[CS] IP 주소

Nakjoo·2023년 1월 16일

CS

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1. ARP

ARP(Address Resolution Protocol)란 IP 주소로부터 MAC 주소를 구하는 IP와 MAC 주소의 다리 역할을 하는 프로토콜이다.

ARP를 통해 가상 주소인 IP 주소를 실제 주소인 MAC 주소로 변환한다. 이와 반대로 RARP를 통해 실제 주소인 MAC 주소를 가상 주소인 IP 주소로 변환하기도 한다.

위의 그림 처럼 ARP Request 브로드캐스트를 보내서 IP 주소에 해당하는 MAC 주소를 찾는다 그리고 해당 주소에 맞는 장치가 'ARP Reply Unicast'를 통해 MAC 주소를 반환하는 과정을 거쳐 IP 주소에 맞는 MAC 주소를 찾게 된다.

용어

브로드캐스트
송신 호스트가 전송한 데이터가 네트워크에 연결된 모든 호스트에 전송되는 방식

유니캐스트
고유 주소로 식별된 하나의 네트워크 목적지에 1:1로 데이터를 전송하는 방식

2. 홉바이홉 통신

IP 주소를 통해 통신하는 과정을 홉바이홉 통신이라고 한다. 여기서 홉(hop)이란 건너뛰는 모습을 의미한다. 이는 통신망에서 각 패킷이 여러 개의 라우터를 건가는 모습을 비유적으로 표현한 것이다. 다음 그림처럼 수많은 서브네트워크 안에 있는 라우터의 라우팅 테이블 IP를 기반으로 패킷을 전달하고 또 전달해나가며 라우팅을 수행하며 최종 목적지까지 패킷을 전달한다.

즉, 통신 장치에 있는 '라우팅 테이블'의 IP를 통해 시작 주소부터 시작하여 다음 IP로 계속해서 이동하는 '라우팅' 과정을 거쳐 패킷이 최종 목적지까지 도달하는 통신을 말한다.

용어

라우팅
IP 주소를 찾아가는 과정

2.1. 라우팅 테이블

라우팅 테이블(routing table)은 송신지에서 수신지까지 도달하기 위해 사용되며 라우터에 들어가 있는 목적지 정보들과 그 목적지로 가기 위한 방법이 들어 있는 리스트를 뜻한다. 라우팅 테이블에는 게이트웨이와 모든 목적지에 대해 해당 목적지에 도달하기 위해 거쳐야 할 다음 라우터의 정보를 가지고 있다.

2.2. 게이트웨이

게이트웨이(gateway)는 서로 다른 통신망, 프로토콜을 사용하는 네트워크 간의 통신을 가능하게 하는 관문 역할을 하는 컴퓨터나 소프트웨어를 두루 일컫는 용어이다.

사용자는 인터넷에 접속하기 위해 수많은 톨게이트인 게이트웨이를 거쳐야 하며 게이트웨이는 서로 다른 네트워크상의 통신 프로토콜을 변환해주는 역할을 하기도 한다.

3. IP 주소 체계

IP 주소는 IPv4와 IPv6로 나뉜다. IPv4는 32비트를 8비트 단위로 점을 찍어 표기하며, 123.45.67.89 같은 방식으로 IP 주소를 나타낸다. IPv6는 64비트를 16비트 단위로 점을 찍어 표기하며, 2001:db8::ff00:42:8329 같은 방식으로 IP 주소를 나타낸다.

추세는 IPv6로 가고 있지만 현재 가장 많이 쓰이는 주소 체계는 IPv4이며 이후에 설명할 때도 IPv4를 기준으로 설명한다.

3.1. 클래스 기반 할당 방식

IP 주소 체계는 과거를 거쳐 발전해오고 있으며 처음에는 A, B, C, D, E 다섯 개의 클래스로 구분하는 클래스 기반 할당 방식(classful network addressing)을 썼다. 앞에 있는 부분을 네트워크 주소, 그 뒤에 있는 부분을 컴퓨터에 부여하는 주소인 호스트 주소로 놓아서 사용한다.

클래스 A, B, C는 일대일 통신으로 사용되고 클래스 D는 멀티캐스트 통신, 클래스 E는 앞으로 사용할 예비용으로 쓰는 방식이다. 예를 들어 클래스 A의 경우 0.0.0.0부터 127.255.255.255까지 범위를 갖는다.

3.2. DHCP

DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)는 IP 주소 및 기타 통신 매개변수를 자동으로 할당하기 위한 네트워크 관리 프로토콜이다. 이 기술을 통해 네트워크 장치의 IP 주소를 수동으로 설정할 필요 없이 인터넷이 접속할 때마다 자동으로 IP 주소를 할당할 수 있다.

많은 라우터와 게이트웨이 장비에 DHCP 기능이 있으며 이를 통해 대부분의 가정용 네트워크에서 IP 주소를 할당한다.

3.3. NAT

NAT(Network Address Translation)는 패킷이 라우팅 장치를 통해 전송되는 동안 패킷의 IP 주소 정보를 수정하여 IP 주소를 다른 주소로 매핑하는 방법이다. IPv4 주소 체계만으로는 많은 주소들을 모두 감당하지 못하는 단점이 있는데, 이를 해결하기 위해 NAT로 공인 IP와 사설 IP로 나눠서 많은 주소를 처리한다. NAT를 가능하게 하는 소프트웨어는 ICS, RRAS, Netfilter 등이 있다.

3.3.1 공유기와 NAT

NAT를 쓰는 이유는 주로 여러 대의 호스트가 하나의 공인 IP 주소를 사용하여 인터넷에 접속하기 위함이다. 예를 들어 인터넷 회선 하나를 개통하고 인터넷 공유기를 달아서 여러 PC를 연결하여 사용할 수 있는데, 이것이 가능한 이유는 인터넷 공유기에 NAT 기능이 탑재되어 있기 때문이다.