[네트워크] 네트워크 레이어

네트워크 계층은 네트워크와 네트워크를 함께 연결해, 인터넷을 시작으로 하는 다른 네트워크상에 있는 단말과 접속성을 확보한다.
네트워크 계층은 이더넷이나 무선 LAN에서 만들어진 네트워크를 함께 연결해, 다른 네트워크에 있는 단말과의 연결성을 확보한다. 네트워크 계층은 데이터링크 계층에서 만들어진 작은 네트워크를 함께 연결해, 큰 규모의 네트워크를 만들 수 있다. 

네트워크 계층에서 사용되는 프로토콜은 대부분 IP(Internet Protocol) 한 가지이다. IP에는 IPv4와 IPv6라는 두 가지 버전이 존재하며,  이들 사이의 직접적인 호환성은 없다. 비슷하지만 전혀 다르다.

IP 주소란

IP 주소란 IP 네트워크에 접속된 단말을 식별하는 IP이다. IP주소에는 IPv4와 IPv6의 두 가지 기본 버전이 있다.

IPV4와 IPV6은 어떤 차이점이 있을까

IPv4 주소가 32비트(4바이트)밖에 되지 않음에 비해, IPv6 주소는 128비트(16바이트)나 된다. IPv6 주소는 IP 주소 길이를 4배로 늘림에 따라, 천문학적인 수의 IP 주소를 할당할 수 있다. IPv4 주소는 일반적으로 마침표로 구분된 4개의 십진수로(ex: 192.0.2.1)로 표시되는 반면 IPv6 주소는 더 길고 콜론으로 구분된 16진수로 표시된다. (ex. 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370: 7334)

서브넷과 서브넷 마스크

서브넷은 IP 네트워크의 논리적 하위 부분이다. 이를 통해 네트워크 관리자는 대규모 네트워크를 더 작고 관리하기 쉬운 부분으로 나누어 네트워크 성능, 보안 및 구성을 향상시킬 수 있다. 각 서브넷은 고유한 IP 주소 범위를 사용하여 대규모 네트워크 내에서 별도의 자체 네트워크로 작동한다.

IPv4 주소는 그 자체로 사용하지 않는다. 서브넷 마스크(subnet mask)라는 또 다른 32비트 값과 세트로 사용한다.
IPv4 주소는 네트워크 부분(network part)과 호스트 부분(host part) 2개로 구성되어 있다. 네트워크 부분은 '어떤 IPv4 네트워크에 있는가'를 나타낸다. 호스트 부분은 '어떤 단말인가'를 나타낸다. 서브넷 마스크는 이 2개를 구분하는 표시와 같은 것으로 '1'의 비트가 네트워크 부분, '0' 비트가 호스트부분을 나타낸다. IPv4 주소와 서브넷 마스크를 조합하여 봄으로써, '어떤 IPv4 네트워크에 있는 어떤 단말인가'를 식별할 수 있다.

예를 들어, 서브넷 마스크가 255.255.255.0이고 IP 주소가 192.168.1.0인 경우:

• 처음 24비트(또는 처음 3옥텟)는 네트워크 부분(192.168.1)을 나타낸다.
• 마지막 8비트(또는 마지막 옥텟)는 호스트 부분(0)을 나타낸다.

라우팅이란

네트워크 계층에서 동작하는 라우터나 L3 스위치는 수신지 IP 주소, 명확히 주어진 수신지 네트워크 정보, IP 패킷을 전송할 근접 기기의 IP 주소를 나타내는 네트워크 홉 정보를 관리함으로써 IP 패킷의 전송 대상지를 바꾼다. 이 IP 패킷의 전송 대상지를 바꾸는 기능을 라우팅(routing)이라고 부른다. 또한, 수신지 네트워크와 네트워크 홉을 관리하는 표(테이블)을 라우팅 테이블(routing table)이라 부른다.

Public IP와 Private IP의 차이

public IP

- Public IP는 인터넷 서비스 공급자(ISP)가 장치에 할당하며 전체 인터넷에서 고유하다.

- Public IP 주소는 전 세계적으로 라우팅 가능하다. 즉, 인터넷 어디에서나 액세스할 수 있다.

- 이러한 주소는 일반적으로 인터넷과 통신해야 하는 서버, 라우터 및 장치에서 사용된다.

 

private IP

- private IP주소는 가정이나 기업 네트워크 등 사설망 내에서 사용되며, 인터넷에서 직접 접속할 수 없다.

- 사설망 내부 통신에 사용되며 인터넷을 통해 라우팅할 수 없다.

public IP는 인터넷을 통한 통신에 사용되며 전 세계적으로 고유한 반면, private IP는 개인 네트워크에서 사용되며 직접적으로 사용되지 않는다.

라우팅 프로토콜이란

라우팅 프로토콜은 상호 연결된 네트워크를 통해 데이터 패킷을 전달하기 위한 최상의 경로를 결정하기 위해 라우터에서 사용하는 일련의 규칙 및 절차이다. 
라우팅 프로토콜은 모든 컴퓨터 네트워크, 특히 인터넷이나 기업 네트워크와 같은 대규모 네트워크의 필수 구성 요소이다. 여러 경로가 있는 복잡한 네트워크에서도 데이터 패킷이 정확하고 효율적으로 전달되도록 보장한다.

라우팅 프로토콜은 제어 범위에 따라 IGP(Interior Gateway Protocol), EGP(Exterior Gateway Protocol)의 2가지 종류로 나눌 수 있다. 
이 두 가지를 나누는 개념은 AS(Autonomous System, 자율 시스템)이다. AS는 하나의 정책에 따라 관리되는 네트워크 집합이다. AS 내부를 제어하는 라우팅 프로토콜이 IGP, AS와 AS 사이를 제어하는 라우팅 프로토콜이 EGP이다.

IP는 어떻게 할당될까

정적 할당

정적 할당은 각 단말별로 수동으로 IP 주소를 설정하는 방법이다. 네트워크에 연결된 단말의 사용자는 시스템 관리자에게 부탁해, 남아 있는 IP 주소를 받아서 설정한다. 정적 할당은 단말의 수가 적을 때는 이상이 발생했을 때 어떤 단말이 문제가 생겼는지 파악하기 좋지만 단말의 수가 많아질 수로고 어떤 단말에 어느 IP 주소를 할당했는지 알 수 없고 관리가 복잡해지는 경향이 있다. 예를 들어, 수만 대의 단말이 있는 LAN 환경에서 하나하나 IP 주소를 관리하는 것은 현실적으로 불가능하다. 그래서 대규모 LAN 환경에서는 보통 동작 할등을 사용한다.

동적 할당

동적 할당은 단말에 대해 자동으로 IP주소를 설정하는 방법이다. 동적 할당에서는 단말의 수가 많은 대규모 LAN 환경에서도 일괄적으로 IP 주소를 관리할 수 있어, 귀찮게 IP 주소를 관리하는 수를 줄일 수 있는 반면 언제, 어느 단말에, 어떤 IP 주소가 설정되었는지 알기 어렵다는 단점이 있다. 

NAT이란

IP 주소를 변환하는 기술을 NAT(Network Address Translation)이라 부른다. NAT을 사용하면 부족한 글로벌 IP 주소를 절약할 수 있고, 같은 네트워크 주소를 가진 시스템 사이에서 통신할 수 있는 등 IP 환경에 내재된 다양한 문제를 해결할 수 있다. NAT은 변환 전후의 IP 주소나 포트 번호를 NAT 테이블이라는 메모리상의 테이블로 묶어서 관리한다.

ICMP이란

ICMP는 넽워크 계층의 프로토콜 중 하나이다. IP만큼 주목받지는 못하지만, 마치 우렁 각시처럼 겉으로 드러나지 않고 IP를 돕는 프로토콜이 ICMP(Internet Control Message Protocol)이다. ICMP는 IP 레벨의 통신을 확인하거나 다양한 에러를 알리는 등 IP 네트워크에서 없어서는 안 될 매우 중요한 역할을 담당한다.
IP 시스템을 다루어봤다면, 적어도 한 번은 'ping'이라는 용어를 들어봤을 것이다. ping은 ICMP 패킷을 송신할 때 사용하는 네트워크 진단 프로그램이다.