OSI 3계층 네트워크 계층 (2) - 클래스풀 주소, 사설, 공인 IP주소

클래스풀 주소 체계(Classful Addressing)

클래스풀 주소 체계는 IP 주소를 A, B, C, D, E로 나누어 각 클래스별로 고정된 범위와 서브넷 마스크를 사용하는 방식입니다. 과거에는 널리 사용되었으나, IP 주소의 낭비가 많아 오늘날에는 클래스리스 방식으로 대체되었습니다.

클래스별 주소 범위

주로 사용하는 A, B, C 클래스의 주소 범위는 다음과 같습니다.

• A 클래스:
  • 범위: 0.0.0.0 ~ 127.255.255.255
  • 서브넷 마스크: 255.0.0.0
• B 클래스:
  • 범위: 128.0.0.0 ~ 191.255.255.255
  • 서브넷 마스크: 255.255.0.0
• C 클래스:
  • 범위: 192.0.0.0 ~ 223.255.255.255
  • 서브넷 마스크: 255.255.255.0

예시: 172.16.12.45

• 네트워크 주소: 172.16.0.0 (호스트 비트가 모두 0).
• 브로드캐스트 주소: 172.16.255.255 (호스트 비트가 모두 1).

클래스리스 주소 체계(Classless Addressing)

클래스리스 주소 체계는 네트워크를 더 유연하게 나누기 위해 서브넷 마스크를 사용하며, 현재 널리 사용됩니다.

주요 특징

• 네트워크와 호스트 구분: 서브넷 마스크로 결정
• 주소 낭비를 줄이고 작은 네트워크를 효과적으로 지원
• CIDR(Classless Inter-Domain Routing) 표기법 사용:
  예: 192.168.100.103/30 → 서브넷 마스크에서 1의 개수를 슬래시 뒤 숫자로 표시.

서브넷 마스크

• IP 주소 상에서 네트워크 주소는 1, 호스트 주소는 0으로 이루어진 비트열입니다
• Classful한 네트워크 대역을 나눠주는데 사용하는 값입니다. 특정 장비를 식별하는 호스트ID와 장비가 속한 네트워크를 식별하는 네트워크ID가 존재합니다.
• 네트워크 대역의 범위와 호스트 대역의 범위를 구분 할 수 있습니다
• 서브넷 마스크와 IP 주소를 비트 단위로 AND 연산하면 네트워크 주소를 추출할 수 있습니다.
• 2진수로 표기했을 때 1로 시작하고, 연속된 1로 구성되어있어서 1과 1사이에는 0이 올 수 없습니다. 한 번 0이 오면 끝까지 0
• 255.255.255.0 -> 11111111.11111111.11111111.00000000 (C클래스)
• 255.255.0.0 -> 11111111.11111111.00000000.00000000 (B클래스)
• 255.0.0.0 -> 11111111.00000000.00000000.00000000 (A클래스)

공인 IP와 사설 IP

사설IP와 공인IP가 현재 사용하는 IPv4의 개념입니다.

공인 IP

• 인터넷에서 고유하게 사용되는 IP 주소.
• 인터넷 서비스 제공업체(ISP)를 통해 할당.

사설 IP

• 로컬 네트워크에서 사용하는 IP 주소.
• 고유하지 않으며, 다른 네트워크에서 동일한 주소를 사용할 수 있음.

주요 사설 IP 대역

• 0.0.0.0/8
• 10.0.0.0/8
• 127.0.0.0/8
• 172.16.0.0/12
• 192.168.0.0/16
• 192.0.0.0/24

특수 IP 주소

• 0.0.0.0: 모든 IP를 대표하는 주소.
• 127.0.0.1: 루프백 주소, 자기 자신을 지칭.
• 게이트웨이 주소: 네트워크 대역 내 가장 작거나 큰 IP. 외부 네트워크로 나가는 출입구 역할.

사설IP와 공인IP로 부족한 IP문제에 통신하는 방법

사설 IP를 사용하는 장비들이 네트워크 통신 할 때 공인 IP로 바꿔서 인터넷과 통신합니다. 예를들어 강의실 -> 티스토리로 통신 할 때 강의실의 장치들이 공인 IP 하나로 바껴서 이동합니다. 그래서 외부(티스토리)에서 강의실을 볼 때는 어느 장치가 통신을 보냈는지 구분이 되지 않습니다. 공유기에 할당된 IP만 보이기 때문에 공유기 측에서 요청을 보낸 기기를 찾아야합니다. 위의 과정에서 나온 것 처럼 사설 IP에서 공인 IP로 바꾸는 작업을 NAT라고 한다. NAT는 특정 아이피를 다른 특정 아이피로 바꾸는 것을 의미합니다. 그래서 사설 -> 사설, 공인 -> 공인으로도 바꿀 수 있다.

• 외부에서 통신 할 때 사설 네트워크 대역이 없는것처럼 보입니다 (티스토리가 30대의 기기가 있는 강의장을 볼 때 1대의 장치로 보입니다)
• 각자 인터넷을 얽히지않고 따로 할 수 있는건 공유기가 처리해서입니다. 공유기를 타고 WAN 대역으로 나갈 때 NAT 테이블에 기록하고 응답이 왔을 때 NAT 테이블을 보고 대상한테 전달합니다
• 나간 적 없는 패킷이 응답으로 들어오면 공유기가 받고 사설에 전달하지 않고 종료합니다
• 내부(사설 네트워크)에 특정 웹 서버가 있는 경우 공유기가 받고 응답을 주지 않기 때문에 서버의 경우 공인 IP를 쓰거나 공유기에 추가 작업을 합니다(포트포워딩 : 4계층)
• 공인 IP 하나당 사설 네트워크 대역이 따로 생긴거라서 IP 하나당 0.0.0.0 ~ 255.255.255.255 가 생깁니다. 이런 방식을 통해 부족현상이 어느정도 해결 되었습니다.

NAT(Network Address Translation)

사설 IP가 공인 IP로 변환되어 인터넷 통신이 가능하도록 하는 기술입니다

 

장점: 하나의 공인 IP로 여러 사설 IP를 공유해 IP 주소 부족 문제 해결 할 수 있습니다.

 

기능: 사설 IP에서 공인 IP로 요청을 변환하고, 응답 패킷을 다시 사설 IP로 전달합니다.

 

NAT 테이블: 요청한 장치를 추적하여 응답 데이터를 적절히 라우팅합니다.

정적 IP와 동적 IP

정적 IP

• 관리자가 직접 설정한 고정 IP 주소.
• 서버, 네트워크 장비 등 고정된 IP가 필요한 환경에서 사용.

동적 IP

• DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)를 통해 자동으로 할당합니다. DHCP는 정해진 임대 시간이 끝날 경우 임대 갱신을 수행합니다. (자동 수행, 수동 수행)
• 사용 가능한 IP 주소를 임대하여 네트워크 관리 편리성을 제공합니다

DHCP 동작 과정

1. 호스트 → 브로드캐스트 요청.
2. DHCP 서버 → 사용 가능한 IP 목록 제공.
3. 호스트 → 특정 IP 요청.
4. DHCP 서버 → IP 할당 및 임대.

공유기

공유기는 스위치, 라우터, NAT등 다양한 기능을 제공하는 네트워크 장비 종합선물입니다.

이더넷 크기

• 최소: 60바이트.
• 최대: 1512바이트.