루핑 해결 방법 - luping haegyeol bangbeob

왜 Network Looping이 일어나는것인가!?

공부(네트워크)/네트워크(Theory) 2016. 1. 27. 11:48

ㅇ 루프 (Loop)

     - 하나의 노드에서 시작해서 다시 그 노드로 끝나는 순환되는 경로

        . 시작과 끝 점이 만나는 형상

           .. 이 때 각 노드는 한번 이상 거쳐서는 안됨 

ㅇ 루핑 (Looping)

     - 끊임없이 순환되는 현상

1. 스위칭 루프(Switching Loop)

Broadcast 패킷이라는것을 안 스위치가 자신의 Table에 없거나, 

멀티캐스트 주소이거나 브로드캐스트 주소인 경우에는 들어온 포트를 제외한 모든 port에 Flooding!

이것을 반복하여 뱅뱅돌게되면 Looping이 생겨 Network가 마비된다.

스위칭 루프의 영향

ㅇ 브로드캐스트 폭풍(Broadcast Storm) 발생

     - ARP 등 브로드캐스트성 프레임이 루프를 타고 연이어 돌게됨

ㅇ 중복 수신(Multiple Frame Copies)

     - 시계 방향과 그 반대 방향으로 도는 프레임 모두 중복되어 수신

ㅇ MAC 주소 테이블의 불안정 초래

     - 프레임이 계속 돌기 때문에 확정적인 MAC 주소 테이블을 정할 수 없음

Looping 방지법

1. 목적지의 경로 설정

2. Looping을 막아주는 알고리즘 설정(STP)

<STP>

2. 라우팅 루프(Routing Loop)

  ㅇ 2 이상의 라우터들이 동일 목적지 네트워크 경로에 대해 부정확한 라우팅 정보를 가질때 발생

     - 패킷이 목적지를 찾지 못하고 끊임없이 순환(Looping)하는 현상

  ㅇ 이 현상은 각 라우터의 Convergence time의 차이로 인해 발생

라우팅 루핑의 방지 기술들

   ㅇ 최대 홉 수의 제한

      - Metric이 최대의 값을 가지고 있다는 Infinity 선언 

   ㅇ Triggered Update

      - 업데이트 주기 이전에라도 나쁜 소식은 즉시 전파

         . 전체 라우팅 정보를 주기적으로 전달하지 않고, 

         . 변화된 네트워크 만 라우팅 업데이트

   ㅇ Holddown Timer

      - 나쁜 경로에 대해 일정 시간 동안 동일한 경로에 대해 새 소식이 전해지더라도 일정기간 동안 이를 무시

   ㅇ Split Horizon

      - 어떤 링크에서 받은 업데이트 정보에서 배운 네트워크에 대해서는 그 링크쪽으로 라우팅 정보를 다시 전파하지 않음

   ㅇ Poison/Poison Reverse 

      - 네트워크 다운시 이를 Infinity 선언하면서 상호교신

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Looping, network, 네트워크, 라우팅루프, 루핑, 스위칭루프

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이번 글에서는 루핑과 스패닝 트리 알고리즘에 대해 다루겠습니다. 결론부터 말하면, 루핑을 해결하기 위해 스패닝 트리 알고리즘이 도입되었습니다. 둘을 알고 가기 전에 우선 간단히 네트워크 용어 두개를 알아보고 가겠습니다.

∙ 폴트 톨러런트 (Fault tolerant)

폴트 톨러런트란 네트워크 상에 어떤 문제가 발생할 때를 대비하여 미리 장애 대비를 해놓는 것을 의미합니다.

예를 들어 피시방의 모든 컴퓨터가 하나의 라우터와 연결되어 있는데, 이 라우터가 고장나게 되면 모든 컴퓨터가 인터넷에 접속할 수 없게 됩니다. 따라서 라우터를 미리 두 대로 네트워크를 구성한 후 한 대가 죽었을 때 자동으로 다른 라우터가 기존의 라우터 역할을 수행하는 것입니다. 이렇듯 폴트 톨러런트란 대부분 이중 구조를 의미하고 전체 네트워크가 하나의 지점의 장애로 영향을 받는것을 방지하기 위한 대책입니다.

∙ 로드 밸런싱 (Load balancing)

길을 분산시키는 작업입니다. 인터넷 회선 하나보다 인터넷 회선 두 개를 사용해 데이터들이 두 라인 중 하나를 선택해서 이용하게끔 하는 방법입니다. 그러다가 회선 하나가 끊어지면 다른 회선으로 이전할 수 있게 되는데, 이럴 경우 로드 밸런싱과 폴트 톨러런트를 겸하게 됩니다,

루핑 (Looping)

루핑은 같은 네트워크 안에서 하나의 호스트가 다른 호스트 까지 이동하는 데 있어 경로가 두 가지 이상 있다면 발생하는 현상입니다.

이때 이 현상의 근본 원인은 브리지/스위치에 목적지까지의 경로가 두 개 이상 존재하면 반드시 루핑이 발생하기 때문입니다.

(이더넷의 기본 성격이 붙어있는 모든 장치들에게 프레임을 전달하는 것이고, 브리지/스위치는 필터링과 플로딩의 기능이 있기 때문이죠)

두 호스트 사이에 브리지/스위치가 두 개 이상 생기게 되면 브리지/스위치는 두 호스트간의 통신에 있어 목적지 까지의 경로가 두 개 이상 존재하게 되는 것이죠 ( 같은 네트워크 상이므로 두 브리지/스위치도 서로 연결되어 있기 때문입니다. ) 보통 이런 경우는 로드 밸런싱 처럼 두 개의 경로를 이용하다가 하나의 경로가 끊어져도 다른 경로로 통신이 가능하게(또한 이는 폴트 톨러런트) 하기 위한 과정인데, 아무런 대안이 없는 상황이라면 무조건 루핑이라는 것이 발생하게 됩니다.

좀 더 들어가자면 이 루핑은 스위치/브리지가 두가지 경로 이상으로 연결되어 있으면 발생한다고 보시면 됩니다. (건너 건너 연결되어 있는 방식 포함입니다.) -> 이더넷의 쉐어드 방식 때문

스패닝 트리 알고리즘 (Spanning Tree Algorithm)

그럼 이 폴트 톨러런트와 로드 밸런싱을 가능케 할 수 있는 그 루핑의 대안이 바로 스패닝 트리 알고리즘 입니다. 스패닝 트리 알고리즘은 자동으로 루핑을 검색해서 루핑이 발생할 수 있는 상황을 미리 막아주는 역할을 합니다. 그 뜻이 과연 무슨뜻일까요? 바로 경로가 여러개라면 하나로 줄이는 것이겠죠? 맞습니다. 스패닝 트리 알고리즘은 스위치/브리지에서 발생할 수 있는 루핑을 미리 막기 위해 두 개 이상의 경로가 발생하면 하나를 제외하고 나머지 경로를 자동으로 막아두었다가 만약 기존 경로에 문제가 생기면 막아놓은 경로를 풀어서 데이터를 전송하는 알고리즘입니다.

이 때, 한 개의 링크가 끊어져서 다른 링크가 다시 살아나서 연결을 해주는데 걸리는 시간은 약 1분 이상입니다. 그러므로 사용자들이 1분 이상을 네트워크가 끊어진 상태로 기다려야만 하는 문제가 생깁니다. 이 점을 보완하기 위해 만들어진 기술이 있는데 바로 업링크 패스트(Uplink Fast) 라는 기술입니다, 이는 링크의 복구 시간이 1분 이상 걸리는 것을 2~3초 안에 가능하도록 만든 기술입니다.

또한 시스코의 이더 채널(Ether-Channel) 기술은 여러 개의 링크가 마치 하나의 링크처럼 인식되게 하여 스패닝 트리의 시간적 단점을 보완합니다. 요즘의 스위치들은 이런 기능들을 가지고 스패닝 트리 알고리즘의 약점들을 보완하고 있습니다.

출처 - '후니의 쉽게 쓴 네트워킹'

+ Fault Tolerant의 개념

Fault Tolerant 목적 하에 라우터를 두 대 네트워크에 구성해놨을 때,

1. 처음부터 두 대 모두 작동하는가.

2. 아니면 한 대만 작동되다가, 그게 고장나면 다른게 작동하는가.

-> 다들 전자로 알고 있는데, 알아보니 후자인듯.

참고

techdocs.broadcom.com/us/en/ca-enterprise-software/it-operations-management/performance-management/3-5/administrating/fault-tolerance.html

www.researchgate.net/figure/Mutually-backup-between-Fault-Tolerance-TCP-running-on-Active-Node-and-Standby-Node_fig4_4042587