5장 | 네트워크 계층 : 목적지에 데이터 전달하기

네트워크 계층 : 목적지에 데이터 전달하기

LESSON 17 - 네트워크 계층의 역할

네트워크 계층 (network layer)

• 네트워크 계층은 다른 네트워크와 통신하기 위한 경로 설정을 위해 라우터를 통한 라우팅을 하며 패킷 전송을 담당한다.
• 서로 다른 네트워크에 있는 목적지로 데이터를 전송하기 위해 필요하다.
• 네트워크 간의 통신을 가능하게 한다.

네트워크 간의 연결 구조

• 라우터 (router)
  • 네트워크 계층을 통해 다른 네트워크로 데이터를 전송하기 위해 필요하다.
  • 해당 목적지까지 어떤 경로로 가는 것이 좋은지를 알려 주는 기능을 한다.
  • 랜 안에서는 MAC 주소만으로도 통신할 수 있지만 네트워크 간에 통신을 하려면 IP주소가 필요하다.
  • IP 주소로 목적지를 지정하는 것뿐만 아니라 데이터를 어떤 경로로 보낼지도 결정해야 한다.
  • 라우팅 (routing)
    • 목적지 IP주소까지 어떤 경로로 데이터를 보낼지 결정하는 것을 말한다.
    • 라우팅을 하는 장비를 라우터라고 한다.
  • 라우터를 사용하면 거리에 관계없이 다른 네트워크로 데이터를 보낼 수 있다.
  • 라우팅 테이블(routing table)이 있어 경로 정보를 등록하고 관리한다.
  • IP주소
    • 어떤 네트워크의 어떤 컴퓨터인지 구분할 수 있도록 하는 주소이다.

IP (Internet Protocol, 인터넷 프로토콜)

• 인터넷에 있는 한 컴퓨터에서 다른 컴퓨터로 데이터를 보내는 데 사용되는 네트워크 계층 프로토콜이다.
• 네트워크 계층에서는 캡슐화할 때 IP 헤더를 붙인다.

• IP 프로토콜을 사용하여 캡슐화할 때는 데이터에 IP 헤더가 추가되는데, 이것을 IP 패킷이라고 한다.

LESSON 18 - IP 주소의 구조

IP 주소 (IP address)

• 컴퓨터 네트워크에서 장치들이 서로를 인식하고 통신하기 위해 사용하는 주소다.
• IPv4(Internet Protocol version 4) 주소는 32비트로 되어 있어서 IP 주소를 약 43억개 만들 수 있으나 인터넷 보급이 많아짐에 따라 128비트 되어 있는 IPv6 주소를 사용하게 되었다.
• IP 주소에는 공인 IP 주소와 사설 IP 주소가 있다.
• 공인 IP 주소는 인터넷 서비스 제공자(ISP)가 제공한다.
• IPv4 주소는 주소의 수가 고갈되고 있어 인터넷에 직접 연결되는 컴퓨터나 라우터에는 공인 IP 주소를 할당하고, 회사나 가정의 랜에 있는 컴퓨터는 사설 IP 주소를 할당하는 정책을 사용한다.
• 랜 안에 컴퓨터가 여러 대 있다면 공인 IP 주소는 사용할 수 있는 숫자가 제한되므로 컴퓨터 힌 대당 공인 IP 주소를 하나씩 할당하기 어렵다.
  • 우선, 인터넷 서비스 공급자가 제공하는 공인 IP 주소는 라우터에만 할당하고 랜 안에 있는 컴퓨터에는 랜의 네트워크 관리자가 자유롭게 사설 IP 주소를 할당하거나 라우터의 DHCP 기능을 사용하여 주소를 자동으로 할당한다.
  • DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) : IP 주소를 자동으로 할당하는 프로토콜

• 공인 IP 주소와 사설 IP 주소는 모두 2진수의 32비트를 동일하게 사용하고 있다.
• MAC 주소는 48비트로 구분하기 쉽도록 16진수로 표시하고, IP 주소는 32비트로 구분하기 쉽도록 10진수로 표시한다.

• 32비트를 8비트씩 끊어서 네 개의 옥텟으로 구분하고, 숫자의 범위도 정해진다.
• 옥텟(octet)
  • 원래는 그룹 여덟 개를 의미하지만 여기서는 데이터 8비트를 의미한다.
• IP 주소 = 네트워크 ID + 호스트 ID
• 네트워크 ID : 어떤 네트워크인지를 나타낸다.
• 호스트 ID : 해당 네트워크의 어느 컴퓨터인지를 나타낸다.

LESSON 19 - IP 주소의 클래스 구조

IP 주소 클래스 (IP address class)

• 클래스의 종류

클래스 이름	내용	네트워크 ID	호스트 ID	호스트 수
A 클래스	대규모 네트워크 주소	8비트	24비트	1677만 7214대
B 클래스	중형 네트워크 주소	16비트	16비트	6만 5534대
C 클래스	소규모 네트워크 주소	24비트	8비트	254대
D 클래스	멀티캐스트(multicast) 주소
E 클래스	연구 및 특수용도 주소

• A, B, C 클래스는 네트워크 ID와 호스트 ID로 구성되며, D 클래스는 멀티캐스트 주소로 사용되고, E 클래스는 필요에 따라 사용하기 위해 확보해 놓은 것이다.

• 명령 프롬프트로 IP 주소를 확인할 수 있다.
  • 명령 프롬프트 → ipconfig 명령어 실행 > IP 주소 확인

LESSON 20 - 네트워크 주소와 브로드캐스트 주소의 구조

네트워크 주소와 브로드캐스트 주소

• 두 주소는 특별한 주소로 컴퓨터나 라우터가 자신의 IP로 사용하면 안되는 주소이다.
• 네트워크 주소와 브로드캐스트 주소는 컴퓨터에 설정할 수 없다.
• 멀티캐스트 (multicast)
  • 한 컴퓨터(호스트)에서 패킷을 여러 컴퓨터로 동시에 전송하는 것을 말한다.
• 브로드캐스트 (broadcast)
  • IP 네트워크에 있는 모든 컴퓨터(호스트)로 데이터를 전송하는 방식이다.

• 네트워크 주소
  • 전체 네트워크에서 작은 네트워크를 식별하는 데 사용되고, 호스트 ID가 10진수로 0이면 그 네트워크 전체를 대표하는 주소가 된다.
• 브로드캐스트 주소
  • 네트워크에 있는 컴퓨터나 장비 모두에게 한 번에 데이터를 전송하는 데 사용되는 전용 IP 주소이며, 호스트 ID가 10진수로 255이다.

LESSON 21 - 서브넷의 주소

서브넷 (subnet)

• 많은 수의 컴퓨터가 브로드캐스트 패킷을 전송하면 모든 컴퓨터에 패킷이 전송되고 네트워크가 혼잡해진다.
  • 그러므로, A 클래스의 대규모 네트워크를 작은 네트워크로 분할하여 브로드캐스트로 전송되는 패킷의 범위를 좁힌다.
  • 더 많은 네트워크를 만들 수 있어 IP 주소를 더 효과적으로 활용할 수 있다.
• 네트워크를 분할하는 것을 서브넷팅(subneting)이라고 하고, 분할된 네트워크를 서브넷(subnet)이라고 한다.
• 서브넷팅(subneting)
  • 네트워크를 분할하기 위해 IP 주소의 구성을 변경하는 작업이다.
• 서브넷 ID
  • IP 주소의 네트워크 부분을 늘리기 위해 서브넷 마스크로 사용되는 비트로 서브넷 비트(subnet bits)라고도 한다.

• 호스트 ID에서 비트를 빌려 서브넷으로 만들 수 있다.

서브넷 마스크 (subnet mask)

• IP 주소의 네트워크 부분만 나타나게 하여 같은 네트워크인지를 판별하게 하는 마스크다.
• 네트워크 ID와 호스트 ID를 식별하기 위한 값이다.
• 프리픽스(prefix) 표시법으로도 사용할 수 있다.클래스 서브넷 마스크

  클래스	서브넷 마스크
  A 클래스	255.0.0.0
  B 클래스	255.255.0.0
  C 클래스	255.255.255

• 프리픽스(prefix)
  • 서브넷 마스크를 슬래시 (/비트 수)로 나타낸 것을 말한다.
  • 255.255.255.0 → 프리픽스 표기법 : /24

LESSON 22 - 라우터의 구조

라우터 (router)

• 서로 다른 네트워크를 연결해 주는 장치로 현재의 네트워크에서 다른 네트워크로 패킷을 전송할 수 있도록 한다.
• 서로 다른 네트워크와 통신하려면 라우터(router)가 필요하다.
• 라우터는 네트워크를 분리할 수 있다.

• 스위치만 있는 네트워크나 허브에서는 모든 컴퓨터와 스위치가 동일한 네트워크에 속하게 되어 네트워크를 분할할 수 없다.

• 라우터가 있을 경우에는 분할할 수 있다.

• 네트워크 분할 후 컴퓨터 한 대가 다른 네트워크로 접속할 때는, 라우터의 IP 주소를 설정해야 한다.
  • 이것은 네트워크의 출입구를 설정하는 것으로 기본 게이트웨이(default gateway) 라고 한다.
  • 한 컴퓨터가 다른 네트워크로 데이터를 보낼 때 어디로 전송해야 할지 모르기 때문에 네트워크의 출입구를 지정하고 라우터로 데이터를 전송한다.
• 컴퓨터의 네트워크를 설정하는 화면에서 기본적으로 ‘자동으로 IP 주소 받기’에 체크되어 있으면 네트워크 외부에 접속할 때 사용되는 기본 게이트웨이가 자동으로 설정된다.

라우팅(routing)

• 경로 정보를 기반으로 현재의 네트워크에서 다른 네트워크로 최적의 경로를 통해 데이터를 전송한다.
• 경로 정보는 각 라우터의 라우팅 테이블에 등록되어 있다.
• 라우팅 테이블 (routing table)
  • 컴퓨터 네트워크에서 목적지 주소를 목적지에 도달하기 위한 네트워크 노선으로 변환시킬 목적으로 사용된다.
  • 다른 네트워크로 가기 위한 가장 좋은 라우터의 정보를 가지고 있다.
• 라우팅 테이블 등록하는 방법
  • 네트워크 관리자가 수동으로 등록하는 방법
    • 소규모 네트워크에 적합
  • 자동으로 등록하는 방법
    • 대규모 네트워크에 적합
    • 라우터 간에 경로 정보를 서로 교환하여 라우팅 테이블 정보를 자동으로 수정한다.
    • 라우터 간에 라우팅 정보를 교환하기 위한 프로토콜을 라우팅 프로토콜이라 한다.
    • 라우팅 프로토콜을 설정해 라우터 간에 경로 정보를 서로 교환하고 그것을 라우팅 테이블에 등록한다.
    • 라우팅 프로토콜 종류 : RIP, OSPF, BGP 등이 있으면 각각 다른 특징이 있다.