네트워크 계층의 역할

네트워크 간의 연결 구조

다른 네트워크에 있는 목적지로 데이터를 전달하려면 네트워크 계층의 기술이 필요하다.

데이터 링크 계층에서는 이더넷 규칙을 기반으로 데이터의 전송을 담당한다.

이 규칙에 따라 같은 네트워크에 있는 컴퓨터로는 데이터를 전송할 수 있지만, 인터넷이나 다른 네트워크로는 데이터를 전송할 수 없다.

네트워크 간의 통신을 가능하게 하는 것이 네트워크 계층의 역할이다. 이 계층을 통해 다른 네트워크로 데이터를 전송하려면 라우터라는 네트워크 장비가 필요하다.

라우터는 데이터의 목적지가 정해지면 해당 목적지까지 어떤 경로로 가는 것이 좋은지 알려주는 기능을 한다.

랜에서는 MAC 주소만으로도 통신할 수 있지만 다른 네트워크에는 데이터를 보낼 수 없다. 그래서 MAC 주소가 아닌 네트워크를 식별할 수 있는 다른 주소가 필요하다.

그 주소를 IP주소라고 한다.

IP주소는 어떤 네트워크의 어떤 컴퓨터인지를 구분할 수 있도록 하는 주소이다.

IP 주소로 목적지를 지정하는 것뿐만 아니라 데이터를 어떤 경로로 보낼지도 결정해야한다. 이것을 라우팅이라고 한다.

라우터에는 라우팅 테이블이 있어서 경로 정보를 등록하고 관리한다.

IP란?

네트워크 계층에는 IP라는 프로토콜이 있습니다.

네트워크 계층에서 캡슐화 할 때 IP 헤더를 붙인다.

실제로는 버전, 헤더 길이, 서비스 유형, 전체 패킷 길이, ID, 조각 상태, 조각의 위치, TTL, 프로토콜, 헤더 체크섬, 출발지 IP 주소, 목적지 IP 주소 순서로 헤더 정보가 구성되어 있다.

데이터에 IP 헤더가 추가된 데이터를 IP 패킷이라고 한다.

IP 주소의 구조

IP 주소란?

IP 주소는 인터넷 서비스 제공자에게받을 수 있다.

IP 버전에는 IPv4와 Ipv6가 있다.

IPv4 주소는 32비트로 되어 있어서 IP 주소를 약 43억개를 만들 수 있다.

IPv6는 128비트라서 약 340간을 만들 수 있다.

IP 주소에는 공인 IP 주소와 사설 IP 주소가 있다.

공인 IP 주소는 인터넷 서비스 제공자가 제공한다.

IPv4 주소의 수가 고갈되고 있어서 인터넷에 직접 연결되는 컴퓨터나 라우터에는 공인 IP 주소를 할당하고 회사나 가정의 랜에 있는 컴퓨터는 사설 IP 주소를 할당하는 정책을 사용한다.

랜 안에 컴퓨터가 여러 대 있다면 공인 IP 주소는 사용할 수 있는 숫자가 제한되므로 컴퓨터 한 대당 공인 IP 주소를 하나씩 할당할 수 없다.

그래서 인터넷 서비스 공급자가 제공하는 공인 IP 주소는 라우터에만 할당하고 랜 안에 있는 컴퓨터에는 랜의 네트워크 관리자가 자유롭게 사설 IP 주소를 할당하거나 라우터의 DHCP 기능을 사용하여 주소를 자동으로 할당하고 있다.

공인 IP 주소와 사설 IP 주소 모두 2진수의 32비트이다.

MAC 주소는 48비트로 구분되게 16진수로 표시하고 IP 주소는 32비트로 구분하기 쉽게 10진수로 표시한다.

컴퓨터가 이해할수 있으려면 2진수가 필요하기만 사람도 읽기 쉬워야 하므로 8비트 단위로 나누어서 표시한다.

8비트를 옥텟이라고도 한다.

IP 주소는 네트워크 ID와 호스트 ID로 나누어져 있다.

네트워크 ID는 어떤 네트워크 인지를 나타내고 호스트 ID는 해당 네트워크의 어떤 컴퓨터 인지를 나타낸다.

IP 주소의 클래스 구조

IP 주소 클래스란?

IPv4의 IP 주소는 32비트이다. 비트로 구분하지만 네트워크 ID를 크게 만들거나 호스트 ID를 작게 만들어 네트워크 크기를 조정할 수도 있어요.

네트워크 크기는 클래스라는 개념으로 구분하고 있다.

A 클래스는 처음 8비트가 네트워크 ID고 나머지 24비트가 호스트 ID다.

B 클래스는 처음 16비트가 네트워크 ID 다음 16비트가 호스트 ID다.

C 클래스는 처음 24비트가 네트워크 ID고 다음 8비트가 호스트 ID다.

네트워크 주소와 브로드캐스트 주소의 구조

네트워크 주소와 브로드캐스트 주소란?

이 두 주소는 특별한 주소로 컴퓨터나 라우터가 자신의 IP로 사용하면 안 되는 주소이다.

호스트 ID가 10진수고 첫 번쨰 숫자가 0이면 네트워크 주소고, 호스트 ID가 10진수고 마지막 숫자가 255면 브로드캐스트 주소가 되는거다.

네트워크 주소는 전체 네트워크에서 작은 네트워크를 식별하는데 사용되고 호스트 ID가 10진수로 0이면 그 네트워크 전체를 대표하는 주소가 된다.

브로드캐스트 주소는 네트워크에 있는 컴퓨터나 장비 모두에게 한 번에 데이터를 전송하는데 사용되는 전용 IP 주소이다.

서브넷의 구조

네트워크를 분할하는 것을 서브넷팅이라고 한다.

서브넷이란?

A 클래스 네트워크는 호스트 ID가 24비트라서 IP 주소가 1677만 7214개 사용할 수 있다.

그래서 그 많은 수의 컴퓨터가 브로드캐스트 패킷을 전송하면 모든 컴퓨터에 패킷이 전송되고 네트워크가 혼잡해진다.

A 클래스의 대규모 네트워크를 작은 네트워크로 분할하여 브로드캐스트로 전송되는 패킷의 범위를 좁힐 수 있다.

이렇게 하면 더 많은 네트워크를 만들 수 있어서 IP주소를 더 효과적으로 활용할 수 있다.

이처럼 네트워크를 분할하는 것을 서브넷팅이라고 하고 분할된 네트워크를 서브넷이라고 한다.

그러면 기존에 네트워크 ID와 호스트 ID로 구성되어 있던 것이 네트워크 ID, 서브넷 ID, 호스트 ID로 나누어진다.

원래 호스트 ID로 사용되는 비트를 서브넷 ID로 바꾸는 것이다.

서브넷 마스크란?

IP 주소를 서브넷팅하면 어디까지가 네트워크 ID고 어디까지가 호스트 ID인지 판단하기 어렵다.

그럴 때 서브넷 마스크라는 값을 사용한다.

서브넷 마스크는 네트워크 ID와 호스트 ID를 식별하기 위한 값이다.

32비트의 값으로 A 클래스는 255.0.0.0 B 클래스는 255.255.0.0 C 클래스는 255.255.255.0 이다.

프리픽스 표기법으로도 사용할 수 있다.

서브넷 마스크를 슬래시(/비트 수)로 나타낸 것을 말한다. 255.255.255.0은 /24가 된다.

C 클래스는 일반적으로 네트워크 ID가 24비트이지만 28비트로 변경하면 4비트를 호스트 ID에서 빌리게 된다

즉 네트워크 ID가 24비트, 서브넷 ID가 4비트 호스트 ID가 4비트가 된다.

네트워크 ID와 서브넷 ID가 28비트가 되서 /28가 프리픽스 가 된다.

라우터의 구조

라우터란?

서로 다른 네트워크와 통신하려면 라우터가 필요하다. 라우터는 네트워크를 분리할 수 있다.

스위치만 있는 네트워크에서는 모든 컴퓨터와 스위치가 같이 동일한 네트워크에 속하게 된다.

허브도 스위치와 마찬가지로 네트워크를 분리 할 수 없다.

컴퓨터1이 다른 네트워크에 데이터를 전송하려면 라우터 IP 주소를 설정해야 한다.

이것은 네트워크의 출입구를 설정하는 것으로 기본 게이트웨이라고 한다.

라우터 IP 주소를 지정하는 이유는 컴퓨터 1은 다른 네트워크로 데이터를 보낼떄 어디로 전송해야 하는지 모른다.

그래서 네트워크 출입구를 지정하고 일단 라우터로 데이터를 전송한다.

기본 게이트웨이가 설정되어 있지만 이것만으로는 컴퓨터6으로 데이터를 보낼수 없다.

추가적으로 라우팅 기능이 필요하다.

라우팅이란?

라우팅은 경로 정보를 기반으로 현재의 네트워크에서 다른 네트워크로 최적의 경로를 통해 데이터를 전송한다.

이 경로 정보가 등록되어 있는 테이블이 라우팅 테이블이다.

각 라우터의 라우팅 테이블에 경로 정보가 등록되어 있어서 라우팅이 가능하다

라우팅 테이블은 네트워크 관리자가 수동으로 동록하는 방법과 자동을 등록하는 방법이 있다.

수동으로 등록하는 방법은 소규모 네트워크에 적합하고 자동으로 등록하는 방법은 대규모 네트워크에 적합하다.

자동으로 등록하는 방법은 라우터 간에 경로 정볼르 서로 교환하기 떄문에 라우팅 테이블 정보를 자동으로 수정한다.

이처럼 라우터 간의 라우팅 정보를 교환하기 위한 프로토콜을 라우팅 프로토콜이라고 한다.

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

대표적인 라우팅 프로토콜에는 RIP, OSPF, BGP등이 있다.