[네트워크] 3 계층

최동혁·2023년 1월 27일

CS 컴퓨터 네트워크

컴퓨터 네트워크

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3 계층

멀리 떨어져 있는 컴퓨터와 통신할 때 사용.

서로 다른 LAN을 찾아가는 역할
WAN에서 통신할 때 사용하는 IP 주소

ipconfig 명령어를 이용해 cmd 창에서 자신의 ip 번호를 알 수 있다.
IPv4가 자신의 ip 주소이다.
서브넷 마스크와 게이트웨이 주소도 항상 같이 봐야한다.

나중에 아키텍쳐에 대해서 얘기할 때 서브넷 마스크를 자세히 다룰 것.
최소 IPv4, 서브넷 마스크, 게이트웨이가 세팅이 되어야 한다.

ARP 프로토콜

IP 주소를 이용해 MAC 주소를 알아온다.
특정 컴퓨터와 통신하고 싶을 때 IP 주소만 입력하면 내가 통신해야 하는 컴퓨터의 MAC 주소를 알아온다.

저번 게시물에서 봤듯이, A와 B가 통신을 하고 싶다면 A가 B의 MAC 주소를 알아오는 것이 아니라 A와 가장 근접해 있는 MAC 주소를 알아오고 건너건너 계속해서 ARP 프로토콜로 MAC주소를 알아온 후 B까지 가는 것이다.
최종 목적지는 IP 주소를 가지고 가는 것이다.

IPv4 프로토콜

WAN에서 통신할 때 사용하는 프로토콜이다.
멀리 떨어져 있는 것과 통신할 때 쓰이는 프로토콜이다.

ICMP 프로토콜

서로가 통신되는지 확인할 때 사용하는 프로토콜
저번 VMware 실습에서 가상환경끼리 통신이 되는지 확인할 때 wireshark를 이용해 filter로 icmp를 써서 통신 유무를 알 수 있었다.

class 방식

일반적인 IP 주소

IP 주소는 000.000.000.000 이런식으로 생겼다.
- .으로 구분된 하나의 필드는 1 byte이다.
- MAC 주소와 다르게 10진수로 이루어져 있다.
- 1 byte로 표현할 수 있는 최대 숫자 = 1111 1111(2)= 255이다.
- 2진수 1개당 1 bit, 1 byte는 8 bit이기 때문.
- 그래서 IP 주소의 범위는?
  - 0.0.0.0 ~ 255.255.255.255 이다.
    - 가짓수는 2^32 이다.
MAC 주소는 00-00-00-00-00-00 으로 이루어져 있었다.
- 총 6 byte = 48 bit로 이루어져 있다.
- 2진수 8개씩 6개여서.

인터넷 상의 IP 주소를 규격화된 크기별(클래스별)로 구분시키는 방식
IP 주소를 Class (A,B,C 등)별로 규격화(유형화)시켜, 쉽게 식별하도록 함
- A 클래스
  - 1번째 필드까지 네트워크 규격 결정
  - 2번째 부터 4번째 필드까지 하나의 네트워크에 들어갈 수 있는 컴퓨터의 수
  - 강의장이 1번째 강의장 2번째 강의장 ~ 127번째 강의장 이렇게 있음.
  - 하나의 강의장에 2^24개의 컴퓨터가 들어간다는 소리
- B 클래스
  - 2번째 필드까지 네트워크 규격 결정
  - 한마디로 2번째 필드까지가 강의장인것.
  - 3번째 ~ 4번째 필드까지 하나의 강의장에 들어갈 수 있는 컴퓨터의 수
  - 강의장이 128의 0, 128의 1 ~ 191의 255까지
  - 강의장은 많아졌는데 한 강의장에 들어가는 컴퓨터 수는 줄어든다.
  - 2^16개의 컴퓨터가 한 강의장에 들어갈 수 있음.
- C 클래스
  - 3번째 필드까지 네트워크 규격 결정
  - 4번째 필드만 하나의 네트워크에 들어갈 수 있는 컴퓨터의 수
  - 그렇다면 강의장의 수는 엄청 많아졌으나, 하나의 강의장에 들어갈 수 있는 컴퓨터의 수는 256(2^8)개이다.
우리가 C 클래스를 쓰더라도 지금 현 강의장에서는 20개의 컴퓨터만 쓰고 있음. 그래서 256개의 컴퓨터를 쓸 수 있는데 20개의 컴퓨터만 쓰니깐 엄청나게 낭비 되고 있다.
이렇게 낭비시킬 바에는 .(8 bit)으로 잘라서 class별로 구분하지 말고 1 bit 별로 잘라보자.

classless 방식

그래서 생겨난 것이 Classless 방식이다.

서브넷 마스크

서브넷 마스크가 네트워크 규격을 결정시켜준다.
그래서 위에서 IP와 서브넷 마스크가 세트라는 것이 이 뜻이다.

위의 그림에서 나온 서브넷 마스크는 3번째 필드까지 강의장을 결정시켜주는 것이다.
- 0이 나오는 것 부터 강의장 당 들어갈 수 있는 컴퓨터의 수.
- 255.255.255.0 = 11111111.11111111.11111111.00000000
- 즉, 4번째 필드 값 전체가 강의장 당 들어갈 수 있는 컴퓨터의 수이다.
만약 서브넷 마스크가 255.255.255.192라면?
- 11111111.11111111.11111111.11000000 이다.
- 즉, 2^6(64)개이다.
그래서 만약 같은 공유기를 쓴다면 서브넷 마스크의 범위 즉, 3번째 필드까지 IPv4 주소가 같고 4번째 필드인 117은 다르게 된다.

네트워크 ID

특정 네트워크를 대표하는 값이다.
컴퓨터에게 할당 할 수 없는 주소이다.

보통 네트워크 규격을 말할 때 172.31.1.0/24 이런식으로 표현하는데, 24는 서브넷 마스크에 들어가는 1이 24개라는 수 이다.
- 11111111.11111111.11111111.00000000 이 서브넷 마스크주소이다.
- 255.255.255.0이 서브넷 마스크 주소
- 172.31.1.0이 네트워크 ID이다.

네트워크 ID 구하는 법

IP 주소랑 서브넷마스크를 2진수로 변경한다.
서브넷 마스크에서 1에서 0으로 변경되는 곳을 기준으로 IP주소를 네트워크 ID와 호스트 주소로 나눈다.
호스트 주소를 전부 0으로 변경한다.

이렇게 하면 네트워크 ID가 된다.

ip 주소 : 128.34.235.89
서브넷 마스크 : 255.255.255.128

ip 주소 : 10000000.00100010.11101011.01011001
서브넷 마스크 : 11111111.11111111.11111111.1 0000000
네트워크 id는 10000000.00100010.11101011.0 0000000 이다.
즉, 128.34.235.0이 네트워크 id가 되는 것이다.

정리하면 서브넷 마스크가 0이 나오는 곳을 기준으로 ip 주소를 0으로 만들어준 것이 네트워크 id이다.
10000000.00100010.11101011.0 1011001 : ip 주소
11111111.11111111.11111111.1 0000000 : 서브넷 마스크
10000000.00100010.11101011.0 0000000 : 네트워크 id

ip 주소 : 147.79.123.172
서브넷 마스크 : 255.255.224.0

ip 주소 : 10010011‬.01001111.01111011‬.10101100
서브넷 마스크 : 11111111.11111111.‬111 00000.00000000
네트워크 id는 10010011‬.01001111.01100000.00000000
즉, 147.79.96.0이다.

브로드캐스트 주소

한 네트워크(강의장)에 있는 컴퓨터나 장비 모두에게 한번에 데이터를
전송하는 데 사용되는 전용 IP주소이다.
네트워크 id와 마찬가지로 전용 ip 주소이기 때문에, 컴퓨터에게 할당하지 못한다.
네트워크 id는 서브넷 마스크 0이 나오는 곳을 기준으로 ip 주소를 0으로 바꿔주는 것이였는데, 브로드캐스트는 전부 1로 바꿔주는 것이다.

10000000.00100010.11101011.0 1011001 : ip 주소
11111111.11111111.11111111.1 0000000 : 서브넷 마스크
10000000.00100010.11101011.0 0000000 : 네트워크 id
10000000.00100010.11101011.0 1111111 : 브로드캐스트 주소

Ddos가 브로드캐스트 주소를 이용해서 공격한다.
1번 주소를 가진 pc와 2번 주소를 가진 pc가 있다.
만약 1번 pc가 출발지를 2번으로 하고 목적지를 브로드캐스트 주소로 쓴다면?
2번 pc에게 응답을 여러대의 컴퓨터가 주기 때문에 2번 pc는 이걸 못 견디고 터진다.
위의 예시로 생각하면 하나의 네트워크 대역 안에서 쓸 수 있는 컴퓨터의 갯수는?
- 10000000.00100010.11101011.0 0000001 ~ 10000000.00100010.11101011.0 1111110 까지이다.
- 왜냐면 네트워크 id와 브로드캐스트 주소는 컴퓨터에게 할당될 수 없는 주소이기 때문이다.
낭비를 안시키기 위해서 classless하게 썻는데, 또 낭비가 된다. 왜냐면 강의실에서 25개의 컴퓨터를 쓰는데, 16개로 안되니깐 32개로 늘린다. 그렇다면 7개가 낭비됨.
그래서 사용하는게 사설 IP와 공인 IP이다.

사설 IP와 공인 IP

공인 IP 1개당 2^32개의 사설 IP

일단 네이버에 들어가서 내 ip 주소를 입력해서 결과값을 보자.
cmd 창에서 ipconfig를 이용해 보았던 주소와 다를 것이다.
같은 공유기를 쓰면 전부 같은 ip가 나올것이다.
공유기를 쓰면 전부 같은 네트워크 대역이다.
그래서, 같은 공유기를 쓰면 공인 IP가 전부 같고, 그 안에서 사설 IP로 나누는 것이다!
이것을 가능하게 해주는 기술이 NAT 기술이다.
- 어떤 IP가 있는데, 다른 IP로 바꿔주는것이 NAT이다.
- 지식백과를 치면 사설 ip주소를 공인 ip주소로 바꿔주는데 사용하는 통신망의 주소 변환기라고 하는데, 틀린 설명이다.
- IP를 바꾸어 주는 기술인데, 지식백과에 나와있는 것은 NAT를 사용해서 저런 시스템을 구축해 놓은 것이다.
그래서 cmd 창에서 ipconfig를 쓰면 나오는 것이 사설 ip
네이버에 검색해서 나오는 것이 공인 ip이다.
우리가 통신을 할 때에는 사설 ip로 시작을 하는데, 공유기를 통해서 바깥 세상으로 나갈때에는 공유기의 ip 주소인 공인 ip주소로 바뀌어서 나간다!
사설 ip가 공유기를 통해서 밖으로 나갈 때, 자신의 사설 ip를 적어 놓고 공인 ip로 바뀌어서 나간다. 왜냐면? 다시 돌아올 때 공유기를 통해서 다시 사설 ip로 와야하기 때문에!!!
아파트 이름을 공인 ip, 동 호수가 사설 ip라고 생각하면 편하다.

이렇게 바뀌면서 좋아진 것이 ip를 사용할 수 있는 범위가 엄청나게 넓어졌다.
한 공인 ip당 사용할 수 있는 사설 ip가 0.0.0.0 ~ 255.255.255.255 까지이다.
그리고 보완적 측면에서도 좋아졌다.
한 회사 내에서 운영 프로그램으로 들어갈 때 보완 허가를 받지 않는다면 접근할 수가 없다.
외부에서 내부에 침입하기 위해서는 무조건 공인 ip를 통해서 들어와야 한다.

저번에 그린 아키텍처를 보도록 하자.
우리는 iptime의 공인 ip를 사용하고 있고, 한 PC의 사설 ip를 사용한다.
이 사설 ip를 가지고 있는 PC에서 가상 머신을 이용해 vm1과 vm2를 만든다면?
vm1과 vm2 입장에서는 PC의 사설 ip가 공인 ip로 되고, vm1과 vm2는 사설 ip의 사설 ip를 사용하는 것이다.

네트워크 대역

사설 IP의 대역은 관리자가 공인 IP를 사용하는 공유기에 설정을 한다.
공유기 사이트로 들어가서 관리자가 내부 IP 주소와 서브넷 마스크를 수동으로 바꿀 수 있다.
만약 서브넷 마스크를 29라고 하면 사용할 수 있는 컴퓨터의 수는 2^3 - 2이다. 000~111이 범위인데, 000은 네트워크 ID, 111은 브로드캐스트 주소이기 때문에 할당하지 못한다.

게이트웨이 주소

외부와 통신할 때 사용하는 네트워크의 출입구
인터넷이 되기 위해서는 내 IP 주소를 세팅하고, 네트워크의 규격을 결정하는 서브넷 마스크, 외부로 나가기 위한 게이트웨이 주소까지 써야 공유기를 통해 바깥 세상으로 나가게 된다.
게이트웨이 주소는 공유기의 사설 ip 주소이다.
바깥 세상으로 나가기 위해서는 공유기를 통해서 나가야 하는데 그 공유기가 어디있는지 알기 위한 주소가 게이트웨이 주소인 것이다.

결론

iptime의 공인 ip가 따로 있고, 사설 ip가 위의 그림에서 나온 192.168.0.1이다.
- 동혁 PC에서 사설 ip는 192.168.0.6이다.
- 동혁 PC의 가상머신
  - 가상머신의 공유기(Virtual Network Editor)의 공인 ip는 동혁 PC의 사설 ip가 되며, 사설 ip는 192.168.163.2이다.
    - VM PC1의 사설 ip는 192.168.163.128이다.
    - VM PC2의 사설 ip는 192.168.163.129이다.