8. IP 주소

알아볼 내용

1. 네트워크 주소, 호스트 주소
2. 서브넷 마스크
3. CIDR
4. NAT

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네트워크 주소와 호스트 주소

하나의 IP 주소 = 네트워크 주소 + 호스트 주소

• 네트워크 주소 : 호스트가 속한 특정 네트워크 식별
• 호스트 주소 : 네트워크 내에서 특정 호스트 식별

예시 : 172.16.12.45

• 옥텟 기준 1/ 3으로 분할하는 경우 : 네트워크 주소 : 172, 호스트 주소 : 16.12.45
  • 상대적으로 많은 호스트에 IP 주소 할당 가능
• 적절한 분할 기준 애매 ⇒ ‘네트워크 크기에 따라 IP 주소를 분류하는 기준’인 클래스를 활용해 해결

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클래스풀 주소 체계 (classful addressing) : 클래스를 기반으로 IP 주소 관리

클래스 : 네트워크 크기에 따라 IP 주소를 분류하는 기준

class 종류

• A class (1/3) : 0.0.0.0 ~ 127.255.255.255
  • 네트워크 주소 (1옥텟) : 0으로 시작. 이론상 0~127 개의 A 클래스 네트워크 존재
  • 호스트 주소 (3옥텟) : $2^{24}$개 호스트 주소
• B class (2/2) : 128.0.0.0 ~ 191.255.255.255
  • 네트워크 주소 (2옥텟) : 10으로 시작. 이론상 $2^{14}$ 개 B 클래스 네트워크
  • 호스트 주소 (2옥텟) : $2^{16}$개 호스트 주소
• C class (3/1) : 192.0.0.0 ~ 223.255.255.255
  • 네트워크 주소 (3옥텟) : 110으로 시작. 이론상 $2^{21}$ 개 B 클래스 네트워크
  • 호스트 주소 (1옥텟) : $2^8$개 호스트 주소
• D, E class : 각각 멀티캐스트, 특수 목적을 위한 클래스로 네트워크 크기 나누는데 실질적으로 사용 안됨

호스트 주소 공간 모두 사용 가능?

• 호스트 주소가 모두 0, 혹은 모두 1인 주소는 특정 호스트 지칭 IP주소로 활용 불가능
  • 모두 0 : 해당 네트워크 자체를 의미하는 네트워크 주소
  • 모두 1 : 브로드캐스트 주소

클래스	초기 비트	주소별 비트	가능한 네트워크 수	가능한 호스트 수
A	0	8 / 24	$2^7$(128)	$2^{24}$(16,777,216) -2
B	10	16 / 16	$2^{14}$(16,384)	$2^{16}$(65,536) -2
C	110	24 / 8	$2^{21}$(2,097,152)	$2^8$(256) -2

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클래스리스 주소 체계 : 클래스에 구애받지 않고 서브넷 마스크를 이용해 네트워크와 호스트 주소를 구분하는 주소 체계

클래스풀 주소 체계의 한계

• 클래스별 네트워크 크기 고정 ⇒ 다수 IP 주소 낭비 가능성 큼
  • 단일 네트워크에서 1600만개 이상 혹은 6만개 이상 호스트가 필요한 경우 드뭄
• 사전에 정해진 A, B, C 클래스 외에는 다른 크기 네트워크 구성 못함
  • 300명 직원이 있는 회사 네트워크 : C 클래스 사용 못함 (254개만 할당 가능)

서브넷 마스크 : 네트워크 주소는 1, 호스트 주소는 0으로 표기한 비트열

• 클래스리스 주소 체계에서 네트워크/호스트 주소 구분 짓는 수단
• 클래스풀 주소 체계의 예시
  • A 클래스 : 255.0.0.0 (11111111.00000000.00000000.00000000)
  • B 클래스 : 255.255.0.0 (11111111.11111111.00000000.00000000)
  • C 클래스 : 255.255.255.0 (11111111.11111111.11111111.00000000)
• 서브네팅 (subnetting) : 서브넷 마스크를 이용해 클래스를 더 잘게 쪼개는 것 ⇒ 클래스리스의 장점

서브네팅 : 비트 AND 연산

• 서브넷 마스크를 이용해 네트워크 주소와 호스트 주소 구분하는 방법은 AND 연산
  • AND 연산으로 나온 주소가 네트워크 주소
• C클래스 주소 예시
  • IP 주소 : 192.168.219.103 = 11000000.10101000.11011011.01100111
  • 서브넷 마스크 : 255.255.255.0 = 11111111.11111111.11111111.00000000
  • AND 연산 : 192.168.219.0 = 11000000.10101000.11011011.000000

CIDR¹ 표기법 : 서브넷 마스크 표기법

• “IP 주소 / 서브넷 마스크상의 1의 개수” 형식으로 표기하는 방법
• 예시 : 192.168.0.2/25의 뜻
  • 서브넷 마스크 : 11111111.11111111.11111111.10000000 ⇒ 호스트 7비트
  • IP 주소와 서브넷 마스크 AND 연산 : 192.168.0.0 ⇒ 네트워크 주소
  • 할당 가능한 범위 : 192.168.0.1 ~ 192.168.0.126
  • 즉, 총 126개의 호스트를 할당할 수 있는 192.168.0.0이라는 네트워크에 속한 2라는 호스트
• 예시 : 192.168.10.67/26의 뜻
  • 서브넷 마스크 : 11111111.11111111.11111111.11000000 ⇒ 호스트 6비트
  • IP 주소와 서브넷 마스크 AND 연산 : 192.168.10.64 ⇒ 네트워크 주소
  • 할당 가능한 범위 : 192.168.10.65 ~ 192.168.0.126
  • 즉, 총 62개의 호스트를 할당할 수 있는 192.168.10.64라는 네트워크에 속한 67이라는 호스트

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공인 IP 주소와 사설 IP 주소

• IP는 MAC과 같은 유일한 주소인가? ⇒ 그런 주소도 있고 아닌 것도 있음
  • 고유한 IP 주소 : 공인 IP 주소
  • 고유하지 않은 IP 주소 : 사설 IP 주소

공인 IP 주소 (public IP address) : 전 세계에서 고유한 IP 주소

• 네트워크 간의 통신 등에 사용
• ISP 혹은 공인 IP 주소 할당 기관을 통해 할당
• 네이버, 구글의 서버 호스트가 인식한 우리의 IP 주소는 공인 IP

사설 IP 주소 (private IP address) 와 NAT

• 사설 네트워크에서 사용하기 위한 IP 주소
  • LAN내의 많은 호스트는 사설 IP 주소 사용
• 사설 IP 주소로 특별히 예약된 공간 있음. 하지만 어디까지나 라우터에 의해 해당 호스트가 속한 사설 네트워크상에서만 유효한 주소로 다른 네트워크상의 사설 IP와 중복 가능
  • 10.0.0.0/8
  • 172.16.0.0/12
  • 192.168.0.0/16

NAT (Network Address Translation) : IP 주소를 변환하는 기술

• 사설 IP 주소와 공인 IP 주소를 변환하는데 사용
  • 자세한 원리는 포트를 이해해야 함
• 대부분의 라우터와 (가정용) 공유기는 NAT 기능 내장
  • 사설 네트워크상에서 만들어진 패킷 송 사설 IP 주소는 공유기를 고쳐 공인 IP로 변경되고 외부 네트워크로 전송
  • 외부 네트워크로부터 받은 패킷 속 공인 IP 주소는 공유기를 거쳐 사설 IP 주소로 변경되어 사설 네트워크 속 호스트에 도착
• 공인 IP, 사설 IP 확인 : ifconfig
  • ifconfig | grep inet : 사설 IP
  • curl ifconfig.me : 공인 IP

그럼 노트북 사면 알아서 공인 IP 할당해주는 것??

X. 공유기(라우터)가 공인 IP를 받고 노트북은 사설 IP를 받음

• curl ifconfig.me 로 보이는 IP는 사설 IP가 NAT를 거친 결과로 외부에 보이는 IP
• 노트북 켜짐 → Wi-Fi 혹은 유선 LAN을 통해 공유기와 연결 → 공유기의 DHCP 서버 (뒤에 나옴)가 노트북에 사설 IP 자동 할당 → 공유기는 외부 ISP로부터 받은 공인 IP로 인터넷과 통신 → 공유기는 NAT 기술로 사설 IP를 공인 IP 변환
• 직접 할당 받는 케이스
  • 공유기 없이 모뎀에 직접 연결
  • 학교/기업 네트워크에서 공인 IP 풀 사용하는 경우
  • 클라우드 VM/서버 (EC2 등)

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정적 IP 주소와 동적 IP 주소

• 호스트에 IP 주소를 할당하는 방법은 두 가지 ^c09220
  • 정적 할당 by 수작업
  • 동적 할당 by DHCP

정적 할당 : 호스트에 직접 수작업으로 “정적 IP 주소” 부여

• 정적 할당을 위해 필요한 값
  • 부여하려는 IP 주소
  • 서브넷 마스크
  • 게이트웨이 (라우터) 주소 : default gateway² 의미 == 보통은 라우터 (공유기) 주소
  • DNS 주소 : 8.8.8.8 등…
• 호스트 수 많아질수록 관리 어려움

기본 게이트웨이 (default gateway)

내 컴퓨터에서 다른 네트워크 (특히 외부 인터넷)로 데이터를 보낼 때, 가장 먼저 거치는 라우터 (게이트웨이) 주소로 필요한 이유는 다음과 같음

• 네트워크 내부 장치끼리는 직접 통신 가능
• 하지만 외부 네트워크로 가려면 경로 알아야 함
• 이때 컴퓨터는 “내가 모르는 주소면 전부 일단 이 쪽으로 보내자”는 식으로 기본 게이트웨이 사용

보통은 공유기 IP 주소가 된다

동적 할당 : 호스트에 “동적 IP 주소” 동적으로 할당

• 사용되지 않을 경우 회수되고 할당될 때마다 다른 주소 받을 수 있음

DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) : [[2. 네트워크 미시적으로 살펴보기#TCP/IP 모델 (TCP/IP 4계층, 인터넷 프로토콜 스위트, TCP/IP 프로토콜 스택[ 1], 이론보단 구현 중심)|응용 계층]]에 속하는 IP 동적 할당에 사용되는 대표적인 프로토콜

• DHCP 서버 : 일반적으로 라우터 (공유기) 가 수행가능하지만 특정 호스트에게 해당 기능 추가 가능
  • 클라이언트에게 할당 가능한 IP 주소 목록 관리하다가 요청 들어오면 주소 할당
• 동적 할당 과정 : IP 주소를 할당받고자 하는 호스트 (클라이언트)와 DHCP 서버 간에 메시지를 주고받아서 이루어짐
  • DHCP Discover : 클라이언트가 브로드캐스트로 DHCP 서버에 보내는 메시지로 전송 시점의 송신지 IP 주소는 0.0.0.0 (미할당)
  • DHCP Offer : DHCP 서버가 클라이언트에게 할당해 줄 IP주소, 서브넷 마스크, 임대 기간 등의 정보를 송신하는 메시지
  • DHCP Request : 클라이언트가 브로드캐스트로 Offer에 대한 응답 송신
  • DHCP ACK : DHCP 서버가 보내는 최종 승인
• 임대 갱신 : 기간이 끝나면 반납 후 재할당 받아야 하지만 보통 기간 끝나기 전 두 차례 자동으로 갱신 수행

예약 주소 : 0.0.0.0 vs 127.0.0.1

특수한 목적을 위해 예약된 IP 주소 있음

• 0.0.0.0/8 : 이 네트워크의 이 호스트
• 127.0.0.0/8 : loopback 주소
• 10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12, 192.168.0.0/16 : 사설 네트워크
• …

루프백 주소는 자기 자신을 가리키는 주소로 보통 127.0.0.1을 사용하고 localhost라고도 불린다. 이 주소로 전송된 패킷은 자기 자신에게 돌아오기 때문에 마치 자기 자신을 다른 호스트인 것 처럼 간주하여 패킷을 전송할 수 있어서 주로 테스트나 디버깅 용도로 많이 사용한다.

0.0.0.0/8은 ‘이 네트워크의 이 호스트’ 를 지칭하도록 예약되어있다. 따라서 호스트가 IP 주소를 할당받기 전에 임시로 사용하는 경우가 많다.

0.0.0.0/0 은 ‘모든 임의의 IP 주소’를 의미하며 라우팅에서 디폴트 라우트를 나타내기 위해 사용된다

Footnotes

1. Classless Inter-Domain Routing notation ↩

2. gateway는 서로 다른 네트워크를 연결하는 하드웨어/소프트웨어적 수단. 그 중 default gateway는 호스트가 속한 네트워크 외부로 나가기 위한 기본적인 첫 번째 홉을 의미 ↩