[Network] IPv4 주소 체계와 서브네팅

IP 주소: 네트워크 환경에서 컴퓨터(노드) 간 통신하기 위해 각 컴퓨터에 부여된 네트워크상 주소

 

IPv4

Internet Protocol의 4번째 버전으로, 가장 보편적으로 사용되고 있는 IP 버전이다. 네트워크에서 기기들을 식별하고 데이터를 전송하기 위한 규칙과 주소 체계를 정의하며, 32개의 bit로 구성되어 있음. 따라서 인터넷에 존재할 수 있는 모든 주소의 수는 2^32이다.
IP는 4개의 8비트 숫자(옥텟)로 표현되며, 각 옥텟은 0~255 사이의 십진수로 나타낸다.

ex) 172.16.254.1 = 10101100.00010000.11111110.00000001

 

IPv4 주소의 구성요소

• 네트워크 부분: 해당 기기가 속한 네트워크를 식별하는 역할
• 호스트 부분: 네트워크 내에서 특정 기기(컴퓨터, 스마트폰, 서버 등)를 식별하는 역할

하나의 네트워크 안의 IP들은 네트워크 부분은 같아야 하고, 호스트 부분은 서로 달라야 통신이 가능하며, 네트워크와 호스트 부분을 구분하는 도구를 서브넷 마스크라고 한다.

ex) 192.168.1.10의 경우, 네트워크 부분은 이 기기가 속한 네트워크인 192.168.0.1을 나타내고 호스트 부분은 그 내트워크 내 특정 기기인 10을 가리킨다.

 

IPv4 메시지 전송 방식

• 유니캐스트 → 1:1 통신으로 한 대의 장비를 대상으로 함 (ICMP)
• 멀티캐스트 → 1:특정 그룹 통신으로 그룹에 속한 장비들만 대상으로 함 (IPTV, 스트리밍)
• 브로드캐스트 → 1:전체 통신으로 같은 네트워크의 모든 장비를 대상으로 함 (ARP 요청, DHCP)

 

IPv4의 주소체계 방식 - 클래스 방식

전통적인 IP 주소 표현 방식으로 IP의 시작 주소에 따라서 클래스 A, B, C, D, E로 나누어진다. 각 클래스 별로 네트워크 부분과 호스팅 부분으로 IP 주소를 분리할 수 있다.

• A 클래스 (0.0.0.0 ~ 127.255.255.255)
  네트워크 주소: 0 ~ 127 / 호스트 주소: 0.0.0 ~ 255.255.255 (24비트)
• B 클래스 (128.0.0.0 ~ 191.255.255.255)
  네트워크 주소: 128.0 ~ 191.255 / 호스트 주소: 0.0 ~ 255.255 (16비트)
• C 클래스 (192.0.0.0 ~ 223.255.255.255)
  네트워크 주소: 192.0.0 ~ 223.255.255 / 호스트 주소: 0 ~ 255 (8비트)

IP에서 총 호스트 개수를 계산할 때는 2^n -2로 계산해야 한다.
(ex. A클래스의 경우 2^24-2, C클래스의 경우 2^8-2)

호스트 비트가 전부 0인 경우 → 네트워크 주소 (ex. 192.168.1.0)
호스트 비트가 전부 1인 경우 → 브로드캐스트 주소 (ex. 192.168.1.255)

 

브로드캐스트 주소란?
같은 네트워크 안의 모든 호스트에게 메시지를 보낼 때 사용하는 주소
ex) 192.168.1.255 → 192.168.1 네트워크에 속한 모든 컴퓨터에게 보내라는 뜻
ARP 요청이나 DHCP 요청에서 브로드캐스트를 사용한다.

 

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서브네팅

네트워크 성능을 향상시키고 자원을 효율적으로 분배하기 위해 네트워크 영역과 호스트 영역을 분할하는 작업.
네트워크 장비는 브로드캐스트 도메인이 커지면 모든 장비가 불필요한 패킷을 받기 때문에 성능 저하가 발생한다. 따라서 서브넷마스크를 통해 필요한 네트워크 주소만 호스트 IP로 할당할 수 있게 만들어 네트워크 낭비를 방지해야 한다.

 

서브넷 마스크

IPv4 주소에서 네트워크 부분과 호스트 부분을 나누기 위해 사용되는 32비트 값이다. 이를 통해 어디까지가 네트워크 부분인지 알려주는 역할을 한다.
서브넷 마스크에서 1은 네트워크 부분을 가리키며, 0은 호스트 부분을 가리킨다. 따라서, 서브넷 마스크는 11101100과 같은 형식으로는 사용할 수 없다. 반드시 1이 연속해서 나와야 한다.
IP 주소와 서브넷 마스크를 AND 연산하면 해당 IP 주소의 네트워크 ID가 도출된다.

 

기본 서브넷 마스크

IP 클래스에 따라 기본 서브넷 마스크가 존재한다.

• A 클래스: 255.0.0.0 (8비트가 네트워크, 24비트가 호스트)
• B 클래스: 255.255.0.0 (16비트가 네트워크, 16비트가 호스트)
• C 클래스: 255.255.255.0 (24비트가 네트워크, 8비트가 호스트)

 

서브네팅한 서브넷 마스크

네트워크를 서브네팅해서 잘게 쪼개 쓰기 때문에 B 클래스인데 C클래스처럼 255.255.255.0을 쓰거나, C클래스인데 더 잘게 255.255.255.192로 쪼개거나 하는 경우가 많다. 따라서 클래스만으로 네트워크 ID를 알기 쉽지 않으며, 서브넷 마스크를 알아야 한다.

ex 1) IP가 150.150.100.5이고 서브넷 마스크가 255.255.255.0일 때, 150.150.100이 네트워크 영역이 된다.

ex 2) IP가 192.168.1.0/25일 때 네트워크는?
서브넷마스크: 11111111.11111111.11111111.10000000 (255.255.255.128)
⇒ 7비트가 호스트 비트이기 때문에 한 서브넷에 128-2인 126개의 호스트 할당 가능

 

왜 .. 쓰는걸까?

예시를 들어보자..
한 회사에서 192.168.1.0/24의 IP를 사용하고 있다. 이는 C 클래스 기본 대역으로 이 회사에서는 254개의 호스트를 할당할 수 있다.
만약 이 회사가 각각 100명의 사무팀/개발팀으로 나눠져있다고 가정했을 때, 기본 /24를 쓰면 한 네트워크 안에 254개의 호스트가 있게 되고 브로드캐스트를 하면 254개의 모든 호스트에 뿌려지기 때문에 네트워크 부하를 유발한다. 따라서 사무팀/개발팀 따로 네트워크를 쪼개야 효율적이다.

/25로 쪼개면?
/25로 쪼개면 한 서브넷 당 126개의 호스트가 할당된다. (25비트가 네트워크 영역, 7비트가 호스트 영역이기 때문)
따라서 192.168.1.1 ~ 192.168.1.126, 192.168.1.129 ~ 192.168.1.254 이렇게 부서 별로 네트워크를 나눌 수 있다.