[모두의 네트워크] 5장 네트워크 계층 : 목적지에 데이터 전송하기

17. 네트워크 계층의 역할

OSI모델의 3계층인 네트워크 계층

전 세계에는 수많은 네트워크가 있고 그 네트워크들은 서로 연결되어 거대한 인터넷을 이루고 있다.

어떻게 연결될 수 있던 걸까?

 

다른 네트워크에 있는 목적지로 데이터를 전달하려면 네트워크 계층의 기술이 필요하다.

 

데이터 링크 계층에서 이더넷 규칙을 기반으로 데이터의 전송을 담당하지만

이 규칙에 따라 같은 네트워크에 있는 컴퓨터로는 데이터를 전송할 수 있지만

인터넷이나 다른 네트워크로는 데이터를 전송할 수 없다.

 

수많은 네트워크가 연결된 환경에서 데이터 링크 계층의 기능만으로는

다른 네트워크로 데이터를 전송하기 힘들다.

 

네트워크 간의 통신을 가능하게 하는 것이 네트워크 계층의 역할이다.

이 계층을 통해 다른 네트워크로 데이터를 전송하려면 라우터라는 네트워크 장비가 필요하다.

 

- 라우터

데이터의 목적지가 정해지면 해당 목적지까지 어떤 경로로 가는것이 좋은지 알려주는 기능

데이터를 보내러는 상대가 어디에 있는지 모르면 라우터도 목적지까지의 경로를 알려주지 못한다.

 

랜에서 MAC주소로 통신하지만 다른 네트워크에는 데이터를 보낼 수 없다.

네트워크를 식별할 수 있는 주소를 IP주소라고 한다.

 

- IP주소

어떤 네트워크의 어떤 컴퓨터인지 구분할 수 있게 해주는 주소

원하는 목적지를 IP주소로 지정하면 데이터를 보낼 수 있다.

그리고 데이터를 어떤 경로로 보낼지도 결정해야한다.

이렇게 목적지 IP주소까지 어떤 경로로 데이터를 보낼지 결정하는 것을 라우팅이라고 한다.

라우팅은 라우터가 해주는 것이다.

라우팅 테이블이 경로 정보를 등록하고 관리한다.

 

- IP란? 인터넷 프로토콜

IP주소가 있기 때문에

라우터는 데이터를 다른 네트워크에 있는 목적지까지 보낼 수 있는 것이다.

 

네트워크 계층에서 캡슐화할 때 IP헤더를 붙이는데

IP헤더에는 데이터를 정확하게 전달하기 위해 

출발지 IP주소, 목적지 IP주소 포함하여 필요한 정보가 포함되어 있다.

 

- IP패킷

IP프로토콜을 사용하여 캡슐화할 때

데이터에 IP헤더가 추가되어 만들어진 것

 

데이터 링크 계층에서는 프레임인데 네트워크 계층에서는 IP패킷 

 

18. IP주소의 구조

IP주소는 인터넷 서비스 제공자에게 받을 수 있다.

 

- IP버전

1. IPv4 주소

현재 주로 사용하고 있다.

32비트로 IP주소를 약 43억 개 만들 수 있다.

하지만 인터넷이 널리 보급되면서 IP주소가 부족해졌고 IPv6 주소를 사용하게 된 것이다.

 

2. IPv6 주소

128비트로 무한개의 주소를 만들 수 있다. 

요즈음 IPv6 네트워크가 보급되면서 가정에 있는 TV나 에어컨에서도 인터넷을 연결하여 통신할 수 있게 된 것이다.

 

현재 두 주소가 공존하여 사용되고 있다.

 

- IP주소 종류

1. 공인 IP 주소

2. 사설 IP 주소

 

공인 IP 주소는 인터넷 서비스 제공자가 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 할당한다.

 

예를 들어

랜 안에 컴퓨터가 여러 대 있다면 너무 많은 주소를 할당해야하니까

인터넷 서비스 공급자가 제공하는 공인 IP 주소는 라우터에만 할당하고

랜 안에 있는 컴퓨터에는 랜의 네트워크 관리자가 자유롭게 사설 IP 주소를 할당하거나

라우터의 DHCP기능을 사용하여 주소를 자동으로 할당한다.

* DHCP : IP의 주소를 자동으로 할당하는 프로토콜

이렇게하면 공인 IP 주소 한 개로 랜 안에 있는 컴퓨터 세 대에 인터넷을 모두 연결할 수 있는 환경을 만들 수 있다. 

 

- IP 주소 구조 : 이 두 정보가 합쳐져서 IP 주소가 되는 것이다.

1. 네트워크 ID

어떤 네트워크 인지

2. 호스트 ID

해당 네트워크의 어느 컴퓨터 인지

 

19. IP 주소의 클래스 구조

IP주소는 네트워크의 규모에 따라 A~E클래스로 나누어져 있다.

일반적으로 사용되는 IP주소는 A, B, C 클래스로 나누어져 있다.

 

A 클래스 ->  네트워크 ID = 8비트 / 호스트 ID = 24비트

B 클래스 ->  네트워크 ID = 16비트 / 호스트 ID = 16비트

C 클래스 ->  네트워크 ID = 24비트 / 호스트 ID = 8비트

예를 들어 A 클래스 네트워크는 호스트 ID = 24비트여서 IP 주소를 1677만 7214개 사용할 수 있다.

 

- IP 주소 클래스

IPv4의 IP 주소는 32비트이다.

네트워크 ID를 크게 만들거나 호스트 ID를 작게 만들어 네트워크 크기를 조정할 수도 있다.

네트워크 크기는 클래스라는 개념으로 구분한다.

 

공인 IP 주소의 범위와 사설 IP 주소의 범위는 따로 있다.

 

20. 네트워크 주소와 브로드캐스트 주소의 구조

네트워크 주소와 브로드캐스트 주소는 컴퓨터에 할당할 수 없는 IP 주소이다.

 

- 네트워크 주소

전체 네트워크에서 작은 네트워크를 식별하는 데 사용된다.

호스트 ID가 10진수로 0이면 그 네트워크 전체를 대표하는 주소가 된다.

즉, 전체 네트워크의 대표 주소이다.

 

- 브로드캐스트 주소

네트워크에 있는 컴퓨터나 장비 모두에게 한 번에 데이터를 전송하는 데 사용되는 전용 IP 주소

전체 네트워크에 데이터를 전송하여면 호스트 ID에 255를 설정하면 된다.

 

21. 서브넷의 구조

A 클래스 네트워크는 호스트 ID = 24비트여서 IP 주소를 1677만 7214개 사용할 수 있는데

그 많은 주소를 하나의 네트워크로 사용할 수도 있다.

그 많은 수의 컴퓨터가 브로드캐스트 패킷을 전송하면 네트워크가 혼잡해진다.

그래서 네트워크를 분할하는데 그것이 서브넷팅이고

분할된 네트워크를 서브넷이라고 한다.

 

A 클래스 ->  네트워크 ID = 8비트 / 호스트 ID = 24비트 인데

이 상태를 서브넷팅하여 작은 네트워크로 분할한다.

그러면 기존에 네트워크 ID, 호스트 ID로 구성되어 있던 것이

네트워크 ID, 서브넷 ID, 호스트 ID로 나누어진다.

호스트 ID로 사용되던 비트를 서브넷 ID로 바꾸는 것이다.

 

- 서브넷 마스크

 IP주소를 서브넷팅하면 어디까지가 네트워크 ID고 어디부터가 호스트 ID인지 판단하기 어렵다.

그래서 서브넷 마스크라는 값을 사용한다.

네트워크 ID와 호스트 ID를 식별하기 위한 값이다. 

 

22. 라우터의 구조

서로 다른 네트워크와 통신하려면 라우터가 필요하다.

라우터는 네트워크를 분리할 수 있다.

스위치만 있는 네트워크는 동일한 네트워크에만 속할 수 있다. 허브도 마찬가지로 네트워크를 분리할 수 없다.

 

- 기본 게이트웨이

네트워크를 분할한 다음에 컴퓨터1이 다른 네트워크에 데이터를 전송하려면

라우터의 IP 주소를 설정해야한다.

즉, 네트워크의 출입구를 설정하는 것이다.

 

컴퓨터1은 다른 네트워크로 데이터를 보낼 때 어디로 전송해야 하는지 알지 못한다.

그래서 네트워크의 출입구를 지정하고 일단은 라우터로 데이터를 전송한다.

 

컴퓨터의 네트워크를 설정하는 화면이 있는데 자동으로 주소 받기 설정이 되어있으면 기본 게이트웨이가 자동으로 설정된다.

 

- 라우팅 기능

컴퓨터1의 기본 게이트웨이가 설정되었지만

아직 컴퓨터6에 데이터를 보낼 수 없다.

라우팅 기능이 필요하다.

 

라우팅 = 경로 정보를 기반으로 현재의 네트워크에서 다른 네트워크로 최적의 경로를 통해 데이터를 전송

이 경로 정보가 등록되어 있는 테이블 = 라우팅 테이블

각 라우터의 라우팅 테이블에 경로 정보가 등록되어 있어서 라우팅이 가능하다.

그래서 컴퓨터1에서 컴퓨터6으로 데이터를 보낼 수 있다.

 

라우팅 프로토콜 = 라우터 간에 라우팅 정보를 교환하기 위한 프로토콜

이 라우팅 프로토콜을 설정하여 라우터 간에 경로 정보를 서로 교환하고 그것을 라우팅 테이블에 등록해 나가는 것이다.