개요
- 네트워크 통신에서 가장 중요한 요소 중 하나는 네트워크 주소와 패킷 전송 과정. 네트워크에서 데이터를 주고받을 때, 각 장치는 고유한 주소를 가지며, 패킷을 통해 데이터를 전달함. MAC 주소는 네트워크 인터페이스의 물리적 고유 주소를 나타내고, IP 주소는 네트워크 상에서의 논리적인 위치를 나타냄
- 라우팅과 포워딩을 통해 네트워크 장치 간에 패킷이 전송되며, DNS(Domain Name System)는 도메인 이름을 IP 주소로 변환하여 인터넷 상의 통신을 가능하게 함. 이번 글에서는 네트워크 주소와 패킷 전송 과정을 구체적으로 설명함
1. MAC 주소와 IP 주소의 역할
- 네트워크 통신에서 데이터를 보내고 받기 위해서는 출발지와 목적지의 주소가 필요함. 네트워크는 MAC 주소와 IP 주소 두 가지 주요 주소 체계를 사용
1) MAC 주소 (Media Access Control Address)
- MAC 주소는 네트워크 인터페이스 카드(NIC)에 할당된 고유한 물리적 주소로, 네트워크의 데이터 링크 계층에서 장치 간 통신을 위해 사용됨. 각 장치는 네트워크 상에서 고유한 MAC 주소를 가지며, 48비트(6바이트) 길이로 이루어져 있음. MAC 주소는 네트워크 상에서 같은 네트워크에 있는 장치 간 통신에서 주로 사용되며, 라우터가 패킷을 전달할 때도 MAC 주소를 이용해 다음 목적지로 전송
- MAC 주소는 16진수로 표현되며, 보통 콜론(:) 또는 대시(-)로 구분됨. 예:
00:1A:2B:3C:4D:5E - MAC 주소는 하드웨어에 영구적으로 설정된 주소이므로 변경이 불가능하며, LAN(Local Area Network) 내에서 물리적 장치를 구분하는 데 사용
2) IP 주소 (Internet Protocol Address)
- IP 주소는 네트워크 상에서의 논리적 주소로, 인터넷이나 네트워크 상에서 장치가 위치한 위치를 나타냄. IP 주소는 네트워크 계층에서 사용되며, 데이터가 네트워크를 통해 다른 네트워크로 전달될 때 중요한 역할을 함. IP 주소는 IPv4와 IPv6 두 가지 버전이 있으며, 각각 32비트와 128비트로 구성
- IPv4 주소 형식:
192.168.0.1과 같은 형식으로, 32비트 주소를 8비트씩 4부분으로 나누어 나타냄 - IPv6 주소 형식:
2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334와 같이 128비트 주소를 16진수로 표현 - IP 주소는 네트워크 계층에서 라우팅과 포워딩을 위해 사용되며, 네트워크 상의 다른 장치들과 통신할 수 있도록 함
2. 패킷 전송 과정: 라우팅과 포워딩
- 패킷은 네트워크에서 데이터를 전송하는 기본 단위로, 데이터는 전송되기 전에 여러 개의 작은 패킷으로 나누어짐. 이 패킷들은 출발지 IP 주소와 목적지 IP 주소, 출발지 MAC 주소와 목적지 MAC 주소를 포함하여 네트워크 상에서 전달됨. 패킷은 라우터를 거치면서 적절한 경로로 전송되고, 최종 목적지에 도착
1) 라우팅 (Routing)
- 라우팅은 네트워크에서 패킷이 올바른 목적지에 도달할 수 있도록 경로를 결정하는 과정임. 네트워크에서 패킷은 여러 라우터를 거쳐 전달되며, 각 라우터는 라우팅 테이블을 사용하여 패킷을 다음 경로로 전달함. 라우팅은 패킷이 목적지에 가장 빠르고 효율적으로 도달할 수 있는 경로를 선택하는 데 중요
- 라우팅 테이블: 각 라우터는 목적지 IP 주소에 따라 패킷을 전달할 다음 경로를 정의하는 라우팅 테이블을 유지함. 이 테이블을 바탕으로 라우터는 패킷이 도달할 최적의 경로를 선택
목적지 네트워크 넥스트 홉 인터페이스 192.168.1.0/24 192.168.2.1 eth0
2) 포워딩 (Forwarding)
- 포워딩은 라우팅 테이블에 따라 패킷을 실제로 전달하는 과정. 라우터가 패킷을 수신하면, 해당 패킷의 목적지 IP 주소를 라우팅 테이블과 대조하여 다음 경로로 패킷을 전송. 이 과정에서 라우터는 패킷의 목적지 MAC 주소를 새롭게 설정하여, 다음 홉(hop)으로 패킷을 전달
- ARP(Address Resolution Protocol): IP 주소를 기반으로 패킷이 전달될 때, 라우터는 목적지의 MAC 주소를 알아내기 위해 ARP 프로토콜을 사용함. ARP는 IP 주소와 MAC 주소 간의 매핑을 수행하여, IP 패킷을 전달할 때 필요한 물리적 주소를 제공
3. DNS: 도메인 이름을 IP 주소로 변환
- 인터넷에서 사람들은 도메인 이름(예: www.example.com)을 사용하여 웹사이트에 접근하지만, 네트워크 상에서는 IP 주소가 사용됨. DNS(Domain Name System)는 사용자가 입력한 도메인 이름을 네트워크가 이해할 수 있는 IP 주소로 변환하는 역할을 함. DNS는 분산된 데이터베이스 시스템으로, 여러 서버가 서로 협력하여 도메인 이름을 IP 주소로 매핑함
DNS query 과정
1) 클라이언트 요청
- 사용자가 브라우저에
www.example.com을 입력하면, 브라우저는 DNS 서버에 도메인 이름의 IP 주소를 요청함. 이 요청을 DNS query라고 함
2) DNS 서버 탐색
- 로컬 DNS 서버는 먼저 캐시에서 해당 도메인의 IP 주소가 있는지 확인함. 캐시에 IP 주소가 없다면, 상위 DNS 서버에 재귀적 query를 보냄. 이 과정에서 루트 DNS 서버, TLD(Top-Level Domain) DNS 서버, 권한 있는 DNS 서버를 차례로 거치며 IP 주소를 찾음
3) IP 주소 반환
- 권한 있는 DNS 서버는 해당 도메인에 대한 IP 주소를 찾아 클라이언트에게 반환함. 클라이언트는 이 IP 주소를 사용해 목적지 서버에 연결
1. 클라이언트 -> 로컬 DNS 서버: www.example.com의 IP 주소 요청
2. 로컬 DNS 서버 -> 권한 있는 DNS 서버: IP 주소 질의
3. 권한 있는 DNS 서버 -> 로컬 DNS 서버: IP 주소 응답
4. 로컬 DNS 서버 -> 클라이언트: IP 주소 반환DNS 캐싱과 성능 최적화
- DNS 서버는 이전에 질의한 도메인의 IP 주소를 캐시에 저장함으로써, 같은 도메인에 대한 반복적인 요청을 빠르게 처리할 수 있음. 캐싱을 통해 DNS 조회 시간을 단축하고, 네트워크 성능을 향상시킬 수 있음. DNS 응답은 TTL(Time to Live) 값을 가지며, 이 값이 만료되기 전까지 캐시에 저장됨
4. 실무에서의 네트워크 주소 및 패킷 전송
- 실제 네트워크 환경에서 IP 주소와 MAC 주소는 필수적인 역할을 하며, 특히 라우팅과 포워딩 과정은 네트워크 성능에 큰 영향을 미침. 네트워크 관리자나 개발자는 다음과 같은 요소들을 고려해야 함:
1) IP 주소 관리
- 네트워크 설계 시 고유한 IP 주소를 할당하고, 서브넷팅을 통해 네트워크 자원을 효율적으로 관리해야 함
2) 라우팅 최적화
- 라우터 간의 라우팅 경로를 최적화하여, 트래픽을 효율적으로 분산시키고, 네트워크 병목을 방지해야 함
3) DNS 관리
- 웹사이트나 애플리케이션의 도메인 이름이 잘 관리되어야 하며, DNS 캐시를 적절히 활용하여 성능을 최적화할 수 있음.
정리
- MAC 주소와 IP 주소는 네트워크 상에서 장치 간 통신을 위한 핵심적인 역할을 하며, 라우팅과 포워딩을 통해 패킷이 목적지에 도달하게 함. DNS는 도메인 이름을 IP 주소로 변환하여 사용자가 웹사이트에 쉽게 접근할 수 있도록 돕는 중요한 시스템. 네트워크 관리자와 개발자는 이러한 네트워크 주소 체계와 패킷 전송 과정을 잘 이해함으로써, 네트워크 성능을 최적화하고, 네트워크 문제를 효율적으로 해결할 수 있음
