네트워크 계층 - IP

IP 주소란

프레임에 목적지와 송신지의 MAC 주소가 있었듯이, IP 패킷 헤더에도 송신지, 수신지의 IP 주소 필드가 있다. 라우터는 이 IP 주소를 기반으로 목적지까지 최적의 경로로 패킷을 전달해주는 네트워크 장비이다.

IPv4 vs IPv6
IPv4는 32비트로 2^32개의 주소를 할당할 수 있다.
IPv6는 128비트이므로 총 2^128개의 주소를 할당할 수 있다.

IPv4	192.168.1.1
IPv6	2001:0230:abcd:ffff:0000:0000:ffff:1111

IPv4 패킷 헤더에는 식별자, 플래그, 단편화 오프셋이 있다.

• 식별자 : 어떤 패킷이 단편화 된 것인지 구분해준다. 같은 조각에서 나온 패킷들은 식별자가 같다.
• 플래그 : 3비트로 구성되어 있다. 첫 번째는 0이고 DF(Don’t fragment, 쪼개지 말 것) MF(More Fragment, 이 패킷은 쪼개진 것)값이 각각 들어있다.
• 단편화 오프셋 : 단편화되어 전송되는 패킷들을 목적지에서 재조합하기 위해 몇 번째 조각인지를 나타낸다.

IP는 일반적으로 신뢰할 수 없는 통신이며 비 연결형 통신이라고 한다. 이 말의 의미를 알아보도록 하자.

신뢰할 수 없는 통신이란 패킷이 목적지까지 전달됨을 보장하지 않는다는 말이다. 즉 패킷을 보내기는 하는데 목적지까지 갔는지 확인하지 않는다. 아직 다루지 않았지만 TCP에서는 ACK을 통해 상대방이 내가 보낸 패킷을 받았는지 확인하고, ACK이 일정 시간 돌아오지 않거나 잘못된 ACK이 오면 재전송하는데 IP 프로토콜은 그런 기능을 하지 않는다.

비 연결형 통신이라는 것 역시 TCP와 대조적인데, 이는 패킷을 주고받기 전 사전 통신이 없다는 말이다. TCP에서는 3 way handshake를 통해 패킷을 보내기 전 사전 통신을 하는데 IP에는 그런 기능이 없다.

이러한 IP주소는 네트워크 주소와 호스트 주소를 담고 있는데, 32비트 중 어디까지가 네트워크 주소인지, 어디까지가 호스트 주소인지 나타내는 방법이 필요하다. 이를 클래스풀 주소 체계 혹은 클래스리스 주소 체계로 나타낸다.

클래스풀 주소 체계와 클래스리스 주소 체계

클래스풀 주소 체계는 A, B, C, D, E 클래스로 나타낸다. 즉 똑같이 생긴 IP 주소라도 클래스에 따라 그 의미가 달라진다. 그리고 D와 E는 멀티캐스트를 위한 클래스이다.

앞서 본 클래스풀 주소 체계는 유연성이 떨어져 요즘은 잘 사용하지 않는다. 요즘은 클래스리스 주소 체계라는 것을 사용하는데 클래스리스 주소 체계는 서브넷 마스크를 통해 IP를 표기한다.

예를 들어 서브넷 마스크가 255.255.255.252라고 가정해보자. 이를 이진수로 나타내면 11111111.11111111.11111111.11111100이다. 여기서 1인 부분이 네트워크 주소, 0인 부분이 호스트 주소이다. 그런데 이렇게 나타내는 것은 보기도 좋지 않고 읽기 불편하다. 이를 보완하기 위해 CIDR(Classless Inter-Domain Routing notation)이라는 것이 나왔다. 앞에 이진수는 1이 30개, 0이 2개인데 이를 그냥 30으로 표기하는 것이다. 예를 들면 아래와 같다.

192.168.20.3/30

공인 IP와 사설 IP

이런 IP 주소는 공인 IP와 사설 IP로 나뉜다.

공인 IP 주소는 전 세계에서 고유한 IP 주소이다. 이는 ISP나 공인 IP주소 할당 기관을 통해 할당받을 수 있다.

사설 IP 주소는 사설 네트워크에서만 사용 가능한 IP 주소이다. 이러한 사설 IP는 수동으로 할당하거나 DHCP라는 프로토콜을 이용해 자동으로 할당받을 수 있다.

DHCP는 동적으로 IP를 할당하는 프로토콜이다. 사설 IP를 할당해달라는 요청이 오면 DHCP서버는 사용 가능한 IP 목록들을 관리하다가 동적 IP를 할당해준다. 이러한 동적 IP는 일반적으로 수시간~수일 동안 사용가능하다. 동적으로 할당되는 값이므로 할당받을 때 마다 다른 주소를 할당받을 수 있다.

참고로 IP주소 임대 기간이 끝나기 전에 임대 기간을 연장할 수 있다. 기본적으로 2번 자동 연장된다.