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AODV

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목차

1. 개요

AODV(Ad-hoc On-Demand Distance Vector)는 애드혹 네트워크에서 데이터를 전송하기 위한 라우팅 프로토콜이다. AODV는 라우팅 경로를 필요로 할 때 경로를 탐색하며, 경로 요청(RREQ), 경로 응답(RREP), 경로 오류(RERR) 메시지를 사용하여 작동한다. AODV는 메모리 사용량이 적고, 이미 설정된 경로에서는 트래픽을 발생시키지 않는 장점이 있지만, 경로 설정에 시간이 걸리고, 오래된 경로 정보로 인해 일관성이 없는 경로가 형성될 수 있다는 단점도 있다.

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AODV
프로토콜 개요
명칭애드혹 온디맨드 거리 벡터 라우팅
약칭AODV
목적모바일 노드 무선 네트워크를 위한 유니캐스트 라우팅 프로토콜
개발자Charles Perkins & Elizabeth Belding
발표일1999년
기반 프로토콜(제공된 정보 없음)
영향 받은 프로토콜(제공된 정보 없음)
OSI 계층(제공된 정보 없음)
포트(제공된 정보 없음)
RFCRFC 3561
하드웨어(제공된 정보 없음)

2. 작동 방식

AODV(Ad hoc On-demand Distance Vector|애드혹 온디맨드 디스턴스 벡터eng)는 애드혹 네트워크 환경을 위해 설계된 주문형(on-demand) 라우팅 통신 프로토콜이다.[1] IETF의 RFC 3561에 정의되어 있으며, 라우팅에 필요한 메모리 사용량을 줄이고 네트워크 부하를 최소화하는 것을 목표로 한다.[1] AODV는 노드가 실제로 데이터를 전송해야 할 필요가 있을 때만 목적지까지의 경로를 탐색하므로, 평상시에는 라우팅 관련 트래픽 발생이 적어 네트워크 자원을 효율적으로 사용할 수 있다.[1]

데이터를 전송하려는 노드(소스 노드)가 목적지까지의 유효한 경로를 모르는 경우, AODV는 경로 탐색 과정을 시작한다. 이 과정은 주로 세 가지 유형의 제어 메시지를 사용한다:[2]


  • '''경로 요청 (RREQ, Route Request)''': 소스 노드가 목적지 경로를 찾기 위해 네트워크에 브로드캐스트하는 메시지이다.[1][2]
  • '''경로 응답 (RREP, Route Reply)''': 목적지 노드 또는 목적지까지의 유효한 경로를 아는 중간 노드가 RREQ에 대한 응답으로, RREQ가 전달된 역방향 경로를 따라 소스 노드에게 보내는 메시지이다.[1][2]
  • '''경로 오류 (RERR, Route Error)''': 기존 경로상의 링크가 끊어졌을 때, 이를 해당 경로를 사용하는 노드들에게 알리기 위해 전파되는 메시지이다.[2]


이러한 라우팅 메시지들은 일반적으로 UDP 패킷을 통해 전송되므로, AODV는 인터넷 프로토콜(IP) 위에서 동작한다.[2]

AODV의 핵심 특징 중 하나는 시퀀스 번호(Sequence Number)의 사용이다. 각 노드는 고유한 시퀀스 번호를 유지하며, 이 번호는 시간이 지남에 따라 단조적으로 증가한다.[1] 시퀀스 번호는 경로 정보의 최신성을 판단하고 라우팅 루프가 발생하는 것을 방지하는 데 사용된다. 노드는 수신한 경로 정보의 시퀀스 번호를 자신이 기존에 알고 있던 시퀀스 번호와 비교하여 더 최신 정보일 경우에만 라우팅 테이블을 갱신한다.[3] 라우팅 테이블에는 일반적으로 목적지 주소, 다음 홉(hop) 주소, 목적지 시퀀스 번호, 홉 수(거리) 등의 정보가 저장된다.[1]

AODV는 동적 소스 라우팅(DSR)과 같은 다른 주문형 라우팅 프로토콜과 비교되기도 한다. 가장 큰 차이점은 라우팅 정보 저장 방식에 있다. DSR은 데이터 패킷 자체에 출발지부터 목적지까지의 전체 경로 정보를 포함시키는 소스 라우팅 방식을 사용한다. 반면, AODV에서는 각 노드(송신 노드 및 중간 노드)가 자신의 라우팅 테이블에 해당 목적지로 가기 위한 다음 홉(next hop) 정보만을 저장하고, 데이터 패킷에는 전체 경로가 포함되지 않는다.[3]

2. 1. 경로 탐색 과정

AODV는 애드혹 네트워크에서 노드가 데이터를 전송해야 할 때, 즉 필요할 때만 목적지까지의 경로를 찾는 온디맨드(on-demand) 라우팅 통신 프로토콜이다. 기존에 사용하던 유효한 경로가 있다면 그 경로를 사용하지만, 그렇지 않으면 새로운 경로 탐색 과정을 시작한다. 이 과정은 주로 세 가지 유형의 메시지를 사용한다: 경로 요청(RREQ, Route Request), 경로 응답(RREP, Route Reply), 경로 오류(RERR, Route Error). 이 메시지들은 일반적으로 UDP 패킷으로 구현되어 인터넷 프로토콜(IP) 위에서 동작한다.

경로 탐색은 데이터를 보내려는 소스 노드가 목적지 경로를 모를 때 시작된다. 소스 노드는 RREQ 메시지를 네트워크 전체로 퍼뜨린다(브로드캐스트). RREQ 메시지는 이웃 노드들에게 전달되고, 이 노드들은 다시 자신의 이웃 노드들에게 RREQ를 전달한다. 각 노드는 고유한 시퀀스 번호(Sequence Number)를 유지하며 시간이 지남에 따라 단조적으로 증가시킨다. 이 시퀀스 번호는 경로의 최신성을 판단하고 라우팅 루프 발생을 방지하는 데 중요한 역할을 한다. RREQ 메시지에는 다음과 같은 주요 정보가 포함된다:

  • 송신원 식별자 (SrcID) 및 IP 주소
  • 전송 대상 식별자 (DestID) 및 IP 주소
  • 송신원 시퀀스 번호 (SrcSeqNum)
  • 전송 대상 시퀀스 번호 (DestSeqNum): 목적지 노드가 가장 최근에 생성한 시퀀스 번호로, 경로의 최신성을 나타내는 핵심 정보이다. AODV는 이 DestSeqNum을 사용하여 해당 목적지에 대한 가장 최신 경로를 식별한다.
  • 브로드캐스트 식별자 (BcastID): 소스 노드가 RREQ를 보낼 때마다 증가하는 고유 번호로, SrcID와 함께 중복 RREQ를 식별하는 데 사용된다.
  • 수명 (TTL, Time To Live): RREQ 메시지가 네트워크 내에서 전달될 수 있는 최대 홉(hop) 수를 제한하여 불필요한 네트워크 자원 소모를 막는다.


RREQ를 수신한 중간 노드는 먼저 자신이 이전에 동일한 RREQ(동일한 SrcID와 BcastID 조합)를 처리했는지 확인하고, 중복된 경우 폐기한다. 처음 받은 RREQ라면, 해당 RREQ를 보낸 이전 홉 노드로 돌아가는 역방향 경로(reverse path) 정보를 자신의 라우팅 테이블에 기록한다. 이 정보에는 이전 홉의 주소, 목적지(소스 노드) 주소, 홉 수, 그리고 RREQ에 포함된 DestSeqNum 등이 포함될 수 있다.

그 후, 중간 노드는 자신이 목적지 노드인지 확인한다. 만약 목적지 노드라면 RREP 메시지를 생성하여 응답한다. 목적지 노드가 아니더라도, 해당 목적지까지의 '신선한(fresh)' 경로 정보를 가지고 있다면 RREP를 생성하여 응답할 수 있다. 여기서 '신선한' 경로란, 중간 노드가 알고 있는 목적지 시퀀스 번호(자신의 라우팅 테이블에 저장된 DestSeqNum)가 RREQ에 포함된 DestSeqNum보다 크거나 같은 경우를 의미한다. 만약 중간 노드가 목적지 노드도 아니고 신선한 경로 정보도 없다면, RREQ의 TTL 값을 1 감소시킨 후 유효한 TTL 값(0보다 큰 경우)을 가진 RREQ를 자신의 이웃 노드들에게 다시 브로드캐스트한다.
RREP 메시지는 RREQ가 전달되었던 역방향 경로를 따라 RREQ를 요청한 소스 노드에게 유니캐스트 방식으로 전달된다. RREP가 중간 노드를 거쳐 소스 노드로 전달될 때, 각 중간 노드는 RREP를 보낸 다음 홉 노드로 가는 순방향 경로(forward path) 정보를 자신의 라우팅 테이블에 기록하거나 갱신한다. 이 정보에는 다음 홉 주소, 목적지 주소, 홉 수, 목적지 시퀀스 번호 등이 포함된다. 이를 통해 중간 노드들도 목적지로 가는 경로를 학습하게 된다.

소스 노드는 하나 이상의 RREP 메시지를 수신할 수 있다. RREP를 받으면 해당 경로 정보를 라우팅 테이블에 저장하고, 이 경로를 통해 목적지 노드로 데이터 패킷 전송을 시작한다. 만약 여러 개의 RREP를 받았다면, 일반적으로 가장 최신 DestSeqNum을 가진 경로를 우선 선택한다. DestSeqNum이 같다면 홉 수가 가장 적은 경로를 선택하여 사용한다.

경로가 확립된 후 통신 중에 링크가 끊어지면, 링크 단절을 감지한 노드는 RERR 메시지를 생성한다. 이 메시지는 해당 끊어진 링크를 사용하던 경로상의 이전 홉 노드들에게 전달된다. RERR 메시지를 받은 노드는 자신의 라우팅 테이블에서 해당 경로를 무효화하고, 필요한 경우 다시 RERR 메시지를 자신의 이전 홉 노드들에게 전파한다. 결국 RERR 메시지는 해당 경로를 사용하던 소스 노드까지 전달될 수 있으며, 소스 노드는 경로가 끊어졌음을 인지하고 필요하다면 새로운 경로 탐색을 시작할 수 있다.

만약 소스 노드가 RREQ를 보낸 후 일정 시간 동안 RREP를 받지 못하면, 경로 탐색이 실패한 것으로 간주한다. 이 경우, AODV는 이진 지수 백오프(binary exponential backoff) 메커니즘을 사용하여 재시도 간격을 점차 늘려가며 RREQ를 다시 브로드캐스트할 수 있다. 이는 네트워크 혼잡을 피하기 위한 조치이며, 재시도 횟수에는 제한이 있다.

AODV는 동적 소스 라우팅(DSR)과 같은 다른 온디맨드 라우팅 프로토콜과 유사하지만 중요한 차이점이 있다. DSR은 데이터 패킷 자체에 목적지까지의 전체 경로 정보를 포함시키는 소스 라우팅 방식을 사용한다. 반면, AODV에서는 소스 노드와 중간 노드들이 각자의 라우팅 테이블에 다음 홉(next hop) 정보만을 저장하고, 데이터 패킷에는 전체 경로 정보가 포함되지 않는다. 또한 AODV는 DestSeqNum을 사용하여 경로의 최신성을 보장하는 메커니즘을 가지고 있다.

2. 2. 경로 최적화

AODV(Ad hoc On-demand Distance Vector)는 애드혹 네트워크에서 노드가 데이터를 전송해야 할 때 라우팅 경로를 동적으로 찾는 통신 프로토콜이다.[1][2] 기존에 사용했던 유효한 경로가 있다면 해당 경로를 재사용하지만, 그렇지 않거나 경로가 끊어진 경우 새로운 경로 탐색 절차를 시작한다.[1]

경로 탐색은 소스 노드가 RREQ(Route Request) 메시지를 네트워크에 브로드캐스트하는 것으로 시작된다.[1][2] RREQ 메시지를 수신한 중간 노드들은 이 메시지를 자신의 이웃 노드들에게 다시 전달하며, 메시지를 보낸 노드 방향으로의 역방향 경로를 기록한다. 이 과정은 RREQ 메시지가 목적지 노드나 목적지까지의 경로를 이미 알고 있는 중간 노드에 도달할 때까지 계속된다.[1][2]

목적지 노드 또는 경로 정보를 가진 중간 노드는 RREP(Route Reply) 메시지를 생성하여 RREQ 메시지가 전달된 역방향 경로를 따라 소스 노드로 전송한다.[1][2] 소스 노드는 수신된 RREP 메시지를 통해 경로를 확인하고, 홉 수가 가장 적은 경로를 선택하여[2] 해당 경로를 통해 데이터를 목적지 노드로 전송하기 시작한다. 사용되지 않는 라우팅 테이블 항목은 일정 시간이 지나면 삭제되어 재사용된다.[2]

만약 데이터 전송 중 링크가 끊어지면, 해당 링크를 사용하던 노드는 라우팅 에러(RERR, Route Error) 메시지를 생성하여 경로 단절 사실을 소스 노드에게 알린다. 에러 메시지를 받은 소스 노드는 필요한 경우 다시 경로 탐색 절차를 시작한다.[2]

AODV는 네트워크 부하를 최소화하기 위해 여러 최적화 기법을 사용한다. 각 경로 요구(RREQ) 메시지에는 고유한 시퀀스 번호가 부여되어, 노드들이 동일한 요청을 중복해서 처리하는 것을 방지한다.[2] 또한, RREQ 메시지에는 "수명"(Time-To-Live, TTL) 값이 포함되어 메시지가 네트워크 내에서 무한정 전달되는 것을 막고 전송 횟수를 제한한다.[2] 경로 탐색이 실패했을 경우, 불필요한 네트워크 트래픽을 줄이기 위해 최초 요청의 타임아웃 시간보다 두 배 이상 긴 시간 동안 대기한 후에야 재시도가 가능하다.[2]

AODV의 주요 장점은 이미 확립된 경로를 따라 통신할 때는 추가적인 라우팅 트래픽이 발생하지 않는다는 점과, 거리 벡터 라우팅 알고리즘을 기반으로 하여 구현이 비교적 단순하고 노드의 메모리나 계산 능력 요구량이 적다는 점이다.[2] 그러나 단점으로는 새로운 경로를 설정하는 데 시간이 다소 소요될 수 있으며, 경로 탐색 과정에서 발생하는 RREQ 메시지 브로드캐스트로 인해 일시적으로 네트워크 트래픽이 다른 프로토콜에 비해 많아질 수 있다는 점이 지적된다.[2]

3. 기술적 특징

AODV는 온디맨드(on-demand) 방식, 즉 필요할 때만 경로를 찾는 라우팅 프로토콜이다. 평소에는 네트워크가 조용히 유지되다가, 어떤 노드가 데이터 패킷을 전송해야 할 때 경로 탐색을 시작한다. 각 노드는 시간이 지남에 따라 단조적으로 증가하는 고유한 시퀀스 번호를 가지는데, 이는 경로에 루프가 생기는 것을 방지하고 항상 최신 경로 정보를 사용하도록 보장하는 역할을 한다. 또한 각 노드는 자신의 라우팅 테이블에 목적지 방향의 다음 노드 주소(넥스트 홉), 해당 목적지의 시퀀스 번호, 그리고 홉(hop) 수나 링크 품질 같은 경로 메트릭 정보를 저장한다.

AODV에서 경로 탐색은 주로 다음 세 가지 종류의 제어 메시지를 통해 이루어진다. 이 메시지들은 UDP 패킷으로 구현되어 IP 위에서 동작한다.


  • 경로 요청 (RREQ, Route REQuest): 출발지 노드가 목적지까지의 경로를 모를 때 네트워크에 브로드캐스트하는 메시지이다. 네트워크의 다른 노드들은 이 메시지를 전달하면서 출발지 노드로 돌아가는 임시 경로를 기록한다. RREQ 패킷에는 출발지/목적지 식별자(ID), 출발지/목적지 시퀀스 번호(SrcSeqNum/DestSeqNum), 브로드캐스트 식별자(BcastID), 그리고 메시지가 전달될 수 있는 최대 홉 수를 제한하는 TTL(Time To Live) 필드가 포함된다. 노드는 출발지 ID와 브로드캐스트 ID 조합을 통해 이미 처리한 RREQ를 식별하고 중복 처리를 방지한다.
  • 경로 응답 (RREP, Route REPly): RREQ를 수신한 노드 중, 목적지 노드 본인이거나 목적지까지의 유효하고 최신인 경로를 아는 중간 노드가 출발지 노드로 보내는 응답이다. 여기서 경로의 유효성과 최신성은 대상 시퀀스 번호(DestSeqNum) 를 비교하여 판단한다. 즉, RREP를 보내려는 노드가 가진 DestSeqNum이 RREQ에 포함된 DestSeqNum보다 크거나 같아야 한다 (같을 경우 홉 수가 더 작아야 함). RREP는 RREQ가 전달되면서 생성된 임시 경로를 역으로 따라 출발지 노드까지 전달된다. 출발지 노드는 수신된 RREP들을 비교하여 일반적으로 홉 수가 가장 적은 경로를 선택한다.
  • 경로 오류 (RERR, Route ERRor): 기존에 사용하던 경로의 링크가 끊어졌을 때, 해당 링크가 더 이상 유효하지 않음을 알리기 위해 네트워크에 전파되는 메시지이다. 이 메시지를 받은 노드들은 해당 경로 정보를 라우팅 테이블에서 삭제하거나 무효화한다.


AODV는 네트워크 부하를 줄이기 위한 메커니즘을 포함한다. 예를 들어, 각 RREQ에는 TTL 값이 있어 무한정 전파되는 것을 막고, 시퀀스 번호를 사용하여 중복된 요청 처리를 방지한다. 또한, RREQ에 대한 응답(RREP)을 받지 못하면 이진 지수 백오프(binary exponential backoff) 메커니즘에 따라 재전송 시도 간격을 점차 늘려가며 다시 요청한다. 사용되지 않는 라우팅 테이블 항목은 일정 시간이 지나면 삭제되어 메모리 자원을 효율적으로 관리한다.

AODV의 장점은 이미 설정된 경로를 따라 통신할 때는 추가적인 라우팅 오버헤드가 거의 발생하지 않는다는 점과, 거리 벡터 기반 라우팅 방식으로 구현이 비교적 단순하고 노드의 메모리나 계산 능력 요구치가 낮다는 점이다. 반면, 단점으로는 새로운 경로를 설정하는 데 시간이 다소 소요될 수 있으며, 경로 탐색 과정(특히 RREQ 브로드캐스트)에서 일시적으로 네트워크 트래픽이 증가할 수 있다는 점이 꼽힌다.

3. 1. 동적 소스 라우팅 (DSR)과의 비교

AODV 라우팅 프로토콜은 동적 소스 라우팅 (DSR)과 같이, 필요할 때 경로를 탐색하는 온디맨드(on-demand) 방식을 채택한다. 즉, 특정 노드가 데이터 패킷을 전송하고자 할 때 경로 설정 요청이 시작되고 경로가 확립되는 방식이다.

AODV와 DSR의 주요 차이점은 다음과 같다.

  • 경로 정보 저장 방식: DSR은 송신 노드가 패킷에 전체 경로 정보를 포함시키는 소스 라우팅 방식을 사용한다. 반면, AODV에서는 송신 노드나 중간 노드가 데이터 전송 경로상의 다음 홉(next hop) 노드에 대한 정보만을 가지고 있다.
  • 최신 경로 식별: AODV는 전송 대상 시퀀스 번호 (DestSeqNum) 라는 고유한 메커니즘을 사용하여 목적지까지의 경로 중 가장 최신 정보를 식별한다. 노드는 자신이 보유한 DestSeqNum보다 새로 수신한 경로 정보의 DestSeqNum 값이 더 클 경우에만 경로 정보를 갱신하여, 항상 최신 상태의 경로를 유지하려고 한다. 이는 DSR에는 없는 AODV만의 특징이다.

4. 장점 및 단점

AODV는 애드혹 네트워크를 위해 설계된 요청 기반(on-demand) 라우팅 프로토콜로, 데이터 전송이 필요할 때만 경로를 설정하는 방식으로 작동한다.[1] 이 방식은 평상시 네트워크 부하를 줄이는 효과가 있지만, 경로 설정 과정이나 특정 네트워크 상황에서는 장점과 단점을 동시에 지닌다.

4. 1. 장점

AODV는 애드혹 네트워크를 위해 설계된 가벼운 라우팅 프로토콜로, IETF의 RFC 3561[1]에 정의되어 있다. 메모리 사용량이 적다는 특징이 있다. 이는 데이터를 전달할 필요가 있을 때만 경로를 설정하는 요청 기반(on-demand) 방식으로 작동하기 때문에, 평소에는 라우팅으로 인한 네트워크 부하가 적다.

주요 장점 중 하나는 이미 설정되어 사용 중인 경로에 대해서는 추가적인 네트워크 트래픽을 발생시키지 않는다는 점이다. 즉, 특정 목적지로 가는 경로가 이미 알려져 있다면, 해당 경로를 계속 사용하며 새로운 경로 탐색 과정을 거치지 않는다. 또한, 경로가 아직 알려지지 않은 노드로 데이터를 보낼 필요가 없는 경우에는 알고리즘 자체가 동작하지 않아 효율적이다.

AODV는 거리 벡터 라우팅 프로토콜 방식을 사용하는데, 이는 계산이 비교적 간단하며 많은 양의 메모리를 요구하지 않는다는 장점으로 이어진다. 또한, 필요할 때만 경로를 설정하는 요청 기반 방식과 더불어, 목적지 시퀀스 번호를 활용하여 해당 목적지로 가는 가장 최신의 경로를 쉽게 찾을 수 있도록 돕는다. 연결 설정 시 발생하는 지연도 비교적 크지 않은 편이다.

4. 2. 단점

AODV 프로토콜은 애드혹 네트워크 환경에서 경로 설정을 위해 다른 프로토콜보다 더 많은 시간이 소요될 수 있다. 또한 다음과 같은 단점들이 지적된다.

  • 일관성 없는 경로 정보: 송신자 노드의 시퀀스 번호가 오래되었고, 중간 노드가 최신이 아닌 목적지 시퀀스 번호를 가지고 있을 경우, 해당 경로 정보가 오래되어 일관성 없는 경로가 형성될 수 있다. 이는 데이터 전송의 비효율성을 야기할 수 있다.
  • 제어 부하 증가: 하나의 RouteRequest 패킷에 대해 여러 개의 RouteReply 패킷이 동시에 반환될 경우, 네트워크 전체의 제어 메시지 양이 증가하여 부하가 커질 수 있다.
  • 대역폭 낭비: 일부 구현에서는 네트워크 상태 유지를 위해 주기적으로 비콘(beacon)과 같은 패킷을 전송하는데, 이는 통신이 활발하지 않은 상황에서도 불필요하게 네트워크 대역폭을 소비하는 원인이 될 수 있다.

5. 활용 분야

AODV는 애드혹 네트워크를 위한 가벼운 라우팅 프로토콜로서, IETF의 RFC 3561에 정의되어 있다. 이 프로토콜은 적은 메모리를 사용하면서 라우팅이 가능하도록 설계되었다. 특히, 데이터 전달이 필요할 때만 경로를 설정하고 사용하는 주문형(on-demand) 라우팅 방식이다. 따라서 데이터를 전송하지 않을 때는 라우팅 경로를 유지하기 위한 네트워크 트래픽이 발생하지 않아 라우팅으로 인한 부하가 적다는 장점이 있다.

참조

[1] 논문 Ad hoc On Demand Distance Vector (AODV) Routing https://ebelding.cs.[...]
[2] 간행물 Mobile Ad-hoc Networking with AODV: A Review
[3] 웹사이트 Prof. Elizabeth Belding receives the 2018 SIGMOBILE Test-of-time Award https://www.cs.ucsb.[...] University of California, Santa Barbara 2018-12-07
[4] 논문 Ad hoc On-Demand Distance Vector Routing (AODV) Experimental RFC 3561 https://www.rfc-edit[...]
[5] 문서 "Ad hoc On-Demand Distance Vector (AODV) Routing" IETF RFC


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