VLSM

agnusdei·2024년 12월 16일
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VLSM (Variable Length Subnet Mask)

1. 등장 배경

초기 인터넷의 IP 주소 관리 방식은 Classful Addressing(클래스 기반 주소 체계)였습니다. 이 방식은 네트워크를 A, B, C 클래스 등의 고정 크기로 나누어 운영하였으나, 각 클래스의 주소 공간이 고정되어 있어 주소 낭비가 심각한 문제가 되었습니다. 예를 들어, Class B는 65,534개의 호스트를 지원하지만, 네트워크가 2,000개의 호스트만 필요하다면 나머지 63,534개의 주소는 낭비됩니다. 이러한 자원 낭비를 해결하기 위해 Variable Length Subnet Mask(VLSM) 기술이 등장하였습니다.

2. 목적

VLSM의 주된 목적은 IP 주소 자원을 최대한 효율적으로 사용하는 것입니다. 네트워크의 요구 사항에 따라 서브넷 마스크를 유동적으로 조정하여 네트워크 크기에 맞는 주소를 할당할 수 있도록 지원합니다. 이를 통해 다음과 같은 목적을 달성할 수 있습니다:

  1. IP 주소 낭비 최소화: 네트워크의 크기에 맞게 서브넷을 설계하여 불필요한 주소 낭비를 줄입니다.
  2. 유연한 네트워크 설계: 네트워크의 규모와 트래픽 요구사항에 따라 맞춤형 설계를 지원합니다.
  3. 라우팅 효율성 향상: 서브넷 경로 정보를 간소화하여 라우팅 테이블 크기를 줄이고 효율성을 높입니다.

3. 역할

VLSM은 네트워크 설계와 운영에서 다음과 같은 역할을 수행합니다:

  1. 서브넷 분할: 서로 다른 크기의 서브넷을 지원하여 다양한 네트워크 요구를 충족합니다.
  2. 효율적인 주소 관리: IP 주소 블록을 네트워크 규모에 따라 적절히 배분하여 주소 자원의 효율성을 극대화합니다.
  3. Classless Inter-Domain Routing (CIDR) 지원: VLSM은 CIDR와 함께 사용되어 네트워크의 유연성과 확장성을 제공합니다.
  4. 라우터 구성 지원: VLSM을 통해 각 서브넷의 크기와 요구 사항에 따라 라우팅 정보를 관리합니다.

4. 개념

Variable Length Subnet Mask는 네트워크 내에서 서로 다른 길이의 서브넷 마스크를 사용하는 기술입니다. 기존의 Classful Addressing 방식에서는 모든 서브넷이 동일한 크기의 서브넷 마스크를 사용해야 했으나, VLSM은 네트워크 내 각 서브넷이 요구하는 크기에 따라 다른 서브넷 마스크를 적용할 수 있습니다.

예를 들어, 192.168.1.0/24 주소 블록이 주어진 경우, 이를 다음과 같이 나눌 수 있습니다:

  • 큰 서브넷: 192.168.1.0/25 (128개의 호스트 지원)
  • 작은 서브넷: 192.168.1.128/26 (64개의 호스트 지원)
  • 더 작은 서브넷: 192.168.1.192/27 (32개의 호스트 지원)

이처럼 필요에 따라 IP 주소 공간을 효율적으로 나누는 것이 VLSM의 핵심입니다.

5. 구성요소

  1. IP 주소 (IP Address)

    • 네트워크와 호스트를 식별하는 데 사용되는 32비트 주소입니다.

  2. 서브넷 마스크 (Subnet Mask)

    • 네트워크와 호스트 비트를 구분하는 데 사용됩니다. VLSM에서는 서브넷 마스크 길이가 가변적입니다.

  3. 라우팅 프로토콜 (Routing Protocols)

    • VLSM을 지원하는 라우팅 프로토콜이 필요합니다. 대표적으로 OSPF(Open Shortest Path First), RIPv2(Routing Information Protocol Version 2), EIGRP(Enhanced Interior Gateway Routing Protocol) 등이 있습니다.

  4. 라우터 (Router)

    • 서브넷 간 트래픽을 라우팅하고 VLSM 설정을 처리합니다.

6. 시간순 작동 순서

  1. 네트워크 요구 사항 분석

    • 네트워크에서 필요한 서브넷의 수와 각 서브넷에서 요구되는 호스트 수를 계산합니다.

  2. IP 주소 블록 할당

    • 가장 큰 서브넷부터 시작하여 IP 주소 블록을 할당합니다. 각 서브넷의 크기는 2^n (n: 호스트 비트 수)로 계산됩니다.

  3. 서브넷 마스크 설정

    • 각 서브넷에 적합한 서브넷 마스크를 정의합니다. 예: /25, /26, /27 등.

  4. 라우터 구성

    • 라우터의 라우팅 테이블에 서브넷 경로를 추가하여 트래픽이 올바른 경로로 전달되도록 설정합니다.

  5. 테스트 및 검증

    • 서브넷 간 통신을 확인하여 IP 주소 설정과 라우팅 구성이 올바른지 검증합니다.

7. 종류

  1. Classless Routing Protocols

    • VLSM을 지원하는 라우팅 프로토콜입니다. 예: OSPF, EIGRP, RIPv2.

  2. Classful Routing Protocols

    • VLSM을 지원하지 않는 프로토콜입니다. 예: RIPv1.

8. 장단점

장점

  1. IP 주소 낭비 최소화

    • 서브넷 크기를 유연하게 조정하여 필요한 만큼의 IP 주소만 할당합니다.

  2. 유연한 설계

    • 네트워크 크기에 따라 서브넷을 맞춤 설계할 수 있어 효율성이 높습니다.

  3. 라우팅 효율성 향상

    • 불필요한 경로 정보를 줄여 라우팅 테이블을 간소화합니다.

단점

  1. 설계 복잡성 증가

    • 각 서브넷의 크기를 신중하게 계산하고 구성해야 하므로 설계가 복잡합니다.

  2. 라우터 요구사항

    • VLSM을 지원하지 않는 라우터나 프로토콜은 사용할 수 없습니다.

  3. 오류 발생 가능성 증가

    • 서브넷 마스크 계산 오류나 라우팅 설정 오류로 인해 네트워크 문제가 발생할 가능성이 높습니다.

9. 전망 및 개선점

전망

  • VLSM은 IPv4 주소 고갈 문제를 완화하는 데 중요한 기술로 자리 잡고 있으며, IPv6에서도 유사한 서브넷 설계 방식을 지원합니다. 특히 중소규모 네트워크에서는 VLSM을 통해 비용 효율적이고 유연한 네트워크 설계가 가능합니다.

개선점

  1. 자동화 도구 사용

    • IP 주소 설계 및 관리에 자동화 도구를 활용하여 복잡성을 줄이고 오류를 최소화할 수 있습니다.

  2. 교육 강화

    • 네트워크 설계자와 관리자에게 VLSM 개념과 사용법에 대한 교육을 강화하여 실수를 줄입니다.

  3. IPv6로의 전환 준비

    • VLSM 개념을 IPv6 설계에 접목하여 네트워크 확장성과 효율성을 지속적으로 개선할 수 있습니다.

실무 사례

  • 대기업 본사 및 지사 네트워크: 본사에서는 큰 서브넷(예: /22)을 사용하고, 지사에서는 작은 서브넷(예: /28)을 사용하여 효율적으로 네트워크를 설계합니다.
  • 인터넷 서비스 제공자(ISP): VLSM을 활용하여 고객들에게 필요한 IP 주소 블록을 맞춤 제공.
  • 학교 및 캠퍼스 네트워크: 학과별 또는 부서별로 적절한 크기의 서브넷을 설정하여 네트워크를 관리.

VLSM은 네트워크 설계와 운영에서 필수적인 기술로 자리 잡고 있으며, 효율적인 IP 주소 관리를 통해 현재와 미래의 네트워크 요구를 충족하는 데 중요한 역할을 합니다.

다시 한 번, 서브넷 마스크를 기반으로 IP 주소 범위와 호스트 수를 계산하는 방법을 계산식과 함께 정리하겠습니다.

1. 큰 서브넷: 192.168.1.0/25

  • 서브넷 마스크: /25는 서브넷 마스크가 255.255.255.128입니다.

    • 이는 첫 25비트가 네트워크 주소를 정의하고, 나머지 7비트가 호스트 주소를 정의하는 것입니다.

  • IP 범위:

    • IP 주소 범위는 192.168.1.0부터 192.168.1.127까지입니다.
    • 첫 번째 IP 주소 (192.168.1.0)는 네트워크 주소이고, 마지막 IP 주소 (192.168.1.127)는 브로드캐스트 주소입니다.
    • 사용 가능한 IP 주소는 192.168.1.1부터 192.168.1.126까지입니다.

  • 호스트 수:

    • 서브넷에 할당된 7비트는 호스트 주소를 위해 사용됩니다.
    • 가능한 호스트 수 계산:
      [
      2^7 - 2 = 128 - 2 = 126
      ]
      (2는 네트워크 주소와 브로드캐스트 주소를 제외한 값입니다.)
    • 따라서, 이 서브넷은 126개의 호스트를 지원합니다.

2. 작은 서브넷: 192.168.1.128/26

  • 서브넷 마스크: /26은 서브넷 마스크가 255.255.255.192입니다.

    • 첫 26비트가 네트워크 주소를 정의하고, 나머지 6비트가 호스트 주소를 정의합니다.

  • IP 범위:

    • IP 주소 범위는 192.168.1.128부터 192.168.1.191까지입니다.
    • 첫 번째 IP 주소 (192.168.1.128)는 네트워크 주소이고, 마지막 IP 주소 (192.168.1.191)는 브로드캐스트 주소입니다.
    • 사용 가능한 IP 주소는 192.168.1.129부터 192.168.1.190까지입니다.

  • 호스트 수:

    • 서브넷에 할당된 6비트는 호스트 주소를 위해 사용됩니다.
    • 가능한 호스트 수 계산:
      [
      2^6 - 2 = 64 - 2 = 62
      ]
      (2는 네트워크 주소와 브로드캐스트 주소를 제외한 값입니다.)
    • 따라서, 이 서브넷은 62개의 호스트를 지원합니다.

3. 더 작은 서브넷: 192.168.1.192/27

  • 서브넷 마스크: /27은 서브넷 마스크가 255.255.255.224입니다.

    • 첫 27비트가 네트워크 주소를 정의하고, 나머지 5비트가 호스트 주소를 정의합니다.

  • IP 범위:

    • IP 주소 범위는 192.168.1.192부터 192.168.1.223까지입니다.
    • 첫 번째 IP 주소 (192.168.1.192)는 네트워크 주소이고, 마지막 IP 주소 (192.168.1.223)는 브로드캐스트 주소입니다.
    • 사용 가능한 IP 주소는 192.168.1.193부터 192.168.1.222까지입니다.

  • 호스트 수:

    • 서브넷에 할당된 5비트는 호스트 주소를 위해 사용됩니다.
    • 가능한 호스트 수 계산:
      [
      2^5 - 2 = 32 - 2 = 30
      ]
      (2는 네트워크 주소와 브로드캐스트 주소를 제외한 값입니다.)
    • 따라서, 이 서브넷은 30개의 호스트를 지원합니다.

요약

서브넷서브넷 마스크IP 범위호스트 수
192.168.1.0/25255.255.255.128192.168.1.0 ~ 192.168.1.127126
192.168.1.128/26255.255.255.192192.168.1.128 ~ 192.168.1.19162
192.168.1.192/27255.255.255.224192.168.1.192 ~ 192.168.1.22330

각 서브넷에서의 호스트 수 계산 과정

  1. 192.168.1.0/25:

    • 호스트 비트: 7
    • 호스트 수 계산: [ 2^7 - 2 = 128 - 2 = 126 ]

  2. 192.168.1.128/26:

    • 호스트 비트: 6
    • 호스트 수 계산: [ 2^6 - 2 = 64 - 2 = 62 ]

  3. 192.168.1.192/27:

    • 호스트 비트: 5
    • 호스트 수 계산: [ 2^5 - 2 = 32 - 2 = 30 ]

각 서브넷은 서브넷 마스크에 의해 호스트 수가 제한되며, 서브넷 마스크에 맞는 비트 수만큼 계산된 호스트 수를 제공합니다.

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