[Network] IP

mingsso·2023년 10월 31일

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1️⃣ IP란

Internet Protocol의 약자
지정된 IP 주소에 데이터를 전달하며, 패킷이라는 통신 단위로 데이터를 전달한다

IP 주소 - 네트워크 통신에서, 각각의 통신기기(컴퓨터, 노트북, 스마트폰 등)에 할당된 식별번호
(8비트씩 4부분, 총 32비트 = IPv4, 16비트씩 8부분, 총 128비트 = IPv6)

IP 패킷 - 데이터에 출발지 IP주소, 목적지 IP주소가 포함된 헤더를 붙여서 IP 패킷으로 만듦

❓IP 주소 vs MAC 주소
둘 다 네트워크 통신에서 통신기기의 식별번호를 나타낸다는 공통점

IP 주소는 네트워크에 있는 장치에 대한 연결(SW)을 식별하지만, MAC 주소는 네트워크에 참여하는 장치(HW)를 식별함

IP 주소 체계는 변경 가능하고, 효과적인 라우팅을 위한 논리적인 주소이기 때문에, 라우팅 기법을 통해 IP 주소를 추적해 패킷을 보낸 뒤 IP 주소를 MAC 주소로 변환(ARP 프로토콜)하여 데이터를 전송함

IP 주소는 32비트(IPv4) 또는 128비트(IPv6)이지만, MAC 주소는 48비트

IP 주소는 네트워크 관리자 또는 인터넷 서비스 공급자(ISP)가 할당하지만, MAC 주소는 인터페이스 하드웨어 제조업체가 지정함(제품의 시리얼 넘버)

2️⃣ IP주소의 클래스

하나의 IP는 네트워크 부분 + 호스트 부분으로 구성되어 있음

하나의 네트워크에 있는 IP끼리 통신하기 위해서는 네트워크 부분이 같아야 함
네트워크 부분이 다르다면 라우터나 게이트웨이 같은 통신장비를 통해 통신할 수 있음

비유)
'서울시 중랑구 면목동 A아파트 B동 건물의 301호'에 있는 사람이 
'서울시 중랑구 면목동 A아파트 B동 건물의 505호'에 있는 사람을 찾아가려고 한다면
현재 그 사람이 위치해 있는 건물을 나갈 필요가 없음
-> 쓸데없이 같은 건물에 있는 사람을 찾기 위해 건물 밖을 나갔다 온다든가 하는 불필요한 짓 없이 효율적인 네트워크 
통신/브로드캐스팅이 가능하도록 장치들을 일정한 규칙에 따라 하나의 그룹(서브넷)으로 묶음

그러나 건물 밖의 대상(=같은 서브넷에 속하지 않은 호스트)을 찾아가고자 한다면?
목적지가 같은 서울시 중랑구 면목동 A아파트라고 하더라도, B동이 아니라 바로 옆 건물 C동만 되어도 일단 B동 건물 
출입구를 통해 먼저 밖으로 나가야 한다.
이때 이 건물 출입구가 바로 '게이트웨이'인 것이다

클래스는 하나의 IP 주소에서 네트워크 영역과 호스트 영역을 나누는 방법이자 약속

IP주소 클래스의 종류는 네트워크 크기에 따라 5가지로 분리됨

클래스 A
- 하나의 네트워크가 가질 수 있는 호스트 수가 제일 많은 클래스 → 국가 이상의 큰 통신망에서 사용됨
- IP주소를 32자리 2진수로 표현했을 때, 맨 앞자리 수가 0인 경우
- 0000 0000. 0000 0000. 0000 0000. 0000 0000 ~ 0111 1111. 1111 1111. 1111 1111. 1111 1111 (0.0.0.0 ~ 127.255.255.255)
클래스 B : 학교 등 중대규모 통신망에서 사용됨
클래스 C : 소규모 회사나 ISP 업체의 통신망에서 사용됨
클래스 D : 멀티캐스트 시에만 특수 사용하는 클래스
클래스 E : 연구용, 테스트용으로 존재하는 클래스이고 사용되지 않음

3️⃣ 서브넷마스크

32비트의 숫자로, 1의 비트는 네트워크 부분을 나타내고 0의 비트는 호스트 부분을 나타냄

이런 방식으로 서브넷 마스크는 IP 주소를 네트워크 및 호스트 주소와 분리함
서브넷 마스크를 어떤 범위로 하냐에 따라 로컬 네트워크의 범위가 넓어질 수도, 좁아질 수도 있음
IP 주소 클래스마다 서브넷 마스크가 다름 -> 클래스마다 주소 범위가 정해져 있어서 앞자리만 보고도 어느 클래스인지 판별할 수는 있긴 하지만 보다 쉽게 구분하기 위해서 서브넷 마스크로 구분함

ex)
IP주소 192.168.123.132/24에서, /24(CIDR 표기법)와 255.255.255.0은 같은 것을 나타냄
-> 255.255.255.0을 이진수로 쓰면 1111 1111.1111 1111.1111 1111.0000 0000, 즉 앞에서부터 
연속된 1의 개수만 나타낸 것이 /24인 것

1로 채우는 필드가 네트워크 부분이고, 0으로 채우는 필드가 호스트 부분이다

서브넷팅

네트워크 관리자가 네트워크 성능을 향상시키기 위해 자원을 효율적으로 분배하는 것
즉, 네트워크 영역과 호스트 영역을 분할하는 것

서브넷팅을 하면 IP 할당 범위를 더 작은 단위로 나눌 수 있게 됨
만일 호스트를 50개만 사용하는 기업이 192.168.10.0/24 아이피 주소를 사용한다면 가정하면(C클래스, 총 256개의 주소), 이 256개를 절반으로 나누고(128개) 또 절반으로 나눈(64개) 주소를 기업에게 할당하고 남는 네트워크 주소는 다른 사용처로 할당할 수 있음
-> 이 경우 서브넷 마스크가 8의 배수가 아니라 다양해 지는 것

4️⃣ IP주소의 종류

IPv4, IPv6

전 세계적으로 인터넷 사용자 수가 급증하면서 IPv4 주소가 고갈될 위기 → IPv6 등장

추가로, IPv4는 메시지 전송 방식으로 유니캐스트/멀티캐스트/브로드캐스트를 사용하며, IPv6는 유니캐스트/멀티캐스트/애니캐스트를 사용함

❓ 메시지 전송 방식

브로드캐스트 (Broadcast, IPv4)

네트워크에 연결되어 있는 모든 시스템에게 데이터 전송(1대 다수, 불특정 다수) -> 모든 시스템에게 패킷이 전송되므로 트래픽이 증가한다는 단점

멀티캐스트 (Multicast, IPv4/IPv6)

네트워크에 연결되어 있는 일부 시스템(멀티캐스트 그룹에 속하는)에게 데이터 전송(1대 다수, 특정 집단)

유니캐스트 (Unicast, IPv4/IPv6)

단일 송신자와 단일 수신자 간의 통신(1대 1)

애니캐스트 (Anycast, IPv6)

단일 송신자와 가장 가까이 있는 단일 수신자 간의 통신(1대 1)

고정 IP, 유동 IP

고정 IP
- 변하지 않고 컴퓨터에게 고정적으로 부여된 IP주소
- 한번 부여되면 IP주소를 반납하기 전까지는 다른 장비에 부여할 수 없는 고유의 IP로 보안성이 우수함
- 속도가 빠르고 안정적임
유동 IP
- 인터넷 사용자 모두에게 고정 IP 주소를 부여해주기 힘들기 때문에, 일정한 주기 또는 사용자들이 인터넷에 접속하는 매 순간마다 사용하고 있지 않은 IP 주소를 임시로 발급해줌

IP 주소의 개수는 한정적이기 때문에, 고정 IP 주소를 사용하려면 추가 요금을 지불해야 함
-> 보통 일반 가정에서는 고정 IP를 사용하지 않고, 서버 운영이 필요한 사업장에서 고정 IP 주소를 사용함

http://kt-center.co.kr/new2/sp_internet/sp_04.php

공인 IP, 사설 IP

공인 IP
- 인터넷 사용자의 로컬 네트워크를 식별하기 위해 ISP(인터넷 서비스 공급자)가 제공하는 IP 주소
- 외부에 공개되어 있기 때문에, 인터넷에 연결된 다른 PC가 접근할 수 있음
- 공인 IP는 전세계에서 유일한 IP 주소임
사설 IP
- 일반 가정이나 회사 내에서 할당된 네트워크의 IP 주소(라우터에 의해 로컬 네트워크 상의 PC나 장치에 할당됨)
- IPv4의 주소 부족으로 인해 서브넷팅된 IP 주소
- 공인 주소 영역에서 일부 주소 블록을 사설 주소를 위해 할당 → 사설 네트워크에서 내부적으로만 사용 가능, 인터넷 상에서 무시됨

💻→🌏 : 사설 IP를 할당받은 스마트폰 혹은 개인 PC가 데이터 패킷을 인터넷으로 전송하면, 라우터(공유기)가 해당 사설 IP를 공인 IP로 바꿔서 전송함

🌏→💻 : 인터넷에서 오는 데이터 패킷의 목적지도 해당하는 사설 IP로 변경한 후 개인 스마트폰 혹은 PC에 전송함

사설 IP 주소 범위
- 전체 IP 공간 중 사설 IP 주소로 사용되는 대역은 미리 정해져 있음
- 클래스 A - 10.0.0.0 ~ 10.255.255.255
- 클래스 B - 172.16.0.0 ~ 172.31.255.255
- 클래스 C - 192.168.0.0 ~ 192.168.255.255

5️⃣ IP 프로토콜의 한계

비연결성 - 패킷을 받을 대상이 없거나 서비스 불능 상태여도(목적지 PC가 꺼져 있어도) 패킷을 전송함
비신뢰성 - 중간에 패킷이 사라지거나, 패킷이 순서대로 안 갈수도 있음
프로그램 구분 - 같은 IP를 사용하는 서버에서 통신하는 애플리케이션이 둘 이상이라면?
→ 이 문제점을 해결하기 위해 TCP/UDP 프로토콜을 함께 사용함