OSPF 이론 정리__[ GNS3 ]

 

OSPF란 무엇인가?

링크상태 라우팅 프로토콜의 대표적인 종류로, 네트워크의 구조를 정확하게 파악하여 목적지까지의 가장 효율적인 경로를 계산하는 프로토콜이다.

대규모 기업 네트워크나 데이터 센터에서 가장 널리 사용되는 '내부 라우팅 프로토콜'이며, '링크상태' 알고리즘을 사용하여 네트워크의 모든 정보를 파악한 뒤, 가장 빠른 길을 찾아내는 똑똑한 길잡이 역할을 한다.

 

OSPF를 사용하는 이유

복잡한 네트워크 환경에서도 효율적이고 안정적인 경로 선택을 가능하게 하는 링크 상태 라우팅 프로토콜이다.

 

1. 링크 상태 데이터베이스(LSDB)와 동일한 네트워크 맵 공유

OSPF의 가장 큰 특징은 각 라우터가 자신의 연결 정보를 담은 LSA를 생성하여 이웃에게 알린다는 점이다.

이 정보는 해당 영역(Area) 내의 모든 라우터에게 전달되어, 결과적으로 모든 라우터는 전체 네트워크 구조를 담은 동일한 LSDB를 갖게 된다.

 

2. 독릭적인 최적 경로 계산 (SPF 알고리즘)

모든 라우터는 공유된 LSDB(네트워크 지도)를 바탕으로 SPF알고리즘을 각자 실행하여 목적지까지의 최적 경로를 독립적으로 계산한다. 이를 통해 네트워크를 더 잘 이해하고 관리할 수 있지만, 정보를 다루는 양이 많아 CPU와 메모리 리소스 사용량이 높다는 특징이 있다.

 

3. 영역(Area) 분할을 통한 효율적 관리

네트워크 규모가 커지면 LSDB가 비대해지고 경로 계산에 많은 시간이 소모된다. 

OSPF는 이를 방지하기 위해 네트워크 여러 영역으로 나누어 관리한다.

 

4. DR 및 BDR 선발을 통한 트래픽 최적화

이더넷과 같은 브로드캐스트 네트워크 환경에서는 모든 라우터가 서로 LSA를 교화하면 트래픽이 과도하게 발생한다.

이를 최적화하기 위해 네트워크의 반장 역할을 하는 DR 과 부반장인 BDR을 선발한다.

* 일반 라우터들은 오직 DR/BDR과만 정보를 주고 받으며 네트워크 부하를 줄인다.

* 선발은 Priority 값이나 Router-ID 가 높은 순서대로 결정된다.

 

5. 대역폭 기반의 메트릭 : cost

OSPF는 경로의 우열을 가릴 때 Cost(비용) 이라는 메트릭을 사용한다.

* 계산 방식 : 기본적으로 참조 대역폭 / 인터페이스 대역폭 공식을 따른다.

* 기본 참조 대역폭은 100Mbps이므로, 기가비트 이상의 환경에서는 차별화를 위해 모든 라우터의 참조 대역폭을 동일하게 수정하거나 인터페이스에서 직접 Cost를 지정하여 관리하는 것이 좋다.

 

6. 빠른 수렴 시간

OSPF는 Hello 패킷(기본10초)을 교환하며 이웃 상태를 체크하고, Dead 주기(기본40초) 내에 응답이 없으면 즉시 변화를 감지하여 경로를 재계산한다. 이를 통해 네트워크 변화에 매우 신속하게 대응할 수 있다.

 

 

 

OSPF 동작 원리

 

1단계: 이웃 관계 형성 및 DR/BDR 선발

먼저 라우터는 Hellow 패킷을 교환하여 인접한 라우터를 찾고 이웃 관계를 맺는다.

세부 상태: Down → Init → 2-way 상태를 거친다.

 

DR/BDR 선발: 이더넷과 같은 브로드캐스트 네트워크에서는 효율적인 LSA 교환을 위해 DR과 BDR을 선발합니다

인접성 형성: 일반 라우터(DROther)는 모든 라우터와 정보를 주고받지 않고, 오직 DR/BDR과만 완전한 인접 관계를형성하여 네트워크 부하를 줄입니다.

 

 

2단계: LSA 교환 및 데이터베이스(LSDB) 동기화

이웃과 연결되면 각 라우터는 자신의 링크 상태 정보인 LSA를 생성하여 광고한다.

세부 상태: Exstart → Exchange → Loading 상태를 거친다.

플러딩(Flooding): LSA 정보는 영역(Area) 내의 모든 라우터에게 전달되어, 모든 라우터가 동일한 LSDB, 즉 전체 네트워크 지도를 갖게 된다.

동기화 유지: LSA는 30분의 Aging Time이 있으며, 시간이 지나거나 네트워크 변화가 생기면 다시 플러딩 되어 최신 상태를 유지하게 된다.

 

 

3단계: 최적 경로 계산 및 라우팅 테이블 등록

데이터베이스 동기화가 완료되면 각 라우터는 독립적으로 경로를 계산한다.

 

세부 상태: Full 상태에 도달한다.

SPF 알고리즘 실행: 공유된 LSDB 맵을 바탕으로 SPF알고리즘을 실행하여 각 목적지까지의 가장 짧은 경로를 찾아낸다.

 

메트릭 적용: 경로의 우열은 Cost(비용) 값을 기준으로 결정하며, 이 결과가 최종적으로 라우팅 테이블에 삽입되어 실제 데이터 전송에 사용된다.

 

효율적인 운영을 위한 추가 메커니즘

 

영역(Area) 분할: 네트워크 규모가 커지면 LSDB가 비대해지고 리소스 소모가 심해지므로, 이를 여러 영역으로 나누어 관리함으로써 경로 계산의 효율성을 높인다.

 

주기적인 상태 확인: Hello 주기(10초)와 Dead 주기(40초)를 사용하여 이웃 라우터의 생존 여부를 지속적으로 확인하고, 변화에 빠르게 반응한다.

 

멀티캐스트 주소 사용: 효율적인 정보 전달을 위해 일반 라우터는 224.0.0.6 주소로 DR/BDR에게 정보를 보내고, DR은 224.0.0.5 주소로 모든 라우터에게 업데이트를 전달한다.

 

 

 

OSPF의 7가지 상태 변화

라우터가 서로를 인식하고 정보를 완전히 공유하기까지 거치는 세부 단계.

1. Down: 아직 아무 정보도 주고받지 않은 상태.
2. Init: 상대방으로부터 Hello 패킷을 받은 상태.
3. 2-Way: 서로의 Hello 패킷에 각자의 ID가 확인된 상태. (DR/BDR 선출이 여기서 일어납니다.)
4. Exstart: 정보를 주고받기 위해 누가 주도권(Master/Slave)을 가질지 결정하는 상태.
5. Exchange: 데이터베이스의 요약본(DBD)을 주고받는 상태.
6. Loading: 요약본 중 나에게 없는 상세 정보를 요청(LSR)하고 전송(LSU)받는 상태.
7. Full: 모든 정보 동기화가 완료된 상태.

 

핵심 용어

Router ID : OSPF 네트워크 내에서 라우터를 식별하는 고유 이름

Area 0 : Backbone Area라고 불리며, 모든 다른 Area는 반드시 여기에 연결되어야 한다.

DR / BDR : 중복된 정보 교환을 줄이기 위해 선출된 반장과 부반장 라우터

Metric(cost) : 100bps / 대역폭으로 계산, 값이 작을수록 더 좋은 경로.