[네트워크/Cisco] 프로세스 통신 구조, RIP v2 및 OSPF 동적 라우팅 프로토콜 종합 분석

1. 네트워크 통신 및 데이터 캡슐화 원리

① 프로세스 간 통신 (IPC & Network Communication)

프로세스(Process): 메모리에 로드되어 실행 중인 프로그램(예: Chrome, PuTTY, WinSCP 등).
클라이언트 및 서버 프로세스:
- 클라이언트 프로세스: 엔드 유저가 필요할 때 실행하는 프로그램으로, OS로부터 임의의 포트 번호(1024번 이후의 동적 포트)를 할당받음.
- 서버 프로세스: 서비스 제공을 위해 고정된 Well-Known 포트 번호를 사용.
  - HTTP(80), SSH(22), FTP(21), Telnet(23)
소켓(Socket): IP 주소와 포트 번호(Port Number)가 결합되어 애플리케이션 간 통신 통로 역할을 수행.

② 계층별 데이터 캡슐화 및 ARP 계층 이동

다른 네트워크(1.1.1.3 $\rightarrow$ 2.1.1.3)로 데이터를 전송할 때의 캡슐화 과정:

Plaintext

[Application Data]
       ↓ (TCP 헤더 추가: 출발지/목적지 Port)
[Segment]
       ↓ (IP 헤더 추가: 출발지/목적지 IP)
[Packet / Datagram]
       ↓ (Ethernet 헤더 추가: 출발지/목적지 MAC)
[Frame]

ARP (Address Resolution Protocol):
- 브로드캐스트(FF:FF:FF:FF:FF:FF)를 기반으로 동작하므로 동일한 L2 브로드캐스트 도메인 내에서만 전달됩니다.
- 타겟 IP가 외부 네트워크에 위치한 경우, PC는 목적지 IP의 MAC 주소를 직접 찾을 수 없으므로 디폴트 게이트웨이(라우터 인터페이스)의 MAC 주소를 ARP로 조회하여 패킷을 게이트웨이로 전송합니다.
- 패킷이 라우터를 거쳐 이동하더라도 IP 데이터그램 헤더(IP 주소)는 유지되지만, L2 이더넷 프레임 헤더(MAC 주소)는 구간별로 계속 재작성됩니다.

2. L2 충돌 도메인 및 네트워크 장비 비교

더미 허브 (Dummy Hub):
- 수신한 신호를 물리적으로 연결된 모든 포트로 복사(Flushing)하여 전송.
- 모든 포트가 하나의 Collision Domain(충돌 도메인)에 속하므로 성능 저하 및 잡음 전파 발생.
스위칭 허브 (Switching Hub / L2 Switch):
- MAC 주소 테이블을 기반으로 Filtering & Forwarding 수행.
- 포트별로 충돌 도메인을 분리(Collision Domain 차단)하여 통신 효율을 극대화.

3. RIP v2 고급 설정 및 디폴트 경로(Default Route) 재분배

RIP v1의 한계를 극복하기 위해 Classless 라우팅을 지원하는 RIP v2를 사용하며, 불필요한 트래픽 차단(passive-interface) 및 인터넷 출구 지정을 위한 디폴트 정보 전달(default-information originate)을 적용합니다.

📌 RIP v2 / Loopback / Default Route 전체 설정 예시 (R2)

Plaintext

enable
conf t
hostname R2
no ip domain-lookup

! 1. 물리 인터페이스 IP 설정
interface g0/0
 ip address 2.2.2.1 255.255.255.0
 no shutdown

interface s0/0/0
 ip address 23.1.1.2 255.255.255.0
 no shutdown

interface s0/0/1
 ip address 12.1.1.2 255.255.255.0
 no shutdown

! 2. 가상의 인터넷(ISP) 라인 역할을 할 Loopback 인터페이스 생성
interface loopback0
 ip address 10.10.10.1 255.255.255.0
exit

! 3. 디폴트 정적 경로 생성 (외부 인터넷 방향)
ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 loopback0

! 4. RIP v2 동적 라우팅 및 설정
router rip
 version 2
 no auto-summary
 network 2.0.0.0
 network 12.0.0.0
 network 23.0.0.0
 ! PC가 연결된 방향으로는 RIP 라우팅 광고 패킷 전송을 차단
 passive-interface g0/0
 ! 생성된 Default Route 정보를 다른 RIP 라우터들에게 동적으로 전파
 default-information originate
end
copy running-config startup-config

4. OSPF (Open Shortest Path First) 프로토콜 메커니즘

링크 상태(Link-State) 라우팅 프로토콜:
- 대규모 네트워크(AS)를 효율적으로 관리하기 위해 Area 개념을 도입.
- Area 0 (Backbone Area): 모든 Area는 반드시 백본 에어리어(Area 0)에 물리적/논리적으로 연결되어야 함.
- ABR (Area Border Router): 서로 다른 Area 경계에 위치한 라우터.
- ASBR (Autonomous System Border Router): OSPF 망과 외부 망(EIGRP, BGP, Static 등)의 경계 라우터.

① 최적 경로 산출 기준 (Cost 계산)

RIP이 단순히 거치는 라우터 수(Hop Count)만 따지는 반면, OSPF는 링크 대역폭 기반의 Cost(비용)를 계산하여 최단 경로를 선택합니다.

$$\text{Cost} = \frac{\text{Reference Bandwidth (기본 } 100\text{ Mbps)}}{\text{Interface Bandwidth}}$$

Cost 값이 낮을수록 고속 대역폭을 의미하므로 해당 경로를 우선 선호합니다.

② 이웃 관계 및 역할 분담 (DR / BDR)

Neighbor 관계: 동일한 Area 내에서 Hello 패킷을 주고받아 인식된 이웃 라우터.
Adjacency (인접 관계): 실제 라우팅 정보를 교환하는 관계.
DR (Designated Router) / BDR (Backup Designated Router):
- 이더넷과 같은 Broadcast Multi-Access 네트워크에서 라우터 간 $N:N$으로 LSA 패킷이 과다 전송되는 현상을 막기 위해 대표 라우터(DR)와 부대표 라우터(BDR)를 선출.
- 일반 라우터(DROther)들은 DR/BDR하고만 인접 관계(Adjacency)를 형성하여 라우팅 정보를 교환함.

5. OSPF 기본 설정 실습 (Cisco IOS)

OSPF를 설정하는 방식에는 router ospf 모드에서 와일드카드 마스크를 사용해 선언하는 방식과 각 인터페이스에 직접 지명하는 방식 두 가지가 있습니다.

방법 1) Router Configuration 모드 (Wildcard Mask 사용)

Plaintext

! [R1 라우터 설정]
enable
conf t
hostname R1
no ip domain-lookup

interface g0/0
 ip address 1.1.1.1 255.255.255.0
 no shutdown

interface s0/0/0
 ip address 12.1.1.1 255.255.255.0
 no shutdown
exit

! OSPF 프로세스 ID 1 활성화 및 Router-ID 지정
router ospf 1
 router-id 1.1.1.1
 ! network [IP] [Wildcard Mask] area [Area-ID]
 network 1.1.1.1 0.0.0.0 area 0
 network 12.1.1.1 0.0.0.0 area 0
 passive-interface g0/0
end
copy run start

Plaintext

! [R2 라우터 설정]
enable
conf t
hostname R2
no ip domain-lookup

interface g0/0
 ip address 2.2.2.1 255.255.255.0
 no shutdown

interface s0/0/1
 ip address 12.1.1.3 255.255.255.0
 no shutdown
exit

router ospf 1
 router-id 2.2.2.1
 network 2.2.2.1 0.0.0.0 area 0
 network 12.1.1.3 0.0.0.0 area 0
 passive-interface g0/0
end
copy run start

방법 2) Interface 모드 직접 지정 방식

네트워크 명령 대신 인터페이스 내부로 들어가 OSPF Process와 Area를 직접 할당하는 간결한 설정 방식입니다.

Plaintext

! [R1 인터페이스 직접 할당 예시]
conf t
interface g0/0
 ip ospf 1 area 0

interface s0/0/0
 ip ospf 1 area 0
end

6. 핵심 요약 및 검증 명령어

passive-interface [인터페이스]: 사용자 PC가 위치한 포트로 불필요한 동적 라우팅 패킷(RIP/OSPF Hello 등)이 흘러나가는 것을 차단하여 대역폭 및 라우터 리소스를 절약합니다.
default-information originate: 라우터가 갖고 있는 쿼드 제로(0.0.0.0/0) 디폴트 경로 정보를 동적 라우팅 프로토콜(RIP, OSPF)을 통해 이웃 라우터들에게 자동으로 전파합니다.
주요 확인 명령어:
- show ip route: 생성된 라우팅 테이블 및 프로토콜 코드(R: RIP, O: OSPF, O*E2/S*: Default Route) 확인
- show ip ospf neighbor: OSPF 이웃 라우터 상태 및 DR/BDR 선출 현황 확인
- debug ip rip / no debug ip rip: RIP 업데이트 패킷 송수신 상태 실시간 모니터링 및 해제

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1. 네트워크 통신 및 데이터 캡슐화 원리

① 프로세스 간 통신 (IPC & Network Communication)

② 계층별 데이터 캡슐화 및 ARP 계층 이동

2. L2 충돌 도메인 및 네트워크 장비 비교

3. RIP v2 고급 설정 및 디폴트 경로(Default Route) 재분배

📌 RIP v2 / Loopback / Default Route 전체 설정 예시 (R2)

4. OSPF (Open Shortest Path First) 프로토콜 메커니즘

① 최적 경로 산출 기준 (Cost 계산)

② 이웃 관계 및 역할 분담 (DR / BDR)

5. OSPF 기본 설정 실습 (Cisco IOS)

방법 1) Router Configuration 모드 (Wildcard Mask 사용)

방법 2) Interface 모드 직접 지정 방식

6. 핵심 요약 및 검증 명령어

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