[컴퓨터 네트워크 스터디 4주차] 네트워크 레이어 , IP 프로토콜

 네트워크 레이어  ,   IP 프로토콜

 

IP 란 ?

 

IP는 인터넷을 통해 데이터를 주고받을 때 사용되는 통신 규약으로서 네트워크라고 하면 단골로 등장하는 OSI 7계층 LAYER 3 에 위치하는 프로토콜이다. IP는 데이터를 패킷 단위로 나누어 전송하고 , 받는 쪽에서는 그 패킷들을 다시 조립하여 원래의 데이터로 변환하는 과정을 거친다.
IP를 통해 전송되는 데이터는 인터넷 상의 다양한 기기들과 통신할 수 있다.

 

IP 주소란? 

 

IP 주소는 인터넷에 연결된 각 기기를 구별하기 위해 사용되는 고유 번호이다. IP는 프로토콜 그 자체이고 IP 주소는 IP통신을 하기 위해 각 기기들을 구분하는 고유번호라고 이해하면 된다. IP 주소는 네트워크 내에서 특정 기기를 찾아 데이터를 전송할 수 있도록 도와주며 , 기기들이 서로 통신할 때 필수적인 요소이다.

 

IPv4   ,    IPv6

 

• IPv4 
  • 32비트로 구성된 IP 주소로 , 대략 43억 개의 고유한 주소를 생성할 수 있다. IPv4 주소는 4개의 0 ~ 255 사이의 숫자로 이루어져 있으며 , 각 숫자는 점(.)으로 구분된다. 예) 192.168.0.1
• IPv6
  • 128 비트로 구성된 IP 주소로 ,  거의 무한한 수의 고유한 주소를 생성할 수 있다. IPv6 주소는 8개의 4자리 16진수로 이루어져 있으며 , 각 16진수는 콜론으로 구분된다. 예) 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334

 

 

• IPv4 와 IPv6 차이점
  • 헤더 복잡성
    • IPv4 는 14개 필드
    • IPv6 는 8개 필드로 간소화, 사용하는 서비스의 형태에 따라 헤더를 분리하였다. 그래서 독립된 헤더를 사용하여 각 기능에 적합한 형태로 전송함으로써 , 효율적인 전송을 보장한다.
  • 메시지 전송 방식
    
    • ipv4 는 유니캐스트 , 멀티캐스트 , 브로드캐스트
    • ipv6 는 유니캐스트 , 멀티캐스트 , 애니캐스트
      • 브로드 캐스트 - 같은 대역의 네트워크 주소를 가진 모든 호스트들에게 패킷을 전송하는 방식
      • 멀티 캐스트 - (1:N 방식) 특정 그룹을 지정해서 해당 그룹원에게만 보내는 방식
      • 유니 캐스트 - 출발지와 목적지가 정확해야 하는 1:1 전송 방식
      • 애니 캐스트 - 가장 가까운 노드와 통신하는 방식
  • 주소 설정
    
    • ipv4는 주소 할당을 위해 수동 구성 또는 DHCP 가 필요하다.
    • IPv6는 주소 자동설정기능이 생겨 PC, 콘솔 , 디스플레이 등 non-PC 장치까지 주소를 자동으로 할당 할 수 있다.
  • 보안
    
    • Ipv4는 IPSec 프로토콜을 별도로 설치해야 한다.
    • ipv6는 IPSec 프로토콜을 표준 기능으로 포함하고 있다.

 

서브넷과  서브넷  마스크란?

 

서브넷은 부분 망이라는 의미로 IP 주소에서 네트워크 영역을 부분적으로 나눈것으로 하나의 네트워크영역을 부분적으로 나눠진 작은 네트워크라고 한다. 이러한 서브넷을 만들 때 사용되는 것이 바로 서브넷 마스크이다. 즉 , 서브넷 마스크는 IP 주소 체계의 Network ID와 Host ID를 분리하는 역할을 한다. 

 

서브넷을 만들기 위해 네트워크를 분할하는 것을 서브네팅이라고 한다. 서브네팅을 하면 IP 할당 범위를 더 작은 단위로 쪼갤 수 있으며 만일 IP 가 100개만 필요하다면 C클래스를 더 쪼개서 줄 수도 있다.

 

 

공인 IP(Public IP)  & &  사설 IP(Private IP)

 

 공인 IP (Public IP)

 

인터넷 사용자의 로컬 네트워크를 식별하기 위해 ISP(인터넷 서비스 공급자)가 제공하는 IP 주소이다. 공용 IP 주소라고도 불리며 외부에 공개되어 있는 IP 주소이다.

• 공인 IP는 전세계에서 유일한 IP 주소를 갖는다.
• 공인 IP 주소가 외부에 공개되어 있기에 인터넷에 연결된 다른 PC로부터의 접근이 가능하다. 따라서 공인 IP 주소를 사용하는 경우에는 방화벽 등의 보안 프로그램을 설치할 필요가 있다.

 사설 IP (Pricate IP)

 

일반 가정이나 회사 내 등에 할당된 네트워크의 IP 주소이며 , 로컬 IP , 가상 IP라고도 한다. IPv4의 주소부족으로 인해 서브넷팅이 된 IP이기 때문에 라우터에 의해 로컬 네트워크상의 PC나 장치에 할당된다. 즉 사설 IP는 어떤 네트워크 안에서만 내부적으로 사용되는 고유 주소이다.

 

 

 

 사설 IP와   공인 IP의 차이점

 

IP 주소는 어떻게 할당되나?

 

IP가 할당되는 방법에는 정적 할당과 동적 할당이 있습니다.

정적 할당

정적 할당은 IP 주소를 수동으로 설정하는 방법입니다.

정적 할당은 IP 주소를 고정적으로 사용하고 싶을 때 유용합니다.
예를 들어, 웹 서버나 프린터와 같이 항상 같은 IP 주소로 접속해야 하는 장치에는 정적 할당을 사용합니다. 정적 할당을 하려면 장치의 네트워크 설정에서 IP 주소, 서브넷 마스크, 기본 게이트웨이, DNS 서버 등을 직접 입력해야 합니다. 이때 IP 주소는 네트워크에 중복되지 않도록 주의해야 합니다.

동적 할당

동적 할당은 IP 주소를 자동으로 설정하는 방법입니다.

동적 할당을 위해서는 DHCP라는 프로토콜을 사용합니다.
DHCP란 Dynamic Host Configuration Protocol의 약자로, 네트워크에 연결된 장치에게 IP 주소와 관련된 정보를 제공하는 서비스입니다.

동적 할당은 IP 주소를 유동적으로 사용하고 싶을 때 유용합니다.
예를 들어, 노트북이나 스마트폰과 같이 다양한 네트워크에 연결할 수 있는 장치에는 동적 할당을 사용합니다.
동적 할당을 하려면 장치의 네트워크 설정에서 IP 주소를 자동으로 가져오기 옵션을 선택하면 됩니다. 이때 IP 주소는 DHCP 서버가 자동으로 배정해줍니다.

DHCP 서버는 네트워크에 연결된 장치들에게 IP 주소를 할당하고 관리하는 역할을 합니다. DHCP 서버는 일반적으로 공유기나 라우터에 내장되어 있습니다.

 

NAT(Network Address ) (사설망 < - - > 외부 통신 방법)    

 

IP패킷의 TCP/UDP 포트 숫자와 소스 및 목적지의 IP 주소등을 재기록하면서 라우터를 통해 네트워크 트래픽을 주고 받는 기술을 말한다.

한 마디로 Network Address인 IP를 변환(Translation) 하겠다는 뜻이다.

NAT를 이용하는 이유는 대개 사설 네트워크(Private Network)에 속한 여러 개의 호스트가 하나의 공인 IP 주소를 사용하여 인터넷에 접속하기 위함이다.

 

실생활 예시

1. 카페에 가서 와이파이 연결

2. 사설 IP 부여 받는다.

3. 네이버 접근하고 싶으면 컴퓨터는 공유기에게 신호를 보낸다.

4 .신호를 받은 공유기는 다음 순서에 따라 네이버에게 요청을 보낸다.

  - 먼저 요청받은 내부ip를 기록한다. (내가 부여 받은 사설 IP). 누가 요청했는지 알아야하니까.

  - 요청한 컴퓨터 ip는 외부에서 접속할 수 없는 사설ip다. 따라서 사설ip를 공인ip로 변환한다.

5. 공유기가 공인 IP로 네이버에게 요청하고 네이버는 요청을 처리 후 공인 IP로 보내 공유기가 받고 공유기는 다시 사설 IP로 보내서 통신 완료

 

 

IMCP란

 

Internet Control Message Protocol

라우터를 포함한 네트워크 장치가 다른 IP 주소와 통신을 할 때 성공 또는 실패를 나타내는 오류 메시지 및 운영정보를 보내는데 사용된다. 쉽게 말해서 도착지 호스트가 없거나 , 포트가 닫혀 있는 등의 에러 상황이 발생할 경우 IP 헤더에 기록되어 있는 출발지 호스트로 에러에 대한 정보를 보내주는 역할을 한다.

-  네트워크 계층에 속한 프로토콜

-  흔히 사용하는 PING 메시지가 IMCP 프로토콜을 사용한다.

 

라우팅  &  라우팅 프로토콜

 

라우팅이란?

 

경로 정보를 기반으로 현재의 네트워크에서 다른 네트워크로 최적의 경로를 통해 데이터를 전송하는 방법이다. 

 

 라우팅 방식

 

• 정적 라우팅 방식
  
  • 네트워크 관리자가 패킷의 경로를 임의로 결정하여 수동으로 구성하는 라우팅 방식
    • 장점 
      • 라우터의 부하를 경감
      • 복잡한 계산이 필요없으므로 빠른 라우팅 가능
    • 단점
      • 관리자가 관리해야 할 부분이 많음
      • 네트워크 환경 변화를 고려하지 않음
      • 정해진 경로 상에서 장애가 발생할 경우 , 네트워크 전체 이용에 장애가 발생할 수 있다.
      • 네트워크의 규모가 커지면 수동으로 추가하기 위해 시간이 많이 든다.
• 동적 라우팅 방식
  • 라우터가 라우팅 프로토콜에 의한 계산에 따라 스스로 라우팅 경로를 결정하는 방식
    • 장점
      • 작업 부담이 없고 , 항상 최신 라우팅 정보를 유지할 수 있다.
      • 네트워크 환경 변화를 고려한다.
    • 단점
      • 라우터의 부하가 크다.

 

 

라우팅 프로토콜이란?

 

라우팅을 위해서 네트워크 상의 모든 라우터들은 목적지에 따라서 패킷을 보낼 Interface를 선 계산해 놓아야 하는데 이 계산해 놓은 것을 라우팅 테이블이라고 한다. 이 라우팅 테이블을 생성 , 유지 , 업데이트 , 전달하는 프로토콜을 라우팅 프로토콜이고 한다.

 

 라우팅 프로토콜의 종류

 

 

 라우팅 경로 고정 여부

 

Static Routing Protocol(정적 라우팅)

- 수동식 , 사람이 일일이 경로를 입력 , 라우터 부하경감 , 고속 라우팅 가능

- 관리자의 관리부담 증가 및 정해진 경로 문제 발생시 라우팅 불가능

 

Dynamic Routing Protocol(동적 라우팅)

- 라우터가 스스로 라우팅 경로를 동적으로 결정

- RIP , IGRP , OSPF , EIGRP

 

 

내 / 외부 라우팅

 

Interior Gateway Protocol

- AS 내에서의 라우팅을 담당하는 라우팅 프로토콜

- RIP , IGRP , OSPF , EIGRP

 

Exterior Gateway Protocol

- 서로 다른 AS사이에서 사용되는 라우팅 프로토콜

- BGP , EGP

 

* AS 란 인터넷은 각 기관이나 단체가 독립적으로 운영하는 네트워크들이 라우터에 의해 연결된 복잡한 네트워크이다. 이와 같이 독립적인 네트워크를 자율 시스템(AS)이라고 부른다.

 

 

 라우팅 테이블 관리

 

Distance Vector Algorithm

- 라우팅 Table에 목적지까지 가는데 필요한 거리와 방향만을 기록(인접 라우터)

- RIP , IGRP

 

Link State Algorithm

- 라우터가 목적지까지 가는 경로를 SPF(Shortest Path First) 알고리즘을 통해 모든 라우팅 테이블에 기록해 두는 것(모든 라우터)

- OSPF

 

 

 

 

 

참고 - https://m.blog.naver.com/wjw1225/223099790901?isInf=true