네트워크 계층에 대한 이해

네트워크 간의 연결구조

서로 다른 네트워크에 있는 목적지로 데이터를 전송하기 위해 필요하다. 데이터 링크 계층에서는 이더넷 규칙을 기반으로 데이터의 전송을 담당하는데, 이 규칙에 따라 같은 네트워크에 있는 컴퓨터로는 데이터를 전송할 수 있다. 하지만, 인터넷이나 다른 네트워크로는 데이터를 전송할 수 없다. 그래서, 네트워크 간의 통신을 가능하게 하는 것이 네트워크 계층의 역할이다. 이 계층을 통해 다른 네트워크로 데이터를 전송하려면 라우터라는 네트워크 장비가 필요하다.

 

 

 

라우터

라우터는 데이터의 목적지가 정해지면 해당 목적지까지 어떤 경로로 가는 거시 좋은지를 알려주는 기능을 한다.

 

IP 주소 : 그리고 라우터가 목적지까지의 경로를 알려주기 위해서는 데이터를 보내려는 상대가 어디에 있는지 알아야하는데, 이때 네트워크를 식별할 수 있는 주소

 

IP 주소는 어떤 네트워크의 어떤 컴퓨터인지를 구분해준다. IP 주소로 목적지를 지정하는 것 뿐만 아니라, 데이터를 어떤 경로로 보낼지도 결정해야한다.

 

라우팅 : 목적지 IP 주소까지 어떤 경로로 데이터를 보낼지 결정하는 것

 

라우터를 사용하면 거리에 관계없이 다른 네트워크로 데이터를 보낼 수 있고, 라우팅 테이블이라는 것을 통해 경로 정보를 등록하고 관리한다.

 

 

IP란?

네트워크 계층에는 IP(Internet Protocol)이라는 프로토콜이 있다. 네트워크 계층에서는 캡슐화를 할때 IP 헤더를 붙힌다. IP 헤더에는 데이터를 정확하게 전달하기 위해 필요한 정보가 포함되어있다. IP 헤더 안의 출발지 IP 주소, 목적지 IP 주소 정도만 기억하면 된다. IP 프로토콜을 사용하여 캡슐화 할때는 데이터에 IP 헤더가 추가되는데 이렇게 만들어진 것을 IP 패킷 이라고 한다.

 

 

 

IP 주소의 구조

IP 주소는 인터넷 서비스 제공자(ISP) 에게 받는다. IP 버전에는 IPv4, IPv6이 있다. 현재 주로 사용하고 있는 IPv4 주소는 32비트로 되어있어서 IP 주소를 약 43억개 만들 수 있는데, 인터넷이 널리 보급되면서 IP 주소가 부족해지면서 IPv6을 사용하게 되었다.

 

IPv6은 128비트로 되어있어서 훨씬 더 많은 IP 주소를 만들 수 있다. IP 주소에는 공인 IP 주소, 사설 IP 주소가 있다. 공인 IP 주소는 인터넷 서비스 제공자(ISP)가 제공한다.

 

IPv4 주소는 사용할 수 있는 주소의 수가 고갈되고 있어서, 인터넷에 직접 연결되는 컴퓨터나 라우터에는 공인 IP 주소를 할당하고, 회사나 가정의 랜에 있는 컴퓨터는 사설 IP 주소를 할당하는 정책을 사용하고 있다.

 

ex) 랜 안에 컴퓨터가 여러대 있다면?
공인 IP 주소는 사용할 수 있는 숫자가 제한되므로 컴퓨터 한 대당 공인 IP 주소를 하나씩 할당하기가 어렵다. 그래서 인터넷 서비스 공급자가 제공하는 공인 IP 주소는 라우터에만 할당하고, 랜 안에 있는 컴퓨터에는 랜의 네트워크 관리자가 자유롭게 사설 IP 주소를 할당 하거나 라우터의 DHCP 기능을 사용하여 주소를 자동으로 할당하고 있다.

 

DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol) 란? IP 주소를 자동으로 할당하는 프로토콜

 

공인 IP 주소 1개로 랜 안에 있는 컴퓨터 3대에 인터넷을 모두 연결할 수 있는 환경을 만들 수 있다.

 

IP 주소의 구조

(1) 네트워크 ID = '어떤 네트워크' 인지를 나타낸다.
(2) 호스트 ID = '해당 네트워크의 어떤 컴퓨터' 인지를 나타낸다.

 

 

 

IP 주소의 클래스 구조

IP 주소의 클래스란?

(1) A 클래스: 대규모 네트워크 주소
(2) B 클래스: 중형 네트워크 주소
(3) C 클래스: 소규모 네트워크 주소
(4) D 클래스: 멀티캐스트 주소
(5) E 클래스: 연구 및 특수용도 주소

 

 

네트워크 주소와 브로드캐스트 주소의 구조

네트워크 주소, 브로드캐스트 주소는 컴퓨터나 라우터가 자신의 IP로 사용하면 안된다. 네트워크 주소는 전체 네트워크에서 작은 네트워크를 식별하는데 사용되고, 호스트 IP가 10진수로 0이면 그 네트워크 전체를 대표하는 주소가 된다.

 

ex) 192.168.1.0
192.168.1.1 ~ 192.168.1.6 의 IP 주소를 가진 컴퓨터는 192.168.1.0 (네트워크 주소)의 네트워크에 있다고 할수있다.

 

브로드 캐스트 주소는 네트워크에 있는 컴퓨터나 장비 모두에게 한번에 데이터를 전송하는데 사용되는 전용 IP 주소이다. 전체 네트워크에 데이터를 전송하려면 호스트 IP에 255를 설정한다.

 

ex) 192.168.1.255
**192.168.1.255 로 전송한 데이터는 네트워크 안에 있는 모든 컴퓨터로 송신된다.

 

 

서브넷의 구조

많은 수의 컴퓨터가 브로드캐스트 패킷을 전송하면 모든 컴퓨터에 패킷이 전송되어 네트워크가 혼잡해진다. 대규모 네트워크를 작은 네트워크로 분할하여 브로드캐스트로 전송되는 패킷의 범위를 좁힐 수 있다. 이렇게하면, 더 많은 네트워크를 만들 수 있어서 IP 주소를 더 효과적으로 활용할 수 있다.

이처럼 네트워크를 분할하는 것을 서브넷팅 이라고 하고, 분할된 네트워크를 서브넷이라고 한다. 그렇게되면, 기존에 네트워크 ID와 호스트 ID로 구성되어있떤 것이 네트워크 ID, 서브넷 ID, 호스트 ID로 나누어지게된다.

 

 

서브넷 마스크란?

IP 주소를 서브넷팅하면 어디까지가 네트워크 ID이고, 어디부터가 호스트 ID인지 판단하기 어려울떄가 있다. 이럴때에 사용하는 것이 서브넷 마스크이다. 서브넷 마스크는 네트워크 ID와 호스트 ID를 식별하기 위한 값이다.

 

프리픽스 표기법(prefix) 으로도 사용할 수 있다.
프리픽스 표기법은 서브넷 마스크를 슬래시(/비트수)로 나타낸 것을 말한다. ex) 255.255.2550 -> /24

 

 

라우터의 구조

라우터란, 서로 다른 네트워크와 통신하기 위한 장치이다. 라우터가 있으면 네트워크를 분할할 수 있다.
<-> 스위치만 있는 네트워크에서는 모든 컴퓨터와 스위치가 동일한 네트워크에 속하게된다. 네트워크를 분리할 수 없다.

네트워크를 분할한 다음에 컴퓨터 한 대가 다른 네트워크로 접속하려면 어떻게 해야할까?
컴퓨터 A가 컴퓨터 B에 접속한다고 했을때, 컴퓨터 A이 다른 네트워크에 데이터를 전송하려면, 라우터의 IP 주소를 설정해야한다. 이렇게 네트워크의 출입구를 설정하는 것을 기본 게이트웨이(default gateway)라고 한다.

 

컴퓨터 A는 다른 네트워크로 데이터를 보낼때 어디로 전송해야하는지 알지 못하므로, 네트워크의 출입구를 지정하고 먼저 라우터로 데이터를 전송해야한다.

 

ex) 컴퓨터 A가 192.168.1.0/24 네트워크에 속해있다면, 라우터의 IP 주소를 192.168.1.1 로 설정한다.

 

 

라우팅이란?

라우팅은 경로 정보를 기반으로 현재 네트워크에서 다른 네트워크로 최적의 경로를 통해 데이터를 전송한다. 이 경로 정보가 등록되어있는 테이블이 라우팅 테이블이다.

 

라우팅 테이블은 어떻게 등록되는 것일까?
(1) 네트워크 관리자가 수동으로 등록하는 방법 : 소규모 네트워크에 적합
(2) 자동으로 등록하는 방법 : 대규모 네트워크에 적합 / 라우터 간에 경로 정보를 서료 교환하여 라우팅 테이블 정보를 자동으로 수정해준다.

 

라우팅 정보를 교환하기위한 프로토콜을 라우팅 프로토콜이라고 한다. 이 라우팅 프로토콜을 설정하여 라우터 간에 경로 정보를 서로 교환하고 그것을 라우팅 테이블에 등록해나가는 것이다.