서브넷팅과 VSLM (네트워크1)

심채운·2023년 6월 5일
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서브넷팅과 VSLM

IPv4

IPv4는 32bit의 크기를 가지며, 4개의 옥텟(Octet)으로 구분되어 10진수로 나타내어진다. 주로 네트워크 장치에 할당하는 IP 주소를 의미하며, 이 주소는 사설 IP 대역과 공인 IP 주소 대역으로 나뉘어진다. 네트워크 장치가 외부로 통신하기 위해서는 반드시 공인 IP 대역의 주소를 사용하여야 한다.

IPv6

IPv6는 IPv4가 주를 이루고 있는 현재의 네트워크 환경에서 생기는 주소 부족 문제를 해결하기 위하여 개발된 차세대 주소이며, 128bit의 16진수를 사용하여 주소를 표현한다. 주소 자동 생성 기능이 있으며, IPv6는 특정 주소의 표현에 있어서 생략이 가능하다.

서브넷팅

서브넷팅은 IP 주소 자원을 효율적으로 사용하기 위하여 주소를 나눠서 사용하는 방법을 의한다. IPv4의 경우 주소를 Class별로 나누고 지정되어 있는 기본 서브넷 마스크를 사용하여 주소를 표현하지만, 서브넷팅은 기본 서브넷 주소를 사용하지 않고, 네트워크 상황에 따라 적당한 크기의 서브넷 마스크를 사용하여 IP 주소를 나누어 사용하므로 IP 주소의 낭비를 막을 수 있다.

IPv4 및 IPv6

IPv4

  • IP프로토콜은 OSI 참조 모델의 3계층인 네트워크 계층에서 정의
  • IP는 최선형 서비스를 이용하여 패킷을 전달
  • 패킷이 목적지에 도착한다고 보장하지 않음
  • IPv4는 32bit이며, 4개의 옥텟으로 구분되어짐. ex. 8.8.8.8 => 32bit 0.0.0.0 ~ 255.255.255.255
  • 사설 IP 대역과 공인 IP주소 대역이 있으며, 외부로 통신하기 위해서는 반드시 공인 IP대역의 주소를 사용하여야 함
  • 주소 대역이 A,B,C,D,E(class)의 형태로 나뉘어져 있으며, 장치에 할당하여 사용
    • 사용 가능한 주소 대역은 A,B,C
    • D는 Multicast용으로 사용
    • E의 경우 연구용으로 남겨놓음

IPv6

  • IPv6는 IPv4가 주를 이루고 있는 현재의 네트워크 환경에서 생기는 주소 부족 문제를 해결하기 위해 사용
  • IPv6는 128bit의 16진수를 사용하여 주소를 표현하며 주소 자동 생성
  • IPv6는 주소 생략이 가능
    • 각 필드에서 선행하는 0은 생략이 가능 (ex. 0207 =>207, 00BC =>BC, 0000=>0)
    • 연속된 0은 모두 삭제할 수 있으며, 이때 2개의 이중 콜론으로 이를 나타내고, 주소당 한 번만 사용할 수 있음 (ex. BCAF:0:0:0:0:5641:F9FF:4102=> BCAF::5641:F9FF:4102)

IPv4와 IPv6의 특징 및 차이점

구분IPv4IPv6
주소 길이32비트128비트
표시 방법8비트씩 4개 부분으로 나누어 10진수로 표시 ex. 203.203.7.116비트씩 8개 부분으로 나누어 16진수로 표시 ex. 2002:0221:ABCD:DCBA::FFFF:4002
주소개수4,294,967,296개2128개
주소 할당 방식A,B,C,D 등의 클래스 단위로 비순차적 할당네트워크 규모, 단말기 수에 따라 순차적 할당
브로드 캐스트 주소있음없음(로컬 범위 내에서의 모든 노드에 대한 멀티캐스트 주소 사용)
보안IPSec 별도 설치IPSec 지원

IPv6헤더

  • 버전 : IP프로토콜의 버전을 나타냄
  • 트래픽 클래스 : IPv6 패킷의 클래스나 우선순위 표시
  • 플로우 레이블 : 패킷들의 어떤 특정한 흐름에 대한 특성
  • 페이로드 길이 : 페이로드 길이
  • 다음 헤더 : 기본 헤더 다음에 어떤 종류의 확장 헤더가 오는지 표시
  • 홉 제한 : 라우터를 지날 때마다 이 값을 1씩 감소시키며 0이면 폐기

IPv4 주소의 구조 및 Class별 분류

  • IPv4 주소는 2진수로 표현되며, 이를 10진수로 변환하여 사용
  • IPv4는 232개 즉, 4,294,967,296 개의 주소를 가짐
    • 00000000.00000000.00000000.00000000 => 0.0.0.0 (최소값)
    • 11111111.11111111.11111111.11111111 => 255.255.255.255 (최대값)
  • 네트워크 장치는 고유의 IP 주소를 가짐
  • 주소가 같은 다른 장비가 존재하면 IP 주소가 충돌하므로 데이터 통신이 이루어질 수 없음
  • 네트워크에 연결된 장치에 할당된 IP 주소는 유일한 주소(공인 IP)여야 함
  • IP 주소는 Network 부분과 Host 부분으로 구분 되어짐
    • ex) IP 주소 = Network ID(고정된 bit) + Host ID(고정되지 않은 bit)
  • Network ID에 1을 할당하고, Host ID에 0을 할당한 값을 Subnet mask라 함
    • ex) A Class는 Network ID가 8bit이고 Host ID가 24bit, 따라서 A Class 기본 서브넷 값은 11111111.00000000.0000000.00000000이다. 이것을 10진수로 변환하면 255.0.0.0이 됨
  • IP 주소를 Network 부분과 Host 부분으로 구분해주는 역할을 하는 것이 Subnet Mask이며, IPv4의 주소 범위 중 A Class는 8bit, B Class는 16bit, C Class는 24bit의 기본 서브넷 값을 가진다.
  • 서브넷 값은 2진수로 표현했을 때, 1이 연속적으로 나와야 함

Class 별 분류

  • A Class 주소(0.0.0.0 ~ 127.255.255.255)
    • 0과 127로 시작하는 주소는 예약되어 있으므로 사용할 수 없음
    • 따라서 1.0.0.0 ~ 126.255.255.255가 A Class의 실 주소 범위
    • 기본 서브넷 마스크 값은 8bit(255.0.0.0)
    • 10.0.0.0 ~ 10.255.255.255의 범위는 사설 IP대역
    • Network 숫자 : 16,384개, 네트워크 당 Host 숫자 : 65,534개
  • B Class 주소(128.0.0.0 ~ 191.255.255.255)
    • 기본 서브넷 마스크 값은 16bit(255.255.0.0)
    • 172.16.0.0~172.31.255.255의 범위는 사설 IP 대역
    • Network 숫자 : 16,384개, 네트워크 당 Host 숫자 : 65,654개
  • C Class 주소(192.0.0.0 ~ 223.255.255.255)
    • 기본 서브넷 마스크 값은 24bit(255.255.255.0)
    • 192.168.0.0 ~ 192.168.255.255의 범위는 사설 IP 대역
    • Network 숫자 : 2,097,152개, 네트워크 당 Host 숫자 : 254개
  • D Class 주소(224.0.0.0 ~ 239.255.255.255)
    • 멀티캐스드에 의해서 사용되는 주소 대역
    • 일반 장치에 할당되어 사용할 수 없음
  • E Class 주소(240.0.0.0 ~ 255.255.255.255)
    • 연구등의 용도로 예약되어 있는 주소
    • 일반 장치에 할당되어 사용할 수 없음

네트워크 ID와 Broadcast 주소

  • 호스트 필드를 모두 1로 채우면 Network ID
  • 호스트 필드를 모두 0으로 채우면 Broadcast 주소
  • 네트워크 ID와 Broadcast 주소는 IP 주소로 사용 할 수 없음
  • 사용 가능한 IP 주소 : 203.230.7.1 ~ 203.230.7.254 (총 호스트의 숫자 -2 = 사용 가능한 IP 주소의 숫자)

서브넷팅과 VLSM이란?

서브넷팅

  • IP 주소 자원을 효율적으로 사용하기 위하여 사용
  • Class별로 지정되어 있는 기본 서브넷 마스크를 사용하지 않고, 네트워크 상황에 따라 적당한 크기의 서브넷 마스크를 사용하여 IP주소를 사용
  • 호스트 bit로 할당된 bit 일부를 subnet bit로 지정
  • 호스트 filed의 bit를 빌려서 Network를 나눔
  • 네트워크가 서브넷의 조건인 경우, 2 ^n >= 주어진 네트워크 숫자로 계산
  • 호스트가 서브넷의 조건인 경우, 2 ^n+2 >= 주어진 호스트 숫자로 계산
    • +2개 하는 이유는 네트워크 ID와 Broadcast 주소를 포함하기 때문
    • 호스트 filed에서 오른쪽 부터 n개의 bit를 잘라서 네트워크 부분으로 계산
  • C Class의 경우는 표를 사용해 간단하게 서브넷팅 할 수 있음

VLSM이란?

  • Subnet 된 Network를 다시 서브넷팅 하는 것
  • 가장 큰 조건부터 차례로 서브넷팅을 하여야 함

IP주소 부족 문제를 해결하기 위해 사용하는 방법은?(서브넷팅과 VLSM 제외)

  • DHCP와 NAT기술이 사용되고 있음.
  • DHCP는 IP주소를 할당해주고, 이 주소가 필요없게 되었을 경우에는 다시 회수하는 방식
  • NAT는 내부에 있는 장치가 서로 통신할 때는 사설 IP로 통신을 하다가, 외부의 장치와 통신할 경우에는 사설 IP주소를 공인 IP주소로 바꿔 통신하는 방식
  • 하지만 이러한 방식은 주소 부족문제를 해결하는 근본적인 방법이 아님
  • IPv6의 주소는 거의 무한대이므로, IPv4의 주소 부족 문제 해결의 유일한 대안
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불가능, 그것은 사실이 아니라 하나의 의견일 뿐이다. - 무하마드 알리

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