[네트워크]네트워크 계층: 목적지에 데이터 전달하기

I.네트워크 계층의 역할

네트워크 계층

 데이터 링크 계층에서는 같은 네트워크안에서 '이더넷'이라는 규칙으로 데이터를 전송했다. 하지만 이더넷만으로는 인터넷이나 다른 네트워크로 데이터를 보내는 건 불가능하다. 네트워크 계층은 '서로 다른 네트워크에 있는 목적지로 데이터를 전송'한다. 이더넷 대신 라우터라는 네트워크 장비를 사용하여 네트워크 간에 데이터를 전송시킨다. 하지만 라우터만으론 목적지가 어딘지 알 수 없다. 목적지를 랜에서는 MAC주소를 통해 통신했지만 다른 네트워크에는 통신이 불가능했다. IP주소는 네트워크를 식별해주는 기능을 하여 이 문제를 해결한다. IP주소는 어떤 네트워크의 어떤 컴퓨터인지 구분하는 주소다. IP주소는 목적지를 어디로 보낼지도 결정하지만 목적지까지 최적의 경로가 어디인지 결정한다. 최적의 목적지를 결정하는 것을 라우팅이라 한다. 또한 라우터에는 경로 정보를 등록하고 관리하는 라우팅 테이블(routing table)이 있다.

 

IP주소(좌)와 라우터(우)

IP주소의 내부

 

II.IP주소의 구조

1.IP주소

공인 IP 주소와 사설 IP 주소

 

 IP주소는 데이터를 다른 네트워크의 목적지로 보내기 위한 주소다. 인터넷 서비스 제공자(ISP)에게 할당되며 IP주소 버전은 IPv4와 IPv6로 나뉜다. 왜 IP주소의 버전은 두 개일까? 처음 IP주소를 만들 때 43개의 주소면 충분하다고 생각했다. 하지만 인터넷 보급의 속도와 양이 늘어나면서 IP 주소 수는 부족해졌고 그 결과 IPv6가 등장하게 됐다. IP주소에는 공인 IP주소와 사설 IP주소가 있다. 앞에서 살펴본 바와 같이 IPv4의 주소 수가 고갈되면서 인터넷에 직접 연결되는 컴퓨터나 라우터에는 공인 IP 주소를, 회사나 가정의 랜에 있는 컴퓨터에는 사설 IP주소를 할당하는 정책을 사용한다. IP주소는 10진수로 표시되어있지만 실제로 IP주소는 2진수로 구성되어있다. 마지막으로 IP주소는 네트워크 ID와 호스트 ID로 나눠져 있으며 네트워크 IP는 '어떤 네트워크'인지를, 호스트 IP는 '해당 네트워크의 어느 컴퓨터'인지를 나타낸다. 이 둘을 합치면 IP 주소가 된다.  

 

네트워크 IP와 호스트 IP

공인 IP 주소와 사설 IP 주소의 범위

 

III.네트워크 주소와 브로드캐스트 주소의 구조

1.네트워크 주소와 브로드캐스트 주소

  IP 주소에는 네트워크 주소와 브로드캐스트 주소가 있다. 네트워크 주소는 한마디로 네트워크의 대표 주소이고 전체 네트워크에서 작은 네트워크를 식별하는데 사용된다. 호스트 ID가 10진수로 0이고, 2진수면 00000000인 주소다. 브로드 캐스트 주소는 네트워크에 있는 컴퓨터나 장비 모두에게 한 번에 데이터를 전송하는 데 사용되는 전용 IP 주소다. 호스트 ID가 10진수면 0의 값을 갖고, 2진수면 255의 값을 갖는다.두 주소 모두 네트워크 자신의 IP 주소로 설정하면 안된다는 공통점을 가지고 있다.

 

네트워크 주소

브로드캐스트 주소

IV.서브넷의 구조

1.서브넷

 IP주소는 A,B,C 클래스로 나누어져 있다. A클래스는 네트워크 ID가 8비트에 호스트 ID가 24비트고, B 클래스는 네트워크 ID가 16비트에 호스트 ID가 16다. C와 D클래스도 마찬가지로 네트워크 ID와 호스트 ID가 나뉜다. 이렇게 하나의 네트워크에서는 수많은 주소를 사용한다. 그런데 많은 수의 컴퓨터가 브래드캐스트 패킷을 전송하면 모든 컴퓨터에 패킷이 전송되고 네트워크가 혼잡해지는 문제가 생긴다. 그래서 대규모 네트워크를 분할하여 브로드캐스트로 전송되는 패킷의 범위를 줄 일 수 있는데, 이처럼 네트워크를 분할하는 것을 서브넷팅(subneting)이라하고 분할된 네트워크를 서브넷(subnet)이라 한다. 

대규모 네트워크를 작은 네트워크로 분할(좌)와 서브넷팅을 하기 전과 후(우)

 

2.서브넷 마스크

 서브넷 마스크는 네트워크 ID와 호스트 ID를 식별하기 위한 값이다. IP주소를 서브넷팅하면 어디까지가 네트워크 ID고 호스트 ID인지 판단하기 어려운데 서브넷 마스크는 이를 해결해준다. 

서브넷 마스크의 표시

V.라우터의 구조

1.라우터와 라우팅

라우터의 네트워크 분리

 서로 다른 네트워크와 통신하려면 라우터가 필요하다. 라우터는 네트워크를 분리할 수 있다. 라우터는 네트워크를 분리할 뿐 아니라 분리된 네트워크를 서로 통신할 수 있다. 그림과 같이 컴퓨터 1이 컴퓨터 6으로 접속한다고 가정하면, 컴퓨터 1이 다른 네트워크에 데이터를 전송하기 위해 라우터의 IP 주소(192.168.11)를 설정한다. 이는 네트워크의 출입구를 설정하는 것으로 기본 게이트웨이(default gateway)라고 한다. 네트워크의 출입구를 지정하는 방법은 컴퓨터 네트워크의를 설정하는 화면으로 들어가 '자동으로 IP 주소 받기'를 체크한다. 그러면 네트워크 외부에 접속할 때 사용되는 기본 게이트 웨이가 자동으로 설정된다. 

 

라우터가 데이터를 통신하는 과정

 

 

기본 게이트 웨이 설정

 

 하지만 라우터만으로는 데이터 정보를 이동할 수 없다. 추가로 라우터의 라우팅(routing)기능이 필요하다. 라우팅은 경로 정보를 기반으로 현재의 네트워크에서 다른 네트워크로 최적의 경로를 통해 데이터를 전송한다. 이 경로가 저장되는 테이블을 라우팅 테이블(routing table)이라고 한다. 

라우팅 테이블에 등뢱되는 경로 정보

 라우팅 테이블은 두 가지 방법으로 등록된다. 수동과 자동인데 수동으로 등록하는 방법은 소규모 네트워크에 적합하고 자동으로 등록하는 방법은 대규모 네트워크에 적합하다. 대규모 네트워크에서는 정보를 하나하나 라우터에 등록하기 번거롭고 만약 등록된 내용이 수정되면 수동으로 변경해야하는 불편함이 있다. 라우터 간에 라우팅 정보를 교환하기 위해 프로토콜을 사용하는데, 이를 라우팅 프로토콜이라한다. 대표적인 라우팅 프로토콜에는 RIP, OSPF, BGP가 있다.

 

VI.정리

• 네트워크 계층(network layer): 다른 네트워크와 통신하기 위한 경로 설정을 위해 라우터를 통한 라우팅을 하며 패킷 전송을 담당한다.
• IP(Internet Protocol): 인터넷에 있는 한 컴퓨터에서 다른 컴퓨터로 데이터를 보내는 데 사용되는 네트워크 계층 프로토콜
• IP 주소(IP address): 컴퓨터 네트워크에서 장치들이 서로를 인식하고 통신하기 위해 사용하는 주소.
• IP 주소 클래스(IP address) : IPv4에서 사용하는 주소 그룹에는 다섯 개가 있다. A,B,C 클래스는 네트워크 ID와 호스트 ID로 구성되며, D 클래스는 멀티캐스트 주소로 사용된다. E 클래스는 필요에 따라 하용하기 위해 확보해 놓은 것이다.
• 라우터(router) : 서로 다른 네트워크를 연결해 주는 장치로 현재의 네트워크에서 다른 네트워크로 패킷을 전송할 수 있도록 한다.
• 라우팅(routing) : 네트워크에서 패킷을 목적지로 보낼 때 목적지까지 갈 수 있는 여러 가지 경로 중 한 가지 경로를 설정해주는 과정.
• 라우팅 테이블(routing table): 컴퓨터 네트워크에서 목적지 주소를 목적지에 도달하기 위한 네트워크 노선으로 변환시킬 목적으로 사용. 다른 네트워크로 가기 위한 가장 좋은 라우터의 정보를 가지고 있다.
• 서브넷(subnet): 큰 네트워크를 분할해서 만든 작은 네트워크.
• 서브넷팅(subneting): 네트워크를 분할하기 위해 IP 주소의 구성을 변경하는 작업.
• 서브넷 ID: IP 주소의 네트워크 부분을 늘리기 위해 서브넷 마스크로 사용되는 비트로 서브넷 비트(subnet bits)라고도 한다.
• 서브넷 마스크(subnet mask) : IP주소의 네트워크 부분만 나타나게 하여 같은 네트워크인지를 판별하게 하는 마스크다.
• 멀티캐스트(multicast): 한 컴퓨터(호스트)에서 패킷을 여러 컴퓨터로 동시에 전송하는 것.
• 브로드캐스트(broadcast): IP 네트워크에 있는 모든 컴퓨터(호스트)로 데이터를 전송하는 방식.

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출처:모두의 네트워크(저자:미즈구치 카츠야 / 옮긴이: 이승룡 / 출판사:길벗)