2-4. IP주소 - ARP, 홉바이홉 통신, IP 주소 체계

1. ARP

ARP란 네트워크 통신에서 가상 주소인 IP주소를 실제 주소인 MAC주소로 변환하는 프로토콜이다. RARP는 ARP와 반대 개념으로, MAC주소를 IP주소로 변환하는 프로토콜이다.

 

1) ARP 작동 원리

- 목적지 IP 주소에 해당하는 MAC 주소를 찾기 위해 ARP Request를 브로드캐스트로 전송

- 해당 주소와 일치하는 장치는 ARP Replay를 유니캐스트로 전송

* 브로드캐스트 : 송신 호스트가 전송한 데이터가 네트워크에 연결된 모든 호스트에 전송되는 방식

* 유니캐스트 : 고유 주소로 식별된 하나의 네트워크 목적지에 1:1로 데이터를 전송하는 방식

 

 

 

2. 홉바이홉 통신

홉바이홉 통신이란 네트워크 상에서 데이터 패킷이 최종 목적지까지 도달하기 위해 여러 개의 라우터를 한 단계씩 건너뛰며 전달되는 방식을 의미한다. 라우터의 라우팅 테이블 IP를 기반으로 패킷을 전달한며, 현대 인터넷 라우팅의 기본 원리이다.

* 라우팅 : IP 주소를 찾아가는 과정

 

1) 라우팅 테이블

라우팅 테이블이란 라우터에 있는 목적지 정보들과 목적지까지 가기 위한 방법이 들어있는 리스트이다. 라우팅 테이블에는 목적지 주소와 게이트웨이, 모든 목적지 라우터의 정보(인터페이스, 메트릭 등)를 가지고 있다. 라우터는 목적지 IP 주소를 라우팅 테이블과 비교하여 일치하는 항목을 찾고, 그 항목에 기록된 다음 홉으로 패킷을 포워딩한다.

 

2) 게이트웨이

게이트웨이란 서로 다른 네트워크나 프로토콜 간의 통신을 가능하게 하는 관문 역할을 하는 컴퓨터나 소프트웨어를 두루 일컫는 용어이다. 서로 다른 네트워크 상의 통신 프로토콜을 변환해주는 역할을 하며, 라우팅 테이블을 통해 게이트웨이를 확인할 수 있다.

 

 

 

3. IP 주소 체계

IP 주소는 IPv4와 IPv6로 나뉜다. IPv4는 32비트를 8비트 단위로 점을 찍어 표기하며, IPv6는 64비트를 16비트 단위로 점을 찍어 표기한다. 현재 가장 많이 쓰이는 주소 체계는 IPv4이지만, 점차적으로 IPv6를 사용하는 추세이다.

 

1) 클래스 기반 할당 방식

IPv4 주소를 네트워크 규모에 따라 네트워크 ID와 호스트 ID 부분을 나누는 초기 주소 체계이다. A, B, C, D, E와 같은 다섯 개의 클래스로 구분한다. 클래스 A, B, C는 일대일 통신으로 사용되며, 클래스 D는 멀티캐스트, 클래스 E는 예비용으로 사용된다. 하지만 클래스 기반 할당 방식은 네트워크 규모에 따라 유연하게 IP를 분배하지 못하고, 주소 낭비를 초래하는 단점이 있다.

클래스	구분 비트	첫 번째 옥텟 범위	네트워크 ID (N)	호스트 ID (H)	호스트 수 (최대)
A	0	1 ~ 127	N.H.H.H	2^7	대규모 네트워크
B	10	128 ~ 191	N.N.H.H	2^14	중규모 네트워크
C	110	192 ~ 223	N.N.N.H	2^21	소규모 네트워크
D	1110	224 ~ 239	-	-	멀티캐스트용
E	1111	240 ~ 255	-	-	연구/예비용

 

2) DHCP

DHCP란 네트워크에 연결되는 장치에 IP 주소 및 기타 네트워크 설정 정보를 자동으로 할당해주는 네트워크 관리 프로토콜이다. 많은 라우터와 게이트웨이 장비에 DHCP 기능이 있으며, 이 기능을 통해 네트워크에서 IP 주소를 수동으로 설정할 필요 없이 자동으로 할당한다. 사용되지 않는 IP 주소를 회수하여 재사용할 수 있으므로 IP 주소의 효율적인 관리가 가능하다.

 

3) NAT

NAT란 네트워크 주소 변환 기술로, 패킷이 라우팅 장치를 통해 전송되는 동안 패킷의 IP 주소 정보를 수정하여 다른 주소로 매핑하는 방법이다. 이를 통해 공인 IP와 사설 IP로 나누어 많은 주소 처리가 가능하며, 주로 사설 IP 주소를 공인 IP 주소로 변환하는데 사용한다. 하나의 공인 IP를 여러 대의 사설 IP 장치가 공유하여 인터넷에 접속할 수 있게 해주며, 외부에서는 공인 IP 주소에만 접근 가능하기 때문에 내부 네트워크에 대한 보안이 강화된다. 하지만 여러 명이 동시에 네트워크에 접근하기 때문에 속도가 느리다는 단점이 있다.