OSI 3계층 네트워크 계층 (1) - IP주소와 IPv4, IPv6

3계층의 역할

3계층 네트워크 계층은 서로 다른 LAN 대역을 연결하고, 데이터가 네트워크를 넘어 전송되도록 하는 중요한 역할을 수행합니다. 네트워크의 전송은 IP주소를 기반으로 합니다. LAN과 LAN을 연결하여 WAN을 구성하며, 이 계층에서의 주요 장비는 라우터입니다. 스위치와 같은 2계층 장비만으로는 다른 네트워크 대역 간 통신을 구현할 수 없습니다. 즉, 멀리 떨어진 네트워크로 데이터를 보내기 위해서는 3계층의 라우팅 기능이 필수적입니다. 라우팅이란 네트워크 간 통신을 가능하게 하는 기능인데 데이터 패킷이 최적의 경로를 통해 목적지까지 도달하도록 돕습니다. 또한, 단편화(Fragmentation) 작업도 3계층에서 이루어집니다. 이 과정에서는 패킷 크기를 MTU(Maximum Transmission Unit) 이하로 쪼개어 데이터 전송의 안정성을 확보합니다.

 

라우팅에 대한 포스트

https://pigggulggul.tistory.com/13

IP주소와 MAC주소

• IP (Internet Protocol): 네트워크 계층 (3계층)에서 라우팅 및 패킷 전달 할 때 사용합니다. 고유하며 계층적인 주소 체계를 가지고 있습니다. 또한 IP 주소는 Host에 대한 식별자입니다. IP의 종류로는 IPv4와 IPv6가 있습니다.
• MAC (Media Access Control): 데이터 링크 계층 (2계층)에서 사용됩니다. MAC 주소는 로컬 네트워크에서만 유효하며, 네트워크 인터페이스 카드(NIC)에 고유하게 할당됩니다. 같은 LAN 안에서 데이터 프레임을 전송하고 받습니다.

MAC 주소와 IP 주소의 차이

MAC 주소를 IP 주소로 대체하는 이유

MAC(Media Access Control) 주소는 네트워크 인터페이스에 고유하게 할당된 2계층 주소입니다. 그러나 네트워크 규모가 커질수록 MAC 주소를 하나의 컴퓨터가 알기는 매우 어렵습니다. 예를 들어, MAC 주소는 주민등록번호에 비유할 수 있는데, 단순히 주민등록번호만으로 택배를 보낼 수 없는 것처럼, 데이터 전송에도 도달 경로를 위한 논리적 주소(IP 주소)가 필요합니다. 그래서 같은 LAN에서 통신을 할 때에도 IP 주소가 MAC 주소보다 먼저 활용이 됩니다.

역할의 차이

• MAC 주소: 네트워크 상에서 데이터의 송신자와 수신자를 식별. (수신인, 발신인)
• IP 주소: 논리적 네트워크에서 데이터의 송신지와 수신지를 식별. ( 수신 주소, 발신 주소)

IP의 주요 기능

IP 주소는 네트워크 주소와 호스트 주소로 구분됩니다. IP 주소 체계는 길이가 동적이며, 서브넷 마스크와 함께 사용되어 네트워크와 호스트 구분을 명확히 합니다.

1. 주소 지정
   IP는 네트워크의 송신지와 수신지를 식별하는 데 사용됩니다.
2. 단편화
   패킷 크기가 MTU보다 클 경우, 이를 분리하여 데이터 전송 후 목적지에서 다시 조합합니다.

ipconfig의 주소

CMD 창을 열어 (window 키+R키) ipconfig를 타이핑하면 여러 주소가 나오는 것을 확인 할 수 있습니다. 각 주소에 대한 설명은 알애와 같습니다.

 

IPv4 주소

IPv4는 현재 PC에 할당된 고유 주소를 의미합니다. 원활한 통신을 위해 서브넷 마스크와 게이트웨이 주소도 함께 필요합니다

 

서브넷 마스크

네트워크 대역과 호스트 구간을 구분합니다. 이를 통해 IP 주소의 네트워크 ID와 호스트 ID를 파악할 수 있습니다.

 

게이트웨이

네트워크의 외부 통신 출입구 역할을 합니다.

IPv4와 IPv6의 차이

IPv4와 IPv6는 다음와같은 차이가 있습니다.

1. 주소 길이:
   • IPv4: 32비트, "x.x.x.x" 형식으로 표기됩니다. 192.168.0.1과 같은 형태입니다. 약 42억 개의 고유한 주소를 생성합니다.
   • IPv6: 128비트, "x:x:x:x:x:x:x:x" 형식으로 표기되고 한 자리당 4개의 16진수로 이루어져있다. 거의 무한한 주소 공간을 가집니다.
2. 주소 고갈 문제:
   • IPv4: 사용 가능한 주소가 거의 소진되어 NAT(Network Address Translation) 중간 계층 기술이 필요합니다.
   • IPv6: 넓은 주소 공간으로 주소 고갈의 문제가 없습니다.
3. 보안 및 인증:
   • IPv4: 추가적인 프로토콜이 필요합니다.
   • IPv6: 내장된 보안 기능과 IPsec (Internet Protocol Security)를 지원하여 데이터 무결성, 기밀성 및 인증을 강화합니다.
4. 헤더 구조:
   • IPv4: 단순, 라우팅 및 플래그 관련 정보를 포함합니다.
   • IPv6: 확장된 헤더로 다양한 기능 지원합니다. (Qos, Hop-by-Hop 옵션, 라우팅, 인증, 암호화 등)
5. 지원 및 채택:
   • IPv4: 오랜 기간동안 사용되었고, 현재도 널리 사용하고 있습니다. 그러나 IPv4 주소의 고갈로 인해 IPv6로의 전환이 진행 중입니다.
   • IPv6: IPv6는 미래의 인터넷 환경을 준비하기 위한 중요한 기술잉기에 많은 기업과 인터넷 서비스 제공업체(ISP)가 IPv6를 채택하고 있습니다.

IPv4가 계속 사용되는 이유

아래와 같은 이유때문에 IPv4가 아직까지 사용되고 있습니다.

1. 레거시 시스템 및 장비: 많은 레거시 시스템과 네트워크 장비가 IPv4를 사용하고 있으며, IPv6를 지원하지 않거나 호환성 문제가 있는 경우가 있어 IPv6로의 전환이 어려움.
2. IPv4 주소 고갈 문제: IPv4 주소는 대부분 소진되었으며, 새로운 IPv4 주소 할당은 제한되었지만 기존의 IPv4 주소 체계는 아직까지 네트워크에서 사용하고 있습니다.
3. IPv6 전환의 복잡성: IPv6로의 전환은 기존 네트워크 및 서비스 제공 업체에 대한 비용과 노력이 필요합니다.
4. 네트워크 전반적인 안정성: IPv4는 오랜 기간 동안 사용되어 왔으며, 많은 네트워크와 서비스가 IPv4에 익숙합니다. IPv6로의 전환은 새로운 기술과 프로토콜을 도입하므로 안정성과 호환성을 확인해야 합니다.
5. 네트워크 운영자와 관리자의 역량: IPv6 전환은 네트워크 운영자와 관리자의 역량과 노력이 필요합니다.

IPv6의 중요성과 이점은 인식되고 있으며, 많은 조직과 서비스 제공 업체가 IPv6를 도입하고 있습니다. 하지만 전환은 시간이 걸리며, IPv4와 IPv6가 동시에 사용되는 과도기적인 단계가 계속되고 있습니다. 미래에는 IPv6가 더 널리 채택될 것으로 예상되지만, 기존 IPv4 인프라와의 호환성 유지와 관련된 과제도 여전히 존재합니다.