17. 네트워크 계층의 역할

• 네트워크 계층은 다른 네트워크와 통신하기 위한 경로 설정을 위해 라우터를 통한 라우팅을 하며 패킷 전송을 담당한다.

네트워크 간의 연결 구조

• 데이터 링크 계층의 이더넷 규칙으로 같은 네트워크에 있는 컴퓨터로 데이터를 전송할 수 있다.
• 다른 네트워크에 있는 목적지로 데이터를 전달하려면 네트워크 계층의 기술이 필요하다. 라우터라는 네트워크 장비가 그러한 기능을 제공한다.
  • 인터넷 공유기 또한 라우터에 해당된다.
• 랜 안에서는 MAC 주소만으로도 통신할 수 있지만, 네트워크 간에 통신을 하려면 IP 주소가 필요하다.
  • IP 주소 : 컴퓨터 네트워크에서 장치들이 서로를 인식하고 통신하기 위해 사용하는 주소

IP란?

• IP : 인터넷에 있는 한 컴퓨터에서 다른 컴퓨터로 데이터를 보내는 데 사용되는 네트워크 계층 프로토콜
• 네트워크 계층에서는 캡슐화 할 때 IP 헤더를 붙인다. IP 헤더는 버전, 헤더 길이, 서비스 유형, 전체 패킷 길이, ID, 조각 상태, 조각의 위치, TTL, 프로토콜, 헤더 체크섬, 출발지 IP 주소, 목적지 IP 주소 순서로 구성되어 있다.
• 데이터에 IP 헤더가 추가된 것을 IP 패킷이라고 한다.
  • 데이터 링크 계층에서는 프레임이었다.

18. IP 주소의 구조

IP 주소란?

• 데이터를 다른 네트워크의 목적지로 보내려면 IP 주소가 필요하다.
• IP 주소는 인터넷 서비스 제공자(ISP)에게 받을 수 있다.
• IP 버전은 IPv4와 IPv6가 있다.
  • 현재 주로 사용하는 IPv4 주소는 32비트로 되어 있어서 IP 주소를 약 43억개 만들 수 있다.
  • 처음 IP 주소를 만들 때 43억개면 충분하다고 생각했다. 하지만 인터넷이 널리 보급되면서 IP 주소가 부족해졌고 그러면서 IPv6 주소를 사용하게 됐다.
  • IPv6는 128비트로 약 340간대의 IP 주소를 만들 수 있다. 이로인해 가정에 있는 TV나 에어텐에서도 인터넷을 연결하여 통신할 수 있게 되었다.

	공인 IP (Public IP)	사설 IP (Private IP)
할당 주체	ISP(인터넷 서비스 공급자)	라우터(공유기)
할당 대상	개인 또는 회사의 서버(라우터)	개인 또는 회사의 기기
고유성	인터넷 상에서 유일한 주소	하나의 네트워크 안에서 유일
공개 여부	내/외부 접근 가능.	외부 접근 불가능

• IP 주소에는 공인 IP 주소와 사설 IP 주소가 있다. IPv4 주소는 고갈될 수 있기 때문에 인터넷에 직접 연결되는 컴퓨터나 라우터에는 공인 IP 주소를 할당하고, 회사나 가정의 랜에 있는 컴퓨터는 사설 IP 주소를 할당하는 정책을 사용한다.
  • 사설 IP 주소는 랜의 네트워크 관리자가 자유롭게 할당하거나 라우터의 DHCP 기능을 사용하여 주소를 자동으로 할당하고 있다.
• MAC 주소는 48비트, 16진수로 표시하고, IP 주소는 32비트, 10진수로 표시한다.
  • IP 주소는 8비트씩 끊어서 네 개의 옥텟으로 구분한다.
• IP 주소는 네트워크 ID와 호스트 ID로 나누어진다.
  • 네트워크 ID는 어떤 네트워크인지를 나타내고, 호스트 ID는 해당 네트워크의 어느 컴퓨터인지를 나타낸다.

19. IP 주소의 클래스 구조

IP 주소의 클래스란?

• IPv4의 IP 주소는 비트로 구분하지만 네트워크 ID를 크게 만들거나 호스트 ID를 작게 만들어 네트워크 크기를 조정할 수도 있다. 네트워크 크기는 클래스로 구분한다.
  • A, B, C 클래스는 네트워크 ID와 호스트 ID로 구성되며, D 클래스는 멀티캐스트 주소로 사용된다. E 클래스는 필요에 따라 사용하기 위해 확보해놓은 것이다.
  • 일반적으로 A, B, C 클래스를 사용한다.

클래스 이름	내용	네트워크 ID와 호스트 ID 비트 수	최대 호스트 수	범위(2진수)	범위(10진수)	사설 IP 주소의 범위
A	대규모 네트워크 주소	8 : 24	1677만 7214대	00000001000000000000000000000000 ~ 011111111111111111111111	1.0.0.0 ~ 127.255.255.255	10.0.0.0 ~ 10.255.255.255
B	중형 네트워크 주소	16 : 16	6만 5534대	10000000000000000000000000000000 ~ 101111111111111111111111	128.0.0.0 ~ 191.255.255.255	172.16.0.0 ~ 172.31.255.255
C	소규모 네트워크 주소	24 : 8	254대	11000000000000000000000000000000 ~ 110111111111111111111111	192.0.0.0 ~ 223.255.255.255	192.168.0.0 ~ 192.168.255.255
D	멀티캐스트 주소	-	-	-	-	-
E	연구 및 특수용도 주소	-	-	-	-	-

20. 네트워크 주소와 브로드캐스트 주소의 구조

네트워크 주소와 브로드캐스트 주소란?

• IP 주소에는 네트워크 주소와 브로드캐스트 주소가 있다.
  • 이 두 주소는 특별한 주소로 컴퓨터나 라우터가 자신의 IP로 설정하면 안되는 주소이다.
• 네트워크 주소
  • 호스트 ID가 10진수로 0이고, 2진수면 00000000인 주소이다.
  • 전체 네트워크에서 작은 네트워크를 식별하는 데 사용된다. 즉, 그 네트워크 전체를 대표하는 주소이다.
• 브로드캐스트 주소
  • 호스트 ID가 10진수로 255고, 2진수면 11111111인 주소이다.
  • 네트워크에 있는 컴퓨터나 장비 모두에게 한 번에 데이터를 전송하는 데 사용되는 전용 IP 주소이다.
• 멀티캐스트 : 한 컴퓨터(호스트)에서 패킷을 여러 컴퓨터로 동시에 전송하는 것을 말한다.
• 브로트캐스트 : IP 네트워크에 있는 모든 컴퓨터(호스트)로 데이터를 전송하는 방식이다.

21. 서브넷의 구조

서브넷이란?

• 서브넷 : 큰 네트워크를 분할해서 만든 작은 네트워크다.
• 서브넷팅 : 네트워크를 분할하기 위해 IP 주소의 구성을 변경하는 작업이다.
  • 네트워크를 분할하면 브로드캐스트로 전송되는 패킷의 범위를 좁힐 수 있다. 또한, 더 많은 네트워크를 만들 수 있어서 IP 주소를 더 효과적으로 사용할 수 있다.
• 서브넷팅되면 구성이 네트워크 ID + 호스트 ID에서 네트워크 ID + 서브넷 ID + 호스트 ID로 변경된다.
  • 호스트 ID에서 비트를 빌려 서브넷 ID로 바꾸는 것이다.
  • 서브넷 ID : IP 주소의 네트워크 부분을 늘리기 위해 서브넷 마스크로 사용되는 비트로 서브넷 비트라고도 한다.

서브넷 마스크란?

• 서브넷 마스크는 네트워크 ID와 호스트 ID를 식별하는 값이다. IP 주소의 네트워크 부분만 나타나게 하여 같은 네트워크인지를 판별하게 하는 마스크다.
  • IP 주소를 서브넷팅하면 네트워크 ID와 호스트 ID를 판단하기 어렵기 때문에 사용한다.
  • 클래스별로 서브넷 마스트는 A 클래스가 255.0.0.0, B 클래스가 255.255.0.0, C 클래스가 255.255.255.0이다.
• 프리픽스 표기법은 서브넷 마스크를 /비트로 나타낸다.
  • ex) 255.255.255.0 -> /24, C 클래스에서 서브넷 ID가 4비트 -> /28

22. 라우터의 구조

라우터란?

• 라우터 : 서로 다른 네트워크를 연결해 주는 장치로 현재의 네트워크에서 다른 네트워크로 패킷을 전송할 수 있도록 한다.
• 라우터는 네트워크를 분할할 수 있지만 스위치(레이어 2)와 허브는 분할할 수 없다.
• 컴퓨터에서 다른 네트워크로 데이터를 전송하려면 기본 게이트웨이를 설정해야 한다.
  • 게이트웨이 IP 주소는 가까운 라우터의 IP 주소를 의미한다.
  • 출발지에서는 다른 네트워크로 데이터를 보낼 대 어디로 전송해야 하는지 모른다. 그래서 네트워크의 출입구를 지정하고 일단은 데이터를 전송하는 것이다.

라우팅이란?

• 라우팅 : 네트워크에서 패킷을 목적지로 보낼 때 목적지까지 갈 수 있는 여러가지 경로 중 한 가지 경로를 설정해 주는 과정이다.
• 경로 정보가 등록되어 있는 테이블을 라우팅 테이블이라고 한다.
• 라우팅 테이블은 수동으로 등록하는 방법과 자동으로 등록하는 방법이 있다.
  • 수동으로 등록하는 방법은 소규모 네트워크에 적합하다.
  • 자동으로 등록하는 방법은 대규모 네트워크에 적합하다. 라우터 간에 경로 정보를 서로 교환하여 라우팅 테이블 정보를 자동으로 수정해준다.
• 라우터 간에 라우팅 정보를 서로 교환하기 위한 프로토콜을 라우팅 프로토콜이라고 한다.