17. 네트워크 계층의 역할

✔ 네트워크 간의 연결 구조

네트워크 계층은 네트워크 간의 통신을 가능하게 하는 계층이다.

서로 다른 네트워크 간에 통신을 하려면 라우터(router)라는 네트워크 장비가 필요하다.
라우터는 데이터의 목적지가 정해지면 해당 목적지까지 어떤 경로로 가는 것이 좋은지를 알려주는 기능을 한다.

랜 안에서는 MAC 주소만으로도 통신할 수 있지만 네트워크 간에 통신을 하려면 IP 주소가 필요하다.
IP 주소는 어떤 네트워크의 어떤 컴퓨터인지를 구분할 수 있도록 하는 주소이다.

목적지 IP 주소까지 어떤 경로로 데이터를 보낼지 결정하는 것을 라우팅(routing)이라고 한다.
라우터에는 라우팅 테이블(routing table)이 있어서 경로 정보를 등록하고 관리한다.

✔ IP(Internet Protocol)란?

네트워크 계층의 대표적인 프로토콜에는 IP가 있다.
네트워크 계층에서는 캡슐화할 때 IP헤더를 추가하고, IP 패킷이라고 한다.

IP 헤더는 데이터를 정확하게 전달하기 위해 필요한 정보가 포함되어 있다.

[그림] IP 헤더

1. 버전(version)
2. 헤더 길이(header length)
3. 서비스 유형(service type)
4. 전체 패킷 길이(total length)
5. ID(identification, 일련번호)
6. 조각 상태(flags)
7. 조각의 위치(fragment offset)
8. TTL
9. 프로토콜(protocol)
10. 헤더 체크섬(header checksum)
11. 출발지 IP 주소(source IP address)
12. 목적지 IP 주소(destination OP address)    

18. IP 주소의 구조

✔ IP 주소란?

IP 주소는 인터넷 서비스 제공자(ISP)에게 받을 수 있으며, IP 버전은 IPv4와 IPv6가 있다.
IPv4는 32비트로 되어 있으며 약 43억 개를 만들 수 있는데, 인터넷이 널리 보급되며 주소가 부족해져서 IPv6가 등장했다.
IPv6는 128비트로 되어 있으며 약 340간 개를 만들 수 있다.

IP 주소에는 공인 IP 주소와 사설 IP 주소가 있다.
공인 IP 주소는 인터넷 서비스 제공자(ISP)가 제공하며, 인터넷에 직접 연결되는 컴퓨터나 라우터에 할당한다.
사설 IP 주소는 회사나 가정의 랜 안에 있는 컴퓨터에 할당하며, 랜의 네트워크 관리자가 자유롭게 할당하거나 라우터의 DHCP 기능을 사용하여 주소를 자동으로 할당한다.

* DHCP: Dynamic Host Configuration Protocol의 약어로 IP 주소를 자동으로 할당하는 프로토콜

[그림] 공인 IP 주소와 사설 IP 주소

IP 주소는 네트워크 ID(네트워크 주소)와 호스트 ID(호스트 주소)로 나눠져 있다.
네트워크 ID는 '어떤 네트워크'인지를 나타내고, 호스트 ID는 '해당 네트워크의 어느 컴퓨터'인지를 나타낸다.

[그림] IP 주소의 네트워크 ID와 호스트 ID

19. IP 주소의 클래스 구조

✔ IP 주소 클래스란?

IP 주소는 네트워크 규모에 따라 A~E 클래스(class)로 나누어지며 일반적으로 A~C 클래스를 사용한다.

클래스 이름	내용	네트워크 크기	네트워크의 IP 주소 범위(10진수)	공인 IP 주소의 범위	사설 IP 주소의 범위
A 클래스	대규모 네트워크 주소	8비트 네트워크 ID + 24비트 호스트 ID	1.0.0.0~127.255.255.255	1.0.0.0~9.255.255.255, 11.0.0.0~127.255.255.255	10.0.0.0~10.255.255.255
B 클래스	중형 네트워크 주소	16비트 네트워크 ID + 16비트 호스트 ID	128.0.0.0~191.255.255.255	128.0.0.0~172.15.255.255, 172.32.0.0.0~191.255.255.255	172.16.0.0~172.31.255.255
C 클래스	소규모 네트워크 주소	24비트 네트워크 ID + 8비트 호스트 ID	192.0.0.0~223.255.255.255	192.0.0.0~192.167.255.255, 192.169.0.0~223.255.255.255	192.168.0.0~192.168.255.255
D 클래스	멀키캐스트(multicast) 네트워크 주소
E 클래스	연구 및 특수용도 주소

• IP 주소 확인하는 방법

  시작 메뉴 > cmd > ipconfig

20. 네트워크 주소와 브로드캐스트 주소의 구조

✔ 네트워크 주소와 브로드캐스트 주소란?

IP 주소에는 네트워크 주소와 브로드캐스트 주소가 있으며, 컴퓨터에 설정할 수 없다.

네트워크 주소는

• 전체 네트워크에서 작은 네트워크를 식별하는 데 사용된다. (전체 네트워크의 대표 주소)
• 호스트 ID가 10진수일 때 0, 2진수일 때 00000000인 주소이다.

브로드캐스트 주소는

• 네트워크에 있는 컴퓨터나 장비 모두에게 한 번에 데이터를 전송하는 데 사용되는 전용 IP 주소이다.
• 호스트 ID가 10진수일 때 255, 2진수일 때 11111111인 주소이다.

[그림] 네트워크의 범위와 브로드캐스트 주소

21. 서브넷의 구조

✔ 서브넷이란?

서브넷팅(subneting)은 네트워크를 분할하는 것이다.

서브넷(subnet)은 분할된 네트워크이다.

서브넷팅이 되면 구성이 '네트워크 ID + 호스트 ID'에서 '네트워크 ID + 서브넷 ID + 호스트 ID'로 변경된다.

✔ 서브넷 마스크란?

서브넷 마스크는 서브넷팅 후 네트워크 ID와 호스트 ID를 식별하기 위한 값이다.

클래스별로 서브넷 마스크는 A 클래스가 255.0.0.0, B 클래스가 255.255.0.0, C 클래스가 255.255.255.0이다.

프리픽스 표기법은 서브넷 마스크를 슬래시(/비트)로 나타낸다.
예를 들어 255.255.255.240을 플리픽스 표기법으로 나타내면 /28이다.

22. 라우터의 구조

✔ 라우터란?

라우터(router)는 서로 다른 네트워크와 통신하려면 필요하다.
라우터는 네트워크를 분할할 수 있지만, 스위치와 허브는 분할할 수 없다.

컴퓨터에서 다른 네트워크로 데이터를 전송하려면 기본 게이트웨이를 설정해야 한다.
윈도우에서 기본적으로 '자동으로 IP 주소 받기'가 체크되어 있으면 네트워크 외부에 접속할 때 사용되는 기본 게이트웨이가 자동으로 설정된다.

✔ 라우팅이란?

라우팅(routing)은 경로 정보를 기반으로 현재의 네트워크에서 다른 네트워크로 최적의 경롤를 통해 데이터를 전송한다.

라우팅 테이블은 경로 정보가 등록되어 있는 테이블이다.

라우팅 테이블 등록은 네트워크 관리자가 수동으로 등록하는 방법(소규모 네트워크에 적합), 자동으로 등록하는 방법(대규모 네트워크에 적합)이 있다.

라우터 간 라우팅 정보를 서로 교환하기 위한 프로토콜은 라우팅 프로토콜이라고 한다.

🔎 용어 정리

• 네트워크 계층(network layer): 다른 네트워크와 통신하기 위한 경로 설정을 위해 라우터를 통한 라우팅을 하며 패킷 전송을 담당
• IP(Internet Protocol): 인터넷에 있는 한 컴퓨터에서 다른 컴퓨터로 데이터를 보내는 데 사용되는 네트워크 계층 프로토콜
• IP 주소(IP address): 컴퓨터 네트워크에서 장치들이 서로를 인식하고 통신하기 위해 사용하는 주소
• IP 주소 클래스(IP address class): IPv4에서 사용하는 주소 그룹에는 다섯 개가 있음. A, B, C 클래스는 네트워크 ID와 호스트 ID로 구성되며, D 클래스는 멀티캐스트 주소로 사용. E 클래스는 필요에 따라 사용하기 위해 확보해 놓은 것
• 라우터(router): 서로 다른 네트워크를 연결해 주는 장치로 현재의 네트워크에서 다른 네트워크로 패킷을 전송할 수 있도록 함
• 라우팅(rouiting): 네트워크에서 패킷을 목적지로 보낼 때 목적지까지 갈 수 있는 여러 가지 경로 중 한 가지 경로를 설정해 주는 과정
• 라우팅 테이블(routing table): 컴퓨터 네트워크에서 목적지 주소를 목적지에 도달하기 위한 네트워크 노선으로 변환시킬 목적으로 사용된다. 다른 네트워크로 가기 위한 가장 좋은 라우터의 정보를 가짐
• 서브넷(subnet): 큰 네트워크를 분할해서 만든 작은 네트워크
• 서브넷팅(subneting): 네트워크를 분할하기 위해 IP 주소의 구성을 변경하는 작업
• 서브넷 ID: IP 주소의 네트워크 부분을 늘리기 위해 서브넷 마스크로 사용되는 비트로 서브넷 비트(subnetbits)라고도 함
• 서브넷 마스크(subnet mask): IP 주소의 네트워크 부분만 나타나게 하여 같은 네트워크인지 판별하게 하는 마스크
• 멀티캐스트(multicast): 한 컴퓨터에서 패킷을 여러 컴퓨터로 동시에 전송하는 것
• 브로드캐스트(brodcast): IP 네트워크에 있는 모든 컴퓨터로 데이터를 전송하는 방식