[CS] 네트워크 IP 주소

1. ARP (Address Resolution Protocol)

컴퓨터와 컴퓨터 간의 통신은 흔히들 IP 주소 기반으로 통신한다고 알고 있지만

정확히 이야기하자면 IP 주소에서 ARP를 통해 MAC 주소를 찾아 MAC 주소를 기반으로 통신한다

 

ARP란 IP 주소로부터 MAC 주소를 구하는 IP와 MAC 주소의 다리 역할을 하는 프로토콜이다

 

ARP를 통해 가상 주소인 IP 주소를 실제 주소인 MAC 주소로 변환하고

RARP를 통해 실제 주소인 MAC 주소를 가상 주소인 IP 주소로 변환하기도 한다

 

 

아래 그림처럼 장치 A가 ARP Request 브로드캐스트를 보내서

IP 주소인 120.70.80.3에 해당하는 MAC 주소를 찾는다

그러고 나서 해당 주소에 맞는 장치 B가 ‘ARP reply 유니캐스트’를 통해

MAC 주소를 반환하는 과정을 거쳐 IP 주소에 맞는 MAC 주소를 찾게된다

 

 

브로드 캐스트

송신 호스트가 전송한 데이터가 네트워크에 연결된 모든 호스트에 전송되는 방식

 

유니 캐스트

고유 주소로 식별된 하나의 네트워크 목적지에 1:1로 데이터를 전송하는 방식

 

2, 홉바이홉(hop by hop) 통신

IP 주소를 통해 통신하는 과정을 홉바이홉 통신이라고 한다

 

여기서 홉(hop)이란 영어 뜻 자체로는 건너뛰는 모습을 의미한다

 

이는 통신망에서 각 패킷이 여러 개의 라우터를 건너가는 모습을 비유적으로 표현한 것이다

 

각각의 라우터에 있는 라우팅 테이블의 IP를 기반으로 패킷을 전달하고 다시 전달한다

 

즉, 통신 장치에 있는 ‘라우팅 테이블’의 IP를 통해

시작 주소부터 시작하여 다음 IP로 계속해서 이동하는 ‘라우팅’ 과정을 거쳐

패킷이 최종 목적지까지 도달하는 통신을 말한다

 

 

라우팅

IP 주소를 찾아가는 과정

 

라우팅 테이블(routing table)

라우팅 테이블은 송신지에서 수신지까지 도달하기 위해 사용되며

라우터에 들어가 있는 목적지 정보들과 그 목적지로 가기 위한 방법이 들어 있는 리스트를 뜻한다

 

라우팅 테이블에는 게이트웨이와 모든 목적지에 대해 해당 목적지에 도달하기 위해 거쳐야 할

다음 라우터의 정보를 가지고 있다

 

게이트웨이(gateway)

게이트웨이는 서로 다른 통신망, 프로토콜을 사용하는 네트워크 간의 통신을 가능하게 하는

관문 역할을 하는 컴퓨터나 소프트웨어를 두루 일컫는 용어이다

 

사용자는 인터넷에 접속하기 위해 수많은 톨게이트인 게이트웨이를 거쳐야 하며

게이트웨이는 서로 다른 네트워크상의 통신 프로토콜을 변환해주는 역할을 하기도 한다

 

 

게이트웨이를 확인하는 방법은 라우팅 테이블을 통해 볼 수 있으며

라우팅 테이블은 윈도우의 명령 프롬프트에서 netstat -r 명령어를 실행하여 확인할 수 있다

 

아래 그림 처럼 IPv4 경로 테이블, IPv6 경로 테이블이 있는데 이것이 바로 라우팅 테이블이며

게이트웨이, 인터페이스 등이 나오는 것을 볼 수 있다

 

 

3. IP 주소 체계

IP 주소는 IPv4와 IPv6로 나뉜다

 

IPv4는 32비트를 8비트 단위로 점을 찍어 표기하며

123.45.67.89 같은 방식으로 IP 주소를 나타낸다

 

IPv6는 64비트를 16비트 단위로 점을 찍어 표기하며

2001:db8::ff00:42:8329 같은 방식으로 IP 주소를 나타낸다

 

 

클래스 기반 할당 방식

IP 주소 체계는 과거를 거쳐 발전해오고 있으며

처음에는 A, B, C, D, E 다섯 개의 클래스로 구분하는 클래스 기반 할당 방식(CIDR)을 썼다

 

앞에 있는 부분을 네트워크 주소

그 뒤에 있는 부분을 컴퓨터에 부여하는 주소인 호스트 주소로 놓아서 사용한다

 

클래스 A·B·C는 일대일 통신으로 사용되고

클래스 D는 멀티캐스트 통신

클래스 E는 앞으로 사용할 예비용으로 쓰는 방식이다

 

 

예를 들어 클래스 A의 경우 0.0.0.0부터 127.255.255.255까지 범위를 갖는다

 

맨 왼쪽에 있는 비트를 ‘구분 비트’라고 한다

 

밑의 그림처럼 클래스 A의 경우 맨 왼쪽에 있는 비트가 0이다

클래스 B는 10, 클래스 C는 110 이고 이를 통해 클래스 간의 IP가 나눠진다

 

클래스 A에서 가질 수 있는 IP 범위는 00000000.00000000.00000000.00000000~01111111.11111111.11111111.11111111

 

이를 십진수로 표현하면

0.0.0.0~127.255.255.255

 

다른 네트워크도 이런 식의 주소 범위를 가진다고 생각하면 된다

 

 

네트워크의 첫 번째 주소는 네트워크 주소로 사용되고

가장 마지막 주소는 브로드캐스트용 주소로

네트워크에 속해 있는 모든 컴퓨터에 데이터를 보낼 때 사용된다

 

예를 들어 클래스 A로 12.0.0.0이란 네트워크를 부여받았다고 하면

12.0.0.1~12.255.255.254의 호스트 주소를 부여받은 것이다

 

이때 첫 번째 주소인 12.0.0.0은 네트워크 구별 주소로 사용하면 안 되고

가장 마지막 주소인 12.255.255.255의 경우 브로드캐스트용으로 남겨두어야 하니

이 또한 사용하면 안 된다

 

그렇기 때문에 그 사이에 있는 12.0.0.1~12.255.255.254를

컴퓨터에 부여할 수 있는 호스트 주소로 사용할 수 있다

 

하지만 이 방식은 사용하는 주소보다 버리는 주소가 많은 단점이 있었고

이를 해소하기 위해 DHCP와 IPv6, NAT가 나왔다

 

 

DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)

IP 주소 및 기타 통신 매개변수를 자동으로 할당하기 위한 네트워크 관리 프로토콜이다

 

이 기술을 통해 네트워크 장치의 IP 주소를 수동으로 설정할 필요 없이

인터넷에 접속할 때마다 자동으로 IP 주소를 할당할 수 있다

 

많은 라우터와 게이트웨이 장비에 DHCP 기능이 있으며

이를 통해 대부분의 가정용 네트워크에서 IP 주소를 할당한다

 

NAT(Network Address Translation)

패킷이 라우팅 장치를 통해 전송되는 동안 패킷의 IP 주소 정보를 수정하여

IP 주소를 다른 주소로 매핑하는 방법이다

 

IPv4 주소 체계만으로는 많은 주소들을 모두 감당하지 못하는 단점이 있다

 

이를 해결하기 위해 NAT로 공인 IP와 사설 IP로 나눠서 많은 주소를 처리한다

 

NAT를 가능하게 하는 소프트웨어는 ICS, RRAS, Netfilter 등이 있다

 

아래 그림처럼 홍철 팀장, 가영 대리는 192.168.0.xxx를 기반으로 각각의 다른 IP를 가지고 있다

이는 사설 IP라고 한다

 

그리고 NAT 장치를 통해 하나의 공인 IP인 121.165.151.200으로 외부 인터넷에 요청할 수 있다

 

이를 통해 어비스 회사에 있는 홍철 팀장과 가영 대리는 하나의 IP인 121.165.151.200을 기반으로

각각의 다른 IP를 가지는 것처럼 인터넷을 사용할 수 있다

 

이처럼 NAT 장치를 통해 사설 IP를 공인 IP로 변환하거나 공인 IP를 사설 IP로 변환하는 데 쓰인다

 

 

NAT를 쓰는 이유는 주로 여러 대의 호스트가 하나의 공인 IP 주소를 사용하여 인터넷에 접속하기 위함이다

 

예를 들어 인터넷 회선 하나를 개통하고 인터넷 공유기를 달아서 여러 PC를 연결하여 사용할 수 있는데

이것이 가능한 이유는 인터넷 공유기에 NAT 기능이 탑재되어 있기 때문이다

 

NAT를 이용하면 내부 네트워크에서 사용하는 IP 주소와 외부에 드러나는 IP 주소를

다르게 유지할 수 있기 때문에 내부 네트워크에 대한 어느 정도의 보안이 가능해진다

 

NAT는 여러 명이 동시에 인터넷을 접속하게 되므로 실제로 접속하는 호스트 숫자에 따라서

접속 속도가 느려질 수 있다는 단점있다