[5장] 네트워크 계층 : 목적지에 데이터 전달하기

[keiwin49]

Lesson 17. 네트워크 계층의 역할

네트워크 간의 연결 구조

• 4장의 데이터 링크 계층 : 이더넷 규칙을 기반으로 LAN 내 데이터 전송 가능
• 5장의 네트워크 계층 : 서로다른 네트워크 간의 통신을 가능하게 함
  • 라우터(router) : 데이터의 목적지가 정해지면 해당 목적지까지 최적 경로를 알려줌
  • 네트워크에서도 "목적지 주소"를 알아야 데이터 전송 가능 -> IP 주소
    • IP 주소는 "어떤 네트워크"의 "어떤 컴퓨터"인지를 구분할 수 있도록 하는 주소
  • IP 주소로 목적지 주소를 알고 + 어떤 경로로 데이터를 보낼지 결정하는 것 => 라우팅(routing)
    • 라우터는 라우팅 테이블로 경로 정보를 등록하고 관리

IP란?

• IP(Internet Protocol)
  • 네트워크 계층에서 캡슐화 할때 "IP 헤더"를 붙인다 => IP 패킷 (데이터 링크 계층에선 프레임)
  • 출발지 IP 주소, 목적지 IP 주소 정도만 기억
    

[keiwin49]

Lesson 18. IP 주소의 구조

• IP 주소는 실생활에서의 '주소'와 유사한 개념(ex. 우편 보내려면 주소 필요)
  • IP 주소는 인터넷 서비스 제공자(ISP, Interent Service Provider)에게 받을 수 있다(ex. 통신사)
• IP 주소 체계는 IPv4, IPv6 두가지 존재
  • IPv4 : 32비트, 약 43억개 주소를 만들 수 있으나 고갈 중
  • IPv6 : 128비트, 사실상 무한대에 가까운 주소 생성 가능
• IP주소에는 공인 IP / 사설 IP 주소가 있다
  • 공인 IP : ISP로부터 받아야함, 인터넷에 직접 연결되는 컴퓨터나 라우터에는 공인 IP 주소 할당
  • 사설 IP : 랜 내의 컴퓨터는 사설 IP 주소 할당하는 정책 사용
    • 랜의 네트워크 관리자가 자유롭게 할당하거나
    • 라우터의 DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol) 기능으로 주소 자동 할당

  IPv4 주소는 빠르게 고갈되고 있기 때문에 공인 IP를 아껴쓰고자 이런 정책 사용(Q. 왜 IPv6로 빨리 못넘어가는걸까?)

• IP 주소 구조
  • 32비트를 8비트(=옥텟, octet) 단위로 나눠서 10진수로 변환(8비트이므로 최대 숫자 255)
  • IP 주소 = 네트워크 ID(어떤 네트워크인지) + 호스트 ID(해당 네트워크의 어떤 컴퓨터인지)
    

[icstuckyi]

Lesson 19. IP 주소의 클래스 구조

• IP 주소는 네트워크의 규모에 따라 A~E 클래스로 나누어져 있다.
• IP 주소를 구성하는 네트워크 ID와 호스트 ID의 크기를 조정하여 네트워크 규모를 구분할 수 있다.
• 사설 IP 주소는 절대로 공인 IP 주소로 사용할 수 없다.
• 가정의 랜에서는 주로 C클래스의 사설 IP 주소인 192.168.X.X을 사용하고 있다.

클래스 이름	내용	네트워크ID/ 호스트ID의 비트수	공인IP 주소 범위	사설IP 주소 범위
A 클래스	대규모 네트워크 주소	8/24	1.0.0.0 ~ 9.255.255.255 11.0.0.0 ~ 126.255.255.255	10.0.0.0 ~ 10.255.255.255
B 클래스	중형 네트워크 주소	16/16	128.0.0.0 ~ 172.15.255.255 172.32.0.0 ~ 191.255.255.255	172.16.0.0 ~ 172.31.255.255
C 클래스	소규모 네트워크 주소	24/8	192.0.0.0 ~ 192.167.255.255 192.169.0.0 ~ 223.255.255.255	192.168.0.0 ~ 192.168.255.255
D 클래스	멀티캐스트(multicast) 주소	-	-	-
E 클래스	연구 및 특수용도 주소	-	-	-

예시: A클래스의 IP 주소 범위 (2진수와 10진수)

[icstuckyi]

Lesson 20. 네트워크 주소와 브로드캐스트 주소의 구조

• IP 주소 중에는 네트워크 주소와 브로드캐스트 주소라는 특수 주소가 있다.
• 네트워크 주소와 브로드캐스트 주소는 컴퓨터나 라우터가 자신의 IP로 사용하면 안 된다.

네트워크 주소

• 호스트 ID가 10진수로 0이고, 2진수로 00000000인 주소이다.
• 전체 네트워크에서 작은 네트워크를 식별하는 데 사용된다.
• 호스트 ID가 10진수로 0이라면, 그 작은 네트워크 전체의 대표 주소이다.

브로드캐스트 주소

• 호스트 ID가 10진수로 255이고, 2진수로 11111111인 주소이다.
• 네트워크에 있는 컴퓨터나 장비 모두에게 한 번에 데이터를 전송하는 데 사용하는 전용 IP 주소이다.
• 전체 네트워크에 데이터를 전송하려면, 호스트 ID에 255를 설정하면 된다.

[keiwin49]

Lesson 21. 서브넷의 구조

• 서브넷(subnet)

  • 대규모 네트워크에서는 브로드캐스트 패킷 전송 시 수많은 컴퓨터에 패킷 전송 -> 네트워크 혼잡 및 지연
  • 대규모 네트워크를 작은 네트워크로 분할하여 브로드캐스트 패킷의 전송범위 제한
    • 네트워크를 분할하는 것을 서브넷팅(subnetting)
    • 분할된 네트워크를 서브넷
    

• 네트워크 ID + 호스트 ID로 이루어진 IP주소 -> 네트워크 ID + 서브넷 ID + 호스트 ID로 쪼개짐

  • 호스트 ID 로 사용되던 비트 일부를 서브넷 ID로 할당

출처 : https://velog.io/@kimmainsain/%EB%AA%A8%EB%91%90%EC%9D%98-%EB%84%A4%ED%8A%B8%EC%9B%8C%ED%81%AC-%EC%A0%95%EB%A6%AC-5

• 서브넷팅 시 IP 주소에서 네트워크 ID와 호스트 ID 범위를 구분할 수 있도록 서브넷 마스크 값 사용
  • 네트워크 ID는 모두 1이고, 호스트 ID는 모두 0인 값이 서브넷 마스크
  • 프리픽스 표기법으로 서브넷 마스크를 슬래시(/비트 수) 형태로 나타낼 수도 있음
  • ex. C 클래스의 서브넷 마스크 255.255.255.0 -> /24

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서브넷 마스크 참고 : https://digiconfactory.tistory.com/entry/%EC%84%9C%EB%B8%8C%EB%84%B7-%EB%A7%88%EC%8A%A4%ED%81%AC-%EA%B3%84%EC%82%B0

[keiwin49]

Lesson 22. 라우터의 구조

• 라우터는 포트별로 네트워크 분리 가능 / 스위치와 허브는 모든 컴퓨터가 동일한 네트워크에 속함

출처 : 네트워크-구조-이해-네트워크-계층목적지에-데이터-전달하기

• 라우터에 연결된 한 네트워크의 컴퓨터에서 다른 네트워크의 컴퓨터로 데이터 전송 시 라우터의 IP 주소 설정 필요
  • 네트워크의 출입구를 설정 = 기본 게이트웨이(default gateway)
    
• 라우팅 : 경로 정보를 기반으로 현재의 네트워크에서 다른 네트워크로 최적의 경로를 통해 데이터 전송
  • 라우팅 테이블 : 경로 정보가 등록되어있는 테이블
  • 소규모 네트워크에서는 라우팅 테이블에 네트워크 관리자가 수동으로 등록
  • 대규모 네트워크에선 자동으로 등록(라우터간 경로정보를 서로 교환하여 테이블 정보 자동으로 수정)
  • 라우터 간의 라우팅 정보를 교환하기 위한 프로토콜 = 라우팅 프로토콜