OSI모델의 3계층인 네트워크 계층에 대해 공부하기

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🌏 네트워크 계층_목적지에 데이터 전달하기

🚀 What I Will Learn

• IP를 이해한다
• 라우터를 이해한다
• IP주소를 이해한다
• 서브넷(subnet)을 이해한다
• 라우팅을 이해한다

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LESSON 17. 네트워크 계층의 역할

전 세계에는 수많은 네트워크가 있고 그 네트워크들은 서로 연결되어 거대한 인터넷을 이루고 있다. 이번에는 네트워크 간의 연결에 대해 알아보자

1) 네트워크 간의 연결 구조

✔️ 네트워크 계층의 역할: 다른 네트워크에 있는 목적지로 데이터를 전달하려면 네트워크 계층의 기술이 필요하다

데이터 링크 계층에서는 이더넷 규칙을 기반으로 데이터 전송을 담당.
하지만 이 규칙에 따라 같은 네트워크에 있는 컴퓨터로는 데이터를 전송할 수 있지만, 인터넷이나 다른 네트워크로는 데이터를 전송할 수 없다 😥😥😥😥😥

• 데이터 링크 계층의 장비로는 네트워크 A의 컴퓨터 끼리는 데이터 전송이 되지만, 네트워크 A에서 네트워크 B나 C로는 데이터 전송이 안된다.

이 네트워크 간의 통신을 가능하게 하는 것이 네트워크 계층의 역할이다.
이 계층을 통해 다른 네트워크로 데이터를 전송하려면 라우터(router)라는 네트워크 장비가 필요하다

라우터(router): 목적지가 정해지면 해당 목적지까지 어떤 경로로 가는 것이 좋은지를 알려주는 기능을 한다.

하지만 데이터를 보내려는 상대가 어디에 있는지 모르면 라우터도 목적지까지의 경로를 알려주지 못한다. 이 때 네트워크를 식별할 수 있는 주소를 IP 주소라고 한다

IP 주소로

• 목적지를 지정하는 것 뿐만 아니라
• 데이터를 어떤 경로로 보낼지도 결정해야 한다
• 목적지 IP 주소까지 어떤 경로로 데이터를 보낼지 결정하는 것을 라우팅(routing)이라고 한다
  • 라우터의 라우팅 테이블(routing table)로 경로 정보를 등록하고 관리한다

2) IP(Internet Protocol)란?

네트워크 계층에는 IP라는 프로토콜이 있고, 이 IP가 있어서 라우터가 가능한 것이다.

네트워크 계층에서는 캡슐화를 할 때는 데이터에 IP헤더가 추가되는데, 이렇게 만들어진 것을 IP패킷이라고 한다

• 데이터 링크 계층에서 이더넷 헤더와 트레일러가 추가 된것은 프레임이라고 했다

📌 IP 헤더에 출발지 IP주소와 목적지 IP 주소가 있다는 것을 기억하자!

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LESSON 18. IP 주소의 구조

1) IP 주소란?

IP 주소는 실생활에 비유하면 우편물을 보낼 때의 주소와 같은 개념이다.

IP 주소는 인터넷 서비스 제공자(ISP)에게 받을 수 있다.
IP 버전에는 IPv4와 IPv6가 있다

	IPv4	IPv6
크기	32비트	128비트
IP 주소 갯수	약 43억(億) 개	약 340간(澗) 개

일(一) 십(十) 백(百) 천(千) 만(萬) 억(億) 조(兆) 경(京) 해(垓) 자(秭) 양(穰) 구(溝) 간(澗) 정(正) 재(載) 극(極) ···

IP 주소에는 공인 IP 주소와 사설 IP 주소가 있는데 왜 두 종류나 필요할까?

• IPv4 주소는 위에서 말했듯이 주소의 수가 고갈되고 있다
• 그래서 인터넷에 직접 연결되는 컴퓨터나 라우터에는 공인 IP 주소를 할당하고,
• 회사나 가정의 랜에 있는 컴퓨터는 사설 IP 주소를 할당하는 정책을 사용하고 있다.

• 랜 안에 컴퓨터가 여러 대 있다면 공인 IP 주소는 사용할 수 있는 숫자가 제한되므로
  • 컴퓨터 한 대당 공인 IP 주소를 하나씩 할당하기 어렵다
• 그래서 우선, 인터넷 서비스 제공자가 제공하는 공인 IP 주소는 라우터에만 할당하고
• 랜 안에 있는 컴퓨터에는
  • 랜의 네트워크 관리자가 자유롭게 사설 IP 주소를 할당하거나
  • 라우터의 DHCP 기능을 사용하여 주소를 자동으로 할당한다

그러면 공인 IP 주소 한 개로 랜안에 있는 컴퓨터 세대에 인터넷을 모두 연결할 수 있는 환경을 만들 수 있다

DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol): IP 주소를 자동으로 할당하는 프로토콜

IP 주소와 MAC 주소는 비트 수가 다른데,

	MAC 주소	IP 주소
크기	48비트	32비트
표시	16진수	10진수

8비트를 옥텟(octet)이라고 부르기도 한다
32비트를 8비트씩 끊어서 네 개의 옥텟으로 구분하고,
숫자는 10진수로 변환했을 때 0~255까지 범위가 정해져 있다

📌 사람이 읽기 쉽도록 10진수로 표시하지만, 실제로 IP주소는 2진수로 되어있다는 것을 기억하자!

또한, IP 주소는 네트워크 ID와 호스트 ID로 나눠져 있다.

• 네트워크 ID는 어떤 네트워크인지를 나타내고,
• 호스트 ID는 해당 네트워크의 어느 컴퓨터인지를 나타낸다.

이 두 가지 정보가 합쳐져 IP 주소가 된다.

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LESSON 19. IP 주소의 클래스(class) 구조

IP 주소는 네트워크의 규모에 따라 A~E 클래스로 나누어져 있다. 네트워크 클래스 구조에 대해 알아보자.

1) IP 주소 클래스(class)란?

IPv4의 IP 주소는 32비트다.

• 이 32비트를 옥탯 단위로 끊어서 네트워크 ID를 크게 만들거나
• 호스트 ID를 작게 만들어 네트워크 크기를 조정할 수도 있다

네트워크 크기는 클래스 라는 개념으로 구분하고 있다

클래스 이름	내용	네트워크 ID 크기	호스트 ID
A 클래스	대규모 네트워크 주소	8비트	24비트
B 클래스	중형 네트워크 주소	16비트	16비트
C 클래스	소규모 네트워크 주소	24비트	8비트
D 클래스	멀티캐스트(multicast) 주소	x	x
E 클래스	연규 및 특수용도 주소	x	x

일반 네트워크에서는 A~C 클래스까지 사용할 수 있다

종류	공인 IP 주소의 범위	사설 IP 주소의 범위
A 클래스	1.0.0.0~9.255.255.255 10.0.0.0~10.255.255.255	11.0.0.0~126.255.255.255
B 클래스	128.0.0.0~172.15.255.255 172.16.0.0~172.31.255.255	172.32.0.0~191.255.255.255
C 클래스	192.0.0.0~192.167.255.255 192.168.0.0~192.168.255.255	192.169.0.0~223.255.255.255

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LESSON 20. 네트워크 주소와 브로드캐스트 주소의 구조

컴퓨터에 할당할 수 없는 IP 주소인 네트워크 주소와 브로드캐스트 주소에 대해 알아보자.

1) 네트워크 주소와 브로드캐스트 주소의 구조란?

IP 주소에는 네트워크 주소와 브로드캐스트 주소가 있다. 이 두 주소는 특별한 주소로, 컴퓨터나 라우터가 자신의 IP로 사용하면 안 된다

✔️ 네트워크 주소

• 전체 네트워크에서 작은 네트워크를 식별하는데 사용된다
  • 호스트 ID가 10진수로 0이면 그 네트워크 전체를 대표하는 주소가 된다 ➔ 쉽게 말해 전체 네트워크 대표 주소

✔️ 브로드캐스트 주소

• 네트워크에 있는 컴퓨터나 장비 모두에게 한 번에 데이터를 전송하는데 사용되는 전용 IP 주소

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LESSON 21. 서브넷(subnet)의 구조

네트워크를 분할하는 것을 서브넷팅이라고 한다. 서브넷의 구조에 대해 알아보자.

1) 서브넷(subnet)이란?

IP 주소는 A, B, C, D, E 클래스로 나누어져 있고, 일반적으로 사용되는 IP 주소는 A, B, C로 나뉘어져 있다.

A 클래스 네트워크는 호스트 ID가 24비트로, 하나의 네트워크에 1677만 7214개의 IP 주소를 사용한다.

이 상태에서 브로드캐스트 패킷을 전송하면 모든 컴퓨터에 패킷이 전송되고 네트워크가 혼잡해지게 되는데, 😱😱😱

A 클래스의 대규모 네트워크를 작은 네트워크로 분할하여 브로드캐스트로 전송되는 패킷의 범위를 좁힐수 있다.
➔ 이렇게 하면 더 많은 네트워크를 만들 수 있어서 IP 주소를 더 효과적으로 활용 할 수 있다.

이처럼 네트워크를 분할하는 것을 서브넷팅(subneting)이라고 하고, 분할된 네트워크를 서브넷(subnet)이라고 한다.

기존에 있던 호스트 ID에서 비트를 빌려 서브넷 ID로 바꿔 서브넷을 만든다.

1) 서브넷 마스크란?

IP 주소를 서브넷팅하면

• 어디까지가 네트워크 ID고 어디부터가 호스트 ID인지 판단하기가 어려울 때가 있는데 😥

이 때 서브넷 마스크라는 값을 사용한다.

서브넷 마스크: 네트워크 ID와 호스트 ID를 식별하기 위한 값이다

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LESSON 22. 라우터(router)의 구조

서로 다른 네트워크와 통신하려면 라우터가 필요하다. 라우터에 대해 알아보자.

1) 라우터(router)란?

서로 다른 네트워크와 통신하려면 라우터가 필요하고, 라우터는 네트워크를 분리할 수 있다

스위치(레이어 2 스위치)만 있는 네트워크에서는 모든 컴퓨터와 스위치가 동일한 네트워크에 속하게 되고, 허브도 스위치와 마찬가지로 네트워크를 분리할 수 없다 😥😥😥

➔ 라우터가 있으면 네트워크를 분할할 수 있다

네트워크를 분할한 다음, 컴퓨터 한 대가 다른 네트워크로 접속하려면❓,

• 컴퓨터 1이 다른 네트워크에 데이터를 전송하려면 라우터의 IP 주소를 설정해야 한다.
  • 이것은 네트워크의 출입구를 설정하는 것으로 기본 게이트웨이(default gateway)라고 한다.

라우터의 IP 주소를 지정해야 하는 이유는,

• 컴퓨터 1은 다른 네트워크로 데이터를 보낼 때 어디로 전송해야 하는지 알지 못한다 😱
• 그래서 네트워크의 출입구를 지정하고, 일단은 라우터로 데이터를 전송한다
  • 컴퓨터 1은 192.168.1.0/24 네트워크에 속해 있기 때문에 라우터의 IP 주소인 192.168.1.1로 설정했다.
• 하지만 게이트웨이 설정만으로는 컴퓨터 1에서 컴퓨터 6으로 데이터를 보낼 수 없기 때문에 라우터의 라우팅(routing)기능이 필요하다

1) 라우팅(routing)이란?

라우팅은
경로 정보를 기반으로 현재의 네트워크에서 다른 네트워크로 최적의 경로를 통해 데이터를 전송한다
이 경로 정보가 등록되어 있는 테이블이 라우팅 테이블이다

라우팅 테이블을 등록하는 방법은 네트워크 관리자가

(1) 수동으로 등록하는 방법과

• 정보를 하나하나 라우터에 등록
• 등록된 내용이 수정되면 수동으로 변경해야 해서 작업량도 많아지기 때문에 소규모 네트워크에 적합

(2) 자동으로 등록하는 방법이 있다.

• 라우터 간에 경로 정보를 서로 교환하여 라우팅 테이블 정보를 자동으로 수정
• 수동으로 등록하는 방법처럼 직접 네트워크 관리자가 변경하지 않아도 되기 떄문에 훨씬 편하기 때문에 대규모 네트워크에 적합

이처럼 라우터 간에 라우팅 정보를 교환하기 위한 프로토콜을 라우팅 프로토콜이라고 한다.
대표적인 라우팅 프로토콜에는 RIP, OSPF, BGP 등이 있고 각각 다른 특징이 있다.

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:: 용어 정리💡

• 네트워크 계층(network layer): 네트워크 계층은 다른 네트워크와 통신하기 위한 경로 설정을 위해 라우터를 통한 라우팅을 하며 패킷 전송을 담당한다

• IP(Internet Protocol, 인터넷 프로토콜): 인터넷에 있는 한 컴퓨터에서 다른 컴퓨터로 데이터를 보내는 데 사용되는 네트워크 계층 프로토콜이다

• IP 주소 클래스(IP address class): IPv4에서 사용하는 주소 그룹에는 다섯 개 가 있다. A, B, C클래스는 네트워크 ID와 호스트 ID로 구성되며, D 클래스는 멀티캐스트 주소로 사용된다. E 클래스는 필요에 따라 사용하기 위해 확보해 놓은 것이다

• 라우터(router): 서로 다른 네트워크를 연결해 주는 장치로 현재의 네트워크에서 다른 네트워크로 패킷을 전송할 수 있도록 한다

• 라우팅(routing): 네트워크에서 패킷을 목적지로 보낼 때 목적지까지 갈 수 있는 여러 가지 경로 중 한 가지 경로를 설정해 주는 과정이다

• 라우팅 테이블(rotuing table): 컴퓨터 네트워크에서 목적지 주소를 목적지에 도달하기 위한 네트워크 노선으로 변환시킬 목적으로 사용된다. 다른 네트워크로 가기 위한 가장 좋은 라우터의 정보를 가지고 있다

• 서브넷(subnet): 큰 네트워크를 분할해서 만든 작은 네트워크다

• 서브넷팅(subneting): 네트워크를 분할하기 위해 IP 주소의 구성을 변경하는 작업이다

• 서브넷 ID: IP 주소의 네트워크 부분을 늘리기 위해 서브넷 마스크로 사용되는 비트로 서브넷 비트(subnet bits)라고도 한다

• 서브넷 마스크(subnet mask): IP 주소의 네트워크 부분만 나타나게 하여 같은 네트워크인지를 판별하게 하는 마스크다

• 멀티캐스트(multicast): 한 컴퓨터(호스트)에서 패킷을 여러 컴퓨터로 동시에 전송하는 것을 말한다

• 브로드캐스트(broadcast): IP 네트워크에 있는 모든 컴퓨터(호스트)로 데이터를 전송하는 방식이다