OSI 7 Layer - 3 Network Layer - IP Address

IP Address

🔎 IP 주소의 구성

- 네트워크 ID : 어떤 네트워크에 속한 IP인지
- 호스트 ID : 하나의 네트워크 안에서 특정 장비의 주소

IPv4의 클래스 - 과거

IPv4 주소는 네트워크 크기에 따라 클래스로 구분된다. A~E 클래스 까지 있다.

IPv4의 경우 2진수로 나타냈을 때 IP 주소 최상위 자릿수가 0일 때는 A 클래스, 최상위 자릿수 두 개가 10일 때는 B 클래스, 최상위 세자릿수가 110일 때는 C 클래스로 구분된다.

• 10진수 : 10.xxx.xxx.xxx
• 2진수 : 00001010.xxx.xxx.xxx.xxx

위의 경우에는 최상위 자릿수가 0이므로 A 클래스에 해당된다.

표로 정리하면 다음과 같다.

종류	IP 주소 범위	네트워크 수	최대 호스트=네트워크 크기
A 클래스	공인 1.0.0 ~ 9.255.255.255 + 11.0.0.0 ~ 126.255.255.255  사설 10.0.0.0 ~ 10.255.255.255	공인 : 125 사설 : 1	2^24 - 2
B 클래스	공인 128.0.0.0 ~ 172.15.255.255 + 172.32.0.0 ~ 191.255.255.255 사설 172.16.0.0 ~ 172.31.255.255	사설 : 16	2^16 - 2
C 클래스	공인 192.0.0.0 ~ 192.167.255.255 + 192.169.0.0 ~ 223.255.255.255 사설 192.168.0.0 ~ 192.168.255.255	사설 : 256	2^8 - 2

 

여기서 127.~가 없는데, 127.0.0.0은 Loopback 주소, 즉 자기 자신을 가리키기 위한 로컬 호스트 주소로 사용한다.

네트워크 주소와 브로드캐스트 주소

• 네트워크 주소
  • 네트워크를 대표하는 주소
  • 네트워크의 가장 첫 번째 주소(호스트 ID의 이진수가 000..)
• 브로드캐스트 주소
  • 네트워크 상의 모든 호스트와 통신을 하기 위한 주소
  • 네트워크의 가장 마지막 주소(호스트 ID의 이진수가 111…)

예시로, 192.168.100.xxx라는 C클래스의 사설 네트워크가 있다

네트워크 범위 : 192.168.100.0~192.168.100.255 이다.

즉, 첫 번째 주소인 192.168.100.0이 네트워크 주소가 되고,

마지막 주소인 192.168.100.255가 브로드캐스트 주소가 된다.

 

이 두 주소는 예약되어 있으므로 이 네트워크의 최대 호스트 수는 254(256-2)이다.

 

하지만 클래스 기반의 네트워크 분할 기법은 과거에 사용했던 개념으로, 현재는 널리 사용되지는 않는다.

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클래스리스 개념의 등장

처음에는 IP 클래스를 바탕으로 주소 체계가 이루어졌다

 

하지만 IP 주소가 부족해졌고, 특정 조직이 하나의 네트워크 주소를 할당 받은 경우 사용하지 않는 호스트 IP 주소에 대해 낭비가 발생했다.

 

예를 들어 특정 조직이 A 클래스의 IP를 부여받았다고 가정하자. A 클래스는 16,777,214개나 되는 호스트에 ip를 할당할 수 있다. 만약 해당 조직이 작거나 일반 사용자였다면, 네트워크 주소, 브로드캐스트 주소를 포함하더라도 저 수많은 IP 주소를 다 사용하진 않을 것이다.

 

그러면 해당 IP는 모두 낭비되며, 만약 브로드캐스팅을 수행한다면 최대 16,777,214개의 호스트에 모든 데이터가 전송되고 만다. 이런 경우 굉장한 부하가 발생하여 성능 저하 및 장애로 이어질 수 있다.

 

이와 같은 이유로 “클래스리스” 개념을 기반으로 다음과 같이 세 가지 전략을 만들었다.

1. IPv6
2. 사설 IP주소
3. 서브넷 마스크 + 서브넷팅

IPv4 vs IPv6

IP 주소에는 IPv4(32비트)와 IPv6(128비트) 두 종류가 존재한다. 처음에는 IPv4만 존재했지만, 네트워크가 보급됨에 따라서 주소가 부족해졌고, IPv6가 도입되었다. 현재는 두 종류의 IP주소가 함께 쓰이고 있다.

	IPv4	IPv6
비트 수	32비트	128비트
블록	8비트 단위로 4개	16비트 단위로 8개
n진수	10진수로 표현	16진수로 표현
구분자	점(.)	콜론(:)
예시	192.168.0.1	2001:0230:aaaa:ffff:0000:0000:ffff:1111
최대 주소 개수	43억개	43억x43억x43억x43억개
네트워크와 호스트 구분	클래스 또는 서브넷 마스크 기법	64비트는 네트워크ID, 나머지 64비트는 호스트 ID

공인 IP와 사설 IP

원래 IP 주소는 공인IP(Public IP) 로써 네트워크 상에서 유일해야 하고, 중복되어서는 안 된다. 하지만 한정된 비트 수인 만큼 IPv4 주소가 부족해지면서, 문제 해결을 위해서 **사설 IP(Private)**의 영역을 만들어 IP 주소를 중복 사용할 수 있게 하였다.

공인 IP는 ISP, 즉 인터넷 서비스 제공자가 제공하는 IP 주소이고, 사설 IP는 같은 네트워크 내부에서 사용하는 내부 IP이다. 네트워크 내부에서는 라우터가 사용하는 DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol) 기능을 사용하여 주소를 자동으로 할당하고 있다.

예를 들어 A라는 네트워크에 사설 IP 192.168.10.1이 있고, B 네트워크에도 같은 주소의 사설 IP 192.168.10.1이 있다. 이 둘은 다른 네트워크에서 IP가 같은 것이기 때문에, 각각의 내부 네트워크 안에서는 사설IP를 쓰고, 인터넷과 연결되는 부분에만 공인 IP를 씀으로서 IP 부족 문제를 어느정도 해결할 수 있다.

서브넷 마스크

클래스 없애고 서브넷 마스크를 도입했다.

🔎 서브넷 마스크

하나의 IP 주소에서 어디까지가 네트워크 식별자이고 어디서부터 호스트 식별자인지 알려준다. 네트워크 ID를 나타내는 부분은 비트 1로 채워 표시한다.

 

서브넷 마스크를 이용해 다음과 같이 클래스를 나타낼 수 있고, 더욱 세밀하게 조정하여 비트 단위로 네트워크를 표현할 수 있다.

 

서브넷 마스크 계산은, IP 주소와 서브넷 마스크의 2진수 논리 AND 연산으로 이루어진다. 다음과 같이 서브넷 마스크에 1로 표시된 부분이 네트워크 식별자임을 알 수 있다.

 

정리하면 다음과 같다.

• 네트워크 식별자 : 같으면 같은 네트워크
• 호스트 식별자 : 같은 네트워크 내에서 각각의 기기 구분

 

예를 들어 아까 휴대폰의 경우를 보자.

IP 주소 : 172.30.1.59

서브넷마스크 : 255.255.255.0

라우터 : 172.30.1.254

 

임을 알 수 있다. 즉, 관련된 그림을 보면 다음과 같은 형태로 이루어진다.

 

서브넷팅 Subnetting

🔎 서브넷팅, Subnetting

기존의 클래스의 기준을 무시하고 서브넷마스크를 정해 원래 클래스풀 단위의 네트워크보다 더 쪼개 사용하는 것을 말한다.
즉, 서브넷 마스크에서의 1의 bit수를 증가시키거나 감소시키면서, 네트워크 ID를 기존 class에 한정하지 않는다.

 

바로 예제를 보자

 

기존과 비트 수는 변하지 않았고, 호스트 ID를 나타내는 비트 중 1개를 떼내어 네트워크 ID로 사용한다.

• 서브넷 마스크 프리픽스 표기법(CIDR) : (/25)
  • 서브넷 마스크의 1의 개수를 단순히 숫자로 표기하는 방법이다.

 

[네트워크] IP, 서브넷마스크, 게이트웨이

 

[네트워크기초] [이론] IP의 체계 (클래스)

 

서브넷마스크(subnet mask)와 서브넷팅(subnetting)이란??

 

OSI 3 계층 네트워크 계층 (Network Layer) 알아보기

 

https://lamarr.dev/#NetworkingBeginner

 

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[네트워크] IP, 서브넷마스크, 게이트웨이

[네트워크] 서브넷마스크, 서브넷팅 개념 이해