다.
  • 특징:
    • ASBR이 위치한 영역과 다른 영역에서 사용됩니다.

5. AS External LSA (Type 5)

  • 생성자: ASBR
  • 범위: OSPF 도메인 전체
  • 설명:
    • OSPF 외부의 네트워크(예: BGP, RIP)로부터 가져온 라우팅 정보를 광고합니다.
    • 주로 외부 경로 정보의 유통에 사용됩니다.
    • 타입 5 LSA를 통해 학습된 경로 정보는 E1이나 E2로 표기되며, 외부로 가는 디폴트 경로를 알려줄 때도 LSA 사용
  • 특징:
    • OSPF 도메인 전체로 전파됩니다.
    • Stub 영역에서는 차단되며, Totally Stubby 영역에서는 허용되지 않습니다.

6. NSSA External LSA (Type 7)

  • 생성자: NSSA 영역의 ASBR
  • 범위: NSSA 영역 내
  • 설명:
    • Type 5 LSA와 유사하지만, NSSA(Not-So-Stubby Area) 내에서만 사용됩니다.
    • Type 7 LSA는 NSSA 영역 밖으로 나갈 때 ABR에 의해 Type 5 LSA로 변환됩니다.
    •  타입 7 LSA를 통해 학습된 경로 정보는 N1이나 N2로 표기됨.
  • 특징:
    • NSSA 영역의 유연성을 제공하며, 외부 경로를 허용하면서도 Stub 영역의 특성을 유지합니다.

7. Link LSA (Type 8)

  • 생성자: OSPFv3에서만 사용
  • 범위: 동일한 링크(인터페이스)
  • 설명:
    • OSPFv3에서 라우터 인터페이스 간의 IPv6 링크 정보를 전달합니다.
    • 인터페이스의 IPv6 주소 및 링크 상태 정보를 공유합니다.

 

마무리

다음 포스팅에서는 다중영역 OSPF에 대해 실습을 해보겠습니다.

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