네트워크 - 네트워크 계층
네트워크 주소와 호스트 주소
하나의 IP 주소는 크게 네트워크 주소(네트워크 ID, 네트워크 식별자)와 호스트 주소(호스트 ID, 호스트 식별자)로 구성된다.
예를 들어 다음은 네트워크 주소가 16비트, 호스트 주소가 16비트인 IP 주소이다.
만약 네트워크 주소가 하나의 옥텟(8비트)으로 이루어져 있다면, 한 네트워크당 호스트 주소 할당에 24비트를 사용할 수 있다.
또 만약 네트워크 주소가 세 개의 옥텟으로 이루어져 있다면, 네트워크당 호스트 주소 할당에 8비트를 사용할 수 있다.
호스트 주소 공간을 크게 할당하면 할당되지 않은 다수의 IP 주소가 낭비될 수 있다. 반대로 호스트 주소 공간을 작게 할당하면 호스트가 사용할 IP 주소가 부족해질 수 있다.
이런 고민을 해결하기 위해 생겨난 개념이 바로 IP 주소의 클래스이다.
클래스풀 주소 체계
클래스는 네트워크 크기에 따라 IP 주소를 분류하는 기준이다.
클래스를 기반으로 IP 주소를 관리하는 주소 쳬게를 클래스풀 주소 체계라고 한다.
필요한 호스트 IP 개수에 따라 네트워크 크기를 가변적으로 조정할 수 있다.
A, B, C, D, E 5개의 클래스가 있으며, 이중 D와 E는 예약된 클래스이기 때문에 네트워크의 크기를 나누는 데에 실질적으로 사용되는 클래스는 A, B, C 이다.
A 클래스
네트워크 주소는 비트
0으로 시작하는 1옥텟, 호스트 주소는 3옥텟으로 구성된다.이론상
2^7개의 A 클래스 네트워크가 존재할 수 있고,2^24개의 호스트 주소를 가질 수 있다.A 클래스로 나타낼 수 있는 IP 주소 범위는 최소
0.0.0.0~ 최대127.255.255.255이다.
B 클래스
네트워크 주소는 비트
10으로 시작하는 2옥텟, 호스트 주소는 2옥텟으로 구성된다.이론상
2^14개의 B 클래스 네트워크가 존재할 수 있고,2^16개의 호스트 주소를 가질 수 있다.B 클래스로 나타낼 수 있는 IP 주소 범위는 최소
128.0.0.0~ 최대191.255.255.255이다.
B 클래스
네트워크 주소는 비트
110으로 시작하는 3옥텟, 호스트 주소는 1옥텟으로 구성된다.이론상
2^21개의 C 클래스 네트워크가 존재할 수 있고,2^8개의 호스트 주소를 가질 수 있다.C 클래스로 나타낼 수 있는 IP 주소 범위는 최소
192.0.0.0~ 최대223.255.255.255이다.
호스트 주소가 전부 0인 IP 주소와 전부 1인 IP 주소는 각각 해당 네트워크 자체를 의미하는 네트워크 주소로 사용되고, 브로드캐스트를 위한 주소로 사용되기 때문에 IP 주소로 활용할 수 없다.
즉, 각 클래스에서 이론적으로 가능한 호스트 주소의 개수에 2를 뺀 값이 실질적으로 가능한 호스트에게 할당 가능한 주소이다.
클래스리스 주소 체계
클래스풀 주소 체계를 이용하면 네트워크의 영역을 결정하고 할당 가능한 호스트의 주소 공간을 유동적으로 관리할 수 있지만 한계가 있다.
클래스별 네트워크의 크기가 고정되어 있기 때문에 다수의 IP 주소가 낭비될 가능성이 크다는 문제가 있다.
그래서 클래스풀 주소 체계보다 더 유동적이고 정교하게 네트워크를 구획할 수 있는 클래스리스 주소 체계가 등장했다. 이름처럼 클래스 개념 없이 클래스에 구애받지 않고 네트워크의 영역을 나누어서 호스트에게 IP 주소 공간을 할당하는 방식이다.
서브넷 마스크
클래스리스 주소 체계에서는 네트워크와 호스트를 구분 짓는 수단으로 서브넷 마스크를 이용한다.
서브넷 마스크는 IP 주소상에서 네트워크 주소는 1, 호스트는 0으로 표기한 비트열을 의미한다. 네트워크 내의 부분적인 네트워크(서브네트워크)를 구분 짓는 (마스크) 비트열인 셈이다.
예를 들면 A, B, C 클래스의 기본 서브넷 마스크는 다음과 같다.
A 클래스 :
255.0.0.0 (11111111.00000000.00000000.00000000)B 클래스 :
255.255.0.0 (11111111.11111111.00000000.00000000)C 클래스 :
255.255.0.0 (11111111.11111111.11111111.00000000)
서브네팅
서브넷 마스크를 이용해 클래스를 원하는 크기로 더 잘게 쪼개어 사용하는 것을 서브네팅이라고 한다.
서브넷 마스크를 이용해 네트워크 주소와 호스트 주소를 구분 짓는 방법은 IP 주소와 서브넷 마스크를 비트 AND 연산하면 된다. 이 결과가 네트워크 주소가 된다.
서브넷 마스크 - CIDR 표기법
"IP 주소 / 서브넷 마스크상의 1의 개수"로 표기하는 형식을 CIDR 표기법이라고 한다.
예를 들어 C 클래스의 기본 서브넷 마스크(
11111111.11111111.11111111.00000000)를 CIDR 표기법을 따르면/24로 표기할 수 있다.
공인 IP 주소와 사설 IP 주소
공인 IP 주소
전 세계에서 고유한 IP 주소
네트워크 간의 통신, 인터넷을 이용할 때 사용하는 IP 주소
ISP나 공인 IP 주소 할당 기관을 통해 할당받을 수 있다.
사설 IP 주소 (with NAT)
사설 네트워크에서 사용하기 위한 IP 주소
사설 네트워크란 인터넷, 외부 네트워크에 공개되지 않은 네트워크를 의미한다.
IP 주소 공간 중 사설 IP 주소로 사용하도록 특별히 예약된 IP 주소 공간
10.0.0.0/8 (10.0.0.0 - 10.255.255.255)172.16.0.0/12 (172.16.0.0 - 172.31.255.255)192.168.0.0/16 (192.168.0.0 - 192.168.255.255)
사설 IP 주소의 할당 주체는 일반적으로 라우터(공유기)이다.
할당받은 사설 IP 주소는 해당 호스트가 속한 사설 네트워크상에서만 유효한 주소다. 따라서 다른 네트워크상의 사설 IP 주소와 충분히 중복될 수 있다.
일반적으로 네트워크 간의 통신은 공인 IP 주소를 통해 이루어진다. 그렇다면 사설 IP 주소를 사용하는 외부 네트워크와 어떻게 통신할까?
이때 사용되는 기술이 NAT이다. NAT(Network Address Translation) 는 IP 주소를 변환하는 기술이다.
주로 네트워크 내부에서 사용되는 사설 IP 주소와 네트워크 외부에서 사용되는 공인 IP 주소를 변환하는 데 사용된다.
대부분의 라우터와 (가정용)공유기는 NAT 기능을 내장하고 있다.
사설 네트워크의 패킷 속 사설 IP 주소는 공유기를 거쳐 공인 IP 주소로 변경된다.
외부 네트워크의 패킷 속 공인 IP 주소는 공유기를 거쳐 사설 IP 주소로 변경된다.
정적 IP 주소와 동적 IP 주소
정적 IP 주소
호스트에 직접 수작업으로 IP 주소를 부여하는 방식을 정적 할당이라고 한다. 그리고 이렇게 할당된 IP 주소를 정적 IP 주소라고 한다.
동적 IP 주소
IP 주소를 정적으로만 할당하다 보면 호스트의 수가 많아질 경우 관리가 힘들어진다. 잘못된 IP 주소를 입력할 수도 있고, 중복된 IP 주소를 입력할 수도 있다.
이럴 때 사용 가능한 할당 방식이 동적 할당이며, 동적 할당으로 할당된 IP 주소를 동적 IP 주소라고 한다.
IP 동적 할당에 사용되는 대표적인 프로토콜은 DHCP 이다.
DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)
DHCP를 통한 IP 주소 할당은 IP 주소를 할당받고자 하는 호스트와 해당 호스트에게 IP 주소를 제공하는 DHCP 서버간에 메시지 송수신을 통해 이루어진다.
DHCP 서버의 역할은 일반적으로 라우터(공유기)가 수행하는데, 특정 호스트에 DHCP 서버 기능을 추가할 수도 있다.
DHCP 서버는 클라이언트에게 할당 가능한 IP 주소 목록을 관리하다가, 클라이언트 요청시 IP 주소를 할당한다.
DHCP 로 할당받은 IP 주소는 사용할 기간(임대 기간)이 정해져 있다. 일반적으로 수 시간에서 수 일이며, 임대 기간이 끝난 IP 주소는 다시 DHCP 서버로 반납된다.
IP 주소를 할당받는 과정에서 클라이언트와 DHCP 서버 간에 주고받는 메시지의 종류는 크게 다음과 같이 네 가지가 있다.
1. DHCP Discover (클라이언트 -> DHCP 서버)
브로드캐스트로 DHCP 서버를 찾는 메시지를 전송한다.
이 시점에 클라이언트는 아직 IP 주소를 할당받지 못한 것이므로 송신지 IP 주소는
0.0.0.0으로 설정된다.
2. DHCP Offer (DHCP 서버 -> 클라이언트)
클라이언트에게 할당 가능한 IP 주소 정보를 제안하는 메시지
클라이언트에게 제안할 IP 주소 외에 서브넷 마스크, 임대 기간 등의 정보도 포함되어 있다.
3. DHCP Request (클라이언트 -> DHCP 서버)
DHCP Offer에 대한 응답으로, 브로드캐스트로 전송된다.
4. DHCP ACK (DHCP 서버 -> 클라이언트)
최종 승인과도 같은 메시지로, DHCP ACK 메시지까지 받은 클라이언트는 이제 할당받은 IP 주소를 자신의 IP 주소로 설정 후 임대 기간 동안 IP 주소를 사용한다.
사용 기간이 모두 끝나면 원칙적으로는 IP 주소가 DHCP 서버에 반납되고 위 과정을 다시 거쳐 IP 주소를 재할당받아야 한다.
하지만 IP 주소 임대 기간이 끝나기 전에 임대 기간을 연장하는 임대 갱신을 할 수도 있다.
임대 갱신은 IP 주소의 임대 기간이 끝나기 전에 기본적으로 두 차례 자동으로 수행된다.
자동 임대 갱신 과정이 모두 실패하면 그때 IP 주소는 DHCP 서버로 반납된다.
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