DHCP와 ARP

들어가기 전에

네트워크에서 장치가 통신하려면 IP 주소와 MAC 주소가 필요합니다.

• IP 주소: 네트워크 상에서 논리적 위치를 나타냅니다.
• MAC 주소: 물리적 네트워크 카드의 고유 식별자입니다.

하지만, 새로운 장치가 네트워크에 연결되면 IP 주소를 어떻게 할당받고,
상대방의 MAC 주소를 어떻게 알아낼까요?

이를 해결하는 두 가지 프로토콜이 있습니다.

• DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)
• ARP(Address Resolution Protocol)

또한, 네트워크 상태를 점검하고 오류를 보고하기 위한 프로토콜로

• ICMP(Internet Control Message Protocol)가 사용됩니다.

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1. DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)

DHCP란?

• 네트워크에 연결된 장치에게 IP 주소를 자동으로 할당해 주는 프로토콜입니다.
• IP 외에도 서브넷 마스크, 게이트웨이, DNS 서버 정보를 함께 전달합니다.
• 수동 설정 없이, 네트워크에 연결만 하면 IP 주소를 받아 바로 통신이 가능합니다.

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DHCP 동작 원리

(1) DHCP Discover (브로드캐스트)

• 클라이언트가 네트워크에 연결되면 IP 주소 요청을 브로드캐스트합니다.
• 대상 IP: 255.255.255.255

(2) DHCP Offer (유니캐스트 또는 브로드캐스트)

• DHCP 서버가 사용 가능한 IP 주소를 찾아 제안(Offer) 합니다.
• 동시에 서브넷 마스크, 게이트웨이 정보도 함께 전달합니다.

(3) DHCP Request (브로드캐스트)

• 클라이언트가 받은 IP 주소 중 하나를 선택하고, 사용 요청을 다시 브로드캐스트합니다.

(4) DHCP Acknowledgment (ACK) (유니캐스트 또는 브로드캐스트)

• DHCP 서버가 요청을 확인하고, IP 주소를 임대합니다.
• 이때 임대 기간(Lease Time)이 함께 설정됩니다.

단계	설명	IP 전송 방식
DHCP Discover	IP 요청 시작	브로드캐스트
DHCP Offer	IP 주소 제안	유니캐스트 또는 브로드캐스트
DHCP Request	선택한 IP 요청	브로드캐스트
DHCP ACK	최종 IP 할당	유니캐스트 또는 브로드캐스트

유니캐스트와 브로드캐스트

구분	유니캐스트(Unicast)	브로드캐스트(Broadcast)
정의	하나의 송신자가 하나의 수신자에게만 데이터 전송	하나의 송신자가 같은 네트워크의 모든 수신자에게 데이터 전송
예시	웹 브라우저로 특정 웹사이트에 접속할 때	ARP 요청(내 주변 모든 장치에게 MAC 주소 요청)
주요 사용처	HTTP 요청, 이메일 송신, 파일 전송	ARP 요청, DHCP IP 할당, 네트워크 탐색

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DHCP Lease Time (임대 시간)

• IP 주소는 영구적이지 않으며, 일정 시간(Lease Time) 동안만 유효합니다.
• 시간이 만료되면 Renewal Request를 통해 다시 갱신하거나 반환됩니다.
• 네트워크 자원을 효율적으로 관리하기 위한 방식입니다.

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2. ARP (Address Resolution Protocol)

ARP란?

• IP 주소를 기반으로 네트워크 내 MAC 주소를 찾아주는 프로토콜입니다.
• 같은 네트워크(LAN) 내에서만 동작하며, 통신하려는 대상의 MAC 주소를 모를 때 사용합니다.

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ARP 동작 원리

(1) ARP Request (브로드캐스트)

• 송신자는 상대방의 IP 주소는 알지만 MAC 주소를 모를 때 브로드캐스트 요청을 보냅니다.
• 예를 들어, "192.168.1.10의 MAC 주소를 알려주세요!"

(2) ARP Reply (유니캐스트)

• 대상 IP 주소를 가진 장치만 응답합니다.
• 응답 메시지에는 자신의 MAC 주소가 포함됩니다.

단계	설명	IP 전송 방식
ARP Request	IP에 해당하는 MAC 주소 요청	브로드캐스트
ARP Reply	MAC 주소 응답	유니캐스트

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ARP Cache (캐시)

• 요청할 때마다 브로드캐스트하면 네트워크 부하가 커지므로, 한번 조회한 MAC 주소는 일정 시간 동안 캐시에 저장합니다.
  
• arp -a 명령어로 현재 캐시에 저장된 IP ↔ MAC 정보를 확인할 수 있습니다.

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동작 예시

(1) PC1이 PC2에게 데이터를 전송하려고 합니다.

• PC1은 PC2의 IP 주소는 알고 있지만, MAC 주소는 모릅니다.

(2) ARP Request를 네트워크에 브로드캐스트합니다.

• "192.168.1.20의 MAC 주소를 알려주세요!"

(3) PC2가 ARP Reply로 MAC 주소를 응답합니다.

• "192.168.1.20의 MAC 주소는 AA:BB:CC:DD:EE:FF입니다."

(4) PC1은 응답받은 MAC 주소를 ARP Cache에 저장합니다.

• 이후 같은 IP에 대한 요청은 캐시를 참고하므로, 추가 브로드캐스트 없이 통신합니다.

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3. ICMP (Internet Control Message Protocol)

ICMP란?

• IP 네트워크에서 오류를 보고하거나, 네트워크 상태를 진단하는 프로토콜입니다.
• ICMP 메시지는 IP 패킷의 일부로 전송됩니다.

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ICMP 주요 기능

(1) Ping 테스트

• 네트워크 연결 상태를 테스트합니다.
• ICMP Echo Request → Echo Reply 응답

(2) Traceroute

• 목적지까지의 경로를 추적합니다.
• 각 경유지 라우터에서 TTL(Time to Live)을 감소시키며 ICMP Time Exceeded 메시지를 반환합니다.

(3) 오류 보고

• 호스트에 도달하지 못했을 때 "Destination Unreachable" 메시지를 반환
• TTL이 만료되면 "Time Exceeded" 메시지를 반환

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ICMP 메시지 유형

메시지 타입	설명
Echo Request	네트워크 연결 테스트 (Ping)
Echo Reply	Ping 요청에 대한 응답
Destination Unreachable	목적지 도달 불가
Time Exceeded	TTL(Time to Live) 초과
Redirect	라우팅 최적화 정보 전달

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면접 대비 요약

예상 질문	설명 포인트
DHCP란?	네트워크에 연결된 장치에 IP 주소를 자동으로 할당하는 프로토콜
DHCP 동작 과정은?	Discover → Offer → Request → ACK 순서로 IP 할당
ARP란?	IP 주소를 MAC 주소로 변환해주는 프로토콜
ARP 동작 과정은?	ARP Request (브로드캐스트) → ARP Reply (유니캐스트)
ARP Cache의 역할은?	IP와 MAC 정보를 캐시에 저장하여 중복 요청 방지
ICMP란?	네트워크 오류 보고 및 상태 진단을 위한 프로토콜
Ping과 Traceroute의 차이?	Ping은 연결 확인, Traceroute는 경유지 경로 추적