[Network] 라우터 (Router) 의 동작 방식

라우터는 와이파이를 설치하거나 신호를 잡을 때 등, 일상에서도 흔히 사용되는 용어라 낯설지 않은 감이 있다. 하지만 라우터가 무엇인지, 어떤 역할을 하는지 구체적으로 알아보려면 네트워크의 개념과 원리를 잘 알아두어야 한다. 

 

✨  라우터

라우터는 OSI 7 계층의 3계층 (Network Layer) 에서 동작하는 장비이다. 주요 역할은 패킷의 목적지 IP 주소를 확인하고, 해당 주소의 경로를 지정해주는 것이다. 라우터마다 여러 경로 정보를 가지고 있는데, 들어오는 패킷이 어떻게 하면 최적의 경로로 목적지까지 도달할지 파악하여 포워딩한다. 이를 위해 라우터는 다양한 경로 정보를 수집하며, 라우팅 테이블에 저장한다. 

 

예를 들어 호스트 A 에서 호스트 B 까지 인터넷을 통해 데이터를 전달한다고 하면, A 와 B 사이에 있는 라우터가 구체적인 경로를 지정해주게 된다. 이 때, 패킷은 A 와 B 의 모든 계층을 거치지만, 라우터는 3계층 장비이기 때문에 라우터의 1~3 계층만 거친다. 

 

❗ 깊이 파고들면 라우터와 3계층 스위치는 다른 장비이지만, 기술 발달로 인해 이 둘을 구분하기가 점점 어려워지는 추세이다. 따라서 라우터에 대한 설명이 3계층 스위치에도 동일하게 적용된다. 

 

✨  패킷 라우팅 방식

라우터가 패킷을 라우팅하는 방식은 경로 지정, 브로드캐스트 컨트롤, 프로토콜 변환으로 나누어 볼 수 있다. 

 

 

📍 경로 지정

 

앞서 언급했듯 라우터는 경로 정보를 모아 라우팅테이블을 만든다. 그리고 패킷이 들어옴녀 패킷의 도착지 IP 를 확인하여 경로를 지정한다. IP 주소 체계 관련 글에 다뤘듯, IP 주소는 네트워크 주소와 호스트 주소로 나뉘어 있으며 네트워크 주소를 기반으로 경로를 찾아갈 수 있다. 

 

경로를 지정하고 패킷을 포워딩하는 라우터의 역할도 두 가지로 세분화해서 볼 수 있다. 

 

1. 경로 정보 얻는 역할

- 다이렉트 커넥티드: IP 주소를 입력할 때 자연스럽게 인접 네트워크 정보를 자동으로 얻는 방법

- 스태틱 라우팅: 관리자가 직접 정보 (목적지 네트워크과 넥스트 홉) 를 입력하는 방법

- 다이나믹 라우팅: 라우터끼리 정보를 교환하는 방법 

 

라우팅 테이블의 구성 요소: 목적지와 넥스트 홉 

 

2. 패킷을 포워딩하는 역할 

- 라우팅 테이블을 확인해 패킷의 IP 주소에 맞는 넥스트 홉을 찾아 포워딩

- 패킷의 출발지는 고려하지 않음 

 

패킷은 하나의 라우터만 거쳐 목적지에 도달하는 것이 아니라, 여러 개의 라우터를 통하게 된다. 따라서 하나의 라우터는 목적지까지의 모든 경로를 지정해주는 대신 가장 인접한 라우터까지의 경로를 지정하는 방식을 사용한다. 

💡 네트워크를 한 단계씩 뛰어넘으며 전달된다고 하여 이를 홉-바이-홉 (Hop-by-Hop) 라우팅이라고 부른다. 

💡 라우팅 테이블에서의 넥스트 홉 (Next Hop) 은 가장 인접한 라우터를 의미한다. 

 

넥스트 홉을 지정하기 위한 방법은 세 가지가 있다. 

1. 다음 라우터의 IP 주소 지정 : 일반적인 방법

2. 라우터의 나가는 인터페이스 지정 : 넥스트 홉 라우터의 IP 주소를 모르고, MAC 만 아는 경우 활용

3. 1, 2 를 동시에 지정 

 

 

📍  브로드캐스트 컨트롤

 

라우터의 주요 특징 중 하나는 분명한 도착지 정보가 있을 때만 통신을 허락한다는 것이다. 즉, 라우터로 들어온 패킷의 목적지 주소가 라우팅 테이블에 없으면 패킷을 바로 버린다. (목적지가 없으면 모든 포트에 패킷을 전송하는 2계층 스위치와의 가장 큰 차이점이다.)

 

라우터는 멀티캐스트 정보를 습득하지 않고 브로드캐스트 패킷을 전달하지 않는다. 이러한 기능 덕분에 패킷이 다른 네트워크로 전달되지 않는다. 브로드캐스트의 경우, 네트워크 분할을 통해서도 네트워크의 성능을 높일 수 있다. 

 

💡 브로드캐스트는 1:모든 통신 (동일 네트워크에 존재하는 모든 호스트가 목적지)

💡 멀티캐스트는 1:그룹 통신 (하나의 출발지에서 다수의 지정된 목적지)

 

📍  프로토콜 변환 

 

패킷이 라우터에 들어오면 라우터는 2계층까지 헤더 정보를 벗겨내고 3계층 주소를 확인한다. 이후, 2계층 헤더 정보를 새로 입혀 외부로 내보낸다. 이 기능을 이용하면 라우터는 서로 다른 포로토콜로 구성된 네트워크를 연결할 수 있다. 가령, LAN 에서 사용하는 프로토콜과 WAN 에서 사용하는 프로토콜은 다른데, 이 두 네트워크의 연결을 위해 라우터가 LAN 기술을 WAN 기술로 변환하기도 했다. 

 

💡  LAN (Local Area Network) 은 사용자가 포한된 지역 네트워크를 의미한다. 집에서 컴퓨터-전화기-프린트 등을 공유기를 통해 연결한 경우, LAN 응 이용한다. 이더넷 프로토콜을 사용한다.

💡  WAN (Wide Area Network) 는 LAN 과 LAN 사이를 구성하는 네트워크이다. 집에서 외부 인터넷망에 접속하고자 하는 경우, ISP (Internet Service Provider) 업체에서 설치해준 LAN 선을 사용하여 ISP 네트워크망에 접속한다. 

 

 

 

 

✨  참고자료

• IT 엔지니어를 위한 네트워크 입문 (길벗)
• LAN, WAN 의 정의와 차이점