네트워크 계층

네트워크 계층은 다른 네트워크와 통신하기 위한 경로 설정을 위해 라우터를 통한 라우팅을 하며, 패킷 전송을 담당한다.

IP

IP(Internet Protocol) : 인터넷에 있는 한 컴퓨터에서 다른 컴퓨터로 데이터를 보내는데 사용되는 네트워크 계층 프로토콜이다.

네트워크 계층에서 캡슐화시 아래 IP 헤더를 붙인다.

IP 헤더에 출발지 IP주소와 목적지 IP 주소가 포함되어 있다.

IP 패킷

IP 프로토콜을 사용해 캡슐화 할 때 데이터에 IP 헤더가 추가된 것

IP 주소

  • IP주소는 인터넷상에 있는 컴퓨터의 고유한 주소

  • 데이터를 보내려는 상대의 목적지를 모르면 라우터도 목적지까지 경로를 알려주지 못한다.

  • 네트워크를 식별할 수 있음.

  • 10진수 32비트로 구현

    • 10진수로 나타내지만, 이진수 32비트로 구현되어 있음

    • 8비트를 옥텟(octet)이라 부름.

    • 옥텟은 0~255 사이의 10진수

  • 네트워크 ID(어떤 네트워크 인지) + 호스트 ID(해당 네트워크의 어느 컴퓨터인지)로 구현

  • 공인 IP 주소 : ISP에서 제공

    • 인터넷에 직접 연결되는 컴퓨터나 라우터에 할당

  • 사설 IP 주소 : 네트워크 관리자가 자유롭게 할당하거나, DHCP 기능을 사용해 주소 자동으로 할당

    • 회사나 가정의 랜에 있는 컴퓨터는 사설 IP 주소 할당

DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)

IP주소를 자동으로 할당하는 프로토콜

IPv4 vs IPv6

처음 IPv4 주소 약 43억개면, 충분하다고 생각했으나 인터넷이 보급되면서 IP 주소가 부족해졌고, IPv6가 나오게 됐다.

구분

IPv4

IPv6

주소 길이

32비트

128비트

주소 개수

약 43억개

2^128개 (43억 43억 43억 * 43억)

주소 형태

221.23.222.222

2001:0db8:85a3:08d3:1319:8a2e:0380:7334

패킷 헤더

변동 사이즈

고정 사이즈

헤더 필드수

8

12

품질

제한적 품질 보장

확장된 품질 보장 등급별, 서비스 별 패킷을 구분할 수 있어 품질 보장 용이

보안

IPsec 프로토콜 별도 설치

확장 기능에서 기본으로 제공

P & P

없음

자동 구성으로 지원

이동성

곤란

가능

IP 주소 클래스

네트워크 ID를 크게 만들어(= 호스트 ID를 작게 만들어) 네트워크 크기를 조정할 수 있다. 네트워크 크기는 아래 클래스라는 개념으로 구분하고 있다.

Class

IP주소 첫 8Bit

범위

IP주소 범위(이론상)

사설 IP 주소

설명

A Class

0XXX XXXX

1~127

0.0.0.0 ~ 127.255.255.255

10.0.0.0~10.255.255.255

대규모 네트워크 주소

B Class

10XX XXXX

128~191

128.0.0.0 ~ 191.255.255.255

172.16.0.0~172.31.255.255

중형 네트워크 주소

C Class

110X XXXX

192~223

192.0.0.0 ~ 223.255.255.255

192.168.0.0 ~ 192.168.255.255

소규모 네트워크 주소

D Class

111X XXXX

224~239

224.0.0.0 ~ 239.255.255.255

멀티캐스트 주소

E Class

1111 XXXX

240~255

240.0.0.0 ~ 255.255.255.255

연구 및 특수용도 주소

일반 네트워크에서는 A~C까지 사용가능하다. 사설 IP주소와, 공인 IP주소의 범위가 별도로 있으며, 사설 IP주소는 절대로 공인 IP주로로 사용 불가능하다.

$ ifconfig | grep inet # mac
$ ipconfig getifaddr en0 # mac
$ ipconfig # window

네트워크 주소와 브로드캐스트 주소

네트워크 주소와 브로드캐스트 주소는 컴퓨터나 라우터가 자신의 IP로 사용하면 안되는 주소이다.

네트워크 주소

  • 호스트 ID가 10진수로 0, 2진수로 00000000인 주소

  • 전체 네트워크에서 작은 네트워크를 식별하는데 사용

  • 전체 네트워크의 대표 주소

  • ex) 192.168.1.1 ~ 192.168.1.7은 192.168.1.0의 네트워크에 있다.

브로드캐스트 주소

  • 호스트 ID가 10진수로 255, 2진수로 11111111인 주소

  • 네트워크에 있는 컴퓨터나 장비 모두에게 한번에 데이터를 전송하는데 사용하는 전용 IP

  • ex) 192.168.1.255로 데이터 전송시 해당 네트워크 안(192.168.0)에 있는 모든 컴퓨터가 데이터 수신

서브넷

많은 수의 컴퓨터가 브로드캐스트 패킷을 전송하면, 모든 컴퓨터에 패킷이 전송되어 네트워크가 혼잡해진다.

대규모의 네트워크를 작은 네트워크로 분할해 브로드캐스트로 전송되는 패킷의 범위를 좁힐 수 있다. 이렇게 범위를 줄이면, 더 많은 네트워크를 만들 수 있어서 IP 주소를 더 효율적으로 사용할 수 있다.

  • 서브넷팅: 네트워크를 분할하기 위해 IP 주소의 구성을 변경하는 작업

  • 서브넷: 분할된 네트워크

    • 네트워크 ID + 서브넷 ID + 호스트 ID로 분할

    • 호스트 ID에서 비트를 빌려 서브넷 ID로 만듦

서브넷 마스크

서브네팅 후 네트워크 ID와 호스트 ID인지 판단하기 어려워, 네트워크 ID와 호스트 ID를 식별하기 위한 값이다. IP주소의 네트워크 부분만 나타나게 해, 같은 네트워크인지 판별한다.

서브넷 마스크는 프리픽스(prefix) 표기법으로 사용될 수 있다.

  • 각 클래스별 서브넷 마스크

    • A : 255.0.0.0

    • B : 255.255.0.0

    • C : 255.255.255.0

프리픽스 표기법

: 서브넷 마스크를 슬래시(/비트수)로 나타낸 것

11111111 11111111 11111111 00000000
|_          24비트       _|

위 예 255.255.255.0은 /24이다.

이미지에서 네트워크 ID 24 bit + 서브넷 ID 3bit + 호스트 ID 5bit이다.

  • 서브넷 마스크 : 255.255.255.224

  • 프리픽스 표기법 : 255.255.255.224 /27

라우터

네트워크 계층을 통해 다른 네트워크로 데이터를 전송하려면 라우터(router)가 필요하다.

  • 서로 다른 네트워크를 연결해주는 장치로, 현재 네트워크에서 다른 네트워크로 패킷을 전송할 수 있게 한다.

  • 데이터 목적지가 정해지면 해당 목적지까지 어떤 경로로 가는것이 좋은지를 알려준다.

  • 인터넷 공유기(=브로드밴드 라우터 = 라우터) : 가정이나 소규모 기업 용도로 만든 라우터

  • 목적지 IP주소가 있어야, 데이터를 전송할 수 있다.

이때 스위치(레이어 2 스위치)만 있는 네트워크에서는 모든 컴퓨터와 스위치가 동일한 네트워크에 속한다. 하지만, 라우터가 있으면 네트워크를 분할 할 수 있다. 네트워크 분할 후 컴퓨터1에서 컴퓨터 6으로 접속한다고 가정을 하면, 컴퓨터1은 다른 네트워크로 데이터를 보낼 때 어디로 전송해야하는지 모르므로 네트워크 출입구(라우터 IP 주소) 설정이 필요하다.

  • 기본 게이트웨이 : 네트워크의 출입구를 설정(라우터 IP 주소 설정)

위 그림에서는 192.168.1.1, 192.168.2.1로 기본 게이트웨이를 설정하고 있다.

맥에서는 설정 > 네트워크에서 네트워크를 임의로 추가해, 설정할 수 있다.

라우팅

경로 정보를 기반으로 현재 네트워크에서 다른 네트워크로 최적의 경로를 통해 데이터를 전송하는 방식이다.

라우팅 테이블

컴퓨터 네트워크에서 목적지 주소를 목적지에 도달하기 위한 네트워크 노선으로 변환하는 목적으로 사용된다. 즉, 최적화된 경로 정보가 등록되어있는 것이다.

  • 수동으로 등록하는 방법 : 소규모 네트워크에 적합

    • 네트워크 관리자가 수동으로 등록

  • 자동으로 등록하는 방법 : 대규모 네트워크에 적합

    • 라우터 간에 경로 정보를 서로 교환해서, 라우팅 테이블 정보를 자동으로 수정

라우팅 프로토콜

라우터 간에 라우팅 정보를 교환하기 위한 프로토콜이다. 라우팅 프로토콜을 설정해 라우터간에 경로 정보를 서로 교환하고, 라우팅 테이블에 등록해서 나가게된다.

  • RIP

  • OSPF

  • BGP

가 대표적인 라우팅 프로토콜이다.

정적 라우팅

  • 관리자가 미리 라우팅 테이블에 경로를 수동으로 추가하는 방법

  • 목적지까지 경로를 고정하거나 목적지까지 경로가 하나로 한정되는 경우 사용

  • 네트워크에 존재하는 모든 목적지 네트워크 정보를 라우터에 알려줘야 한다(라우터 테이블에 등록)

  • 소규모 네트워크에 사용

  • 라우팅 정보가 교환되지 않아 대역폭에 대한 부담 적음

  • 라우팅 정보가 네트워크로 전달되지 않아 보안 유지에도 좋음

  • 동적으로 반영되지 않아, 어떤 경로에 장애가 발생해도 다른 경로로 우회할 수 없어, 네트워크 관리자가 설정을 하나하나 변경해야함

동적 라우팅

  • 네트워크 변경을 자동으로 감지해 라우팅 테이블을 업데이트

  • 네트워크 장애 발생시 라우터끼리 정보를 교환해 최적의 경로 전환

  • 관리자가 라우터 테이블에 수동으로 경로를 추가할 필요 없음

  • 대규모 네트워크에 적합

mac에서 확인해보기

$ netstat -rn # 네트워크 게이트웨이(라우팅 테이블)
$ route get default # default gateway 확인
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