[네트워크] IP

네트워크 계층: IP와 라우팅의 세계

네트워크 계층은 LAN과 LAN 간 통신을 가능하게 하며, 물리 계층과 데이터 링크 계층을 넘어선 네트워크 간의 연결을 담당합니다. 이는 우리가 인터넷을 사용하는 데 있어 필수적인 계층으로, 네트워크 세상에서 데이터를 전송하는 가장 기본적인 원리를 제공합니다.

 

 

네트워크 계층이란?

• 네트워크 간 통신을 가능하게 해주는 계층.
• LAN(Local Area Network)을 넘어 WAN(Wide Area Network)을 통해 데이터를 전달.
• 이 계층의 핵심은 IP 프로토콜로, 네트워크 계층을 이해한다는 것은 사실상 IP를 이해하는 것과 같습니다.

 

 

 

네트워크 계층의 주요 역할

1. 라우팅
   네트워크 간 데이터를 전달하기 위한 경로를 결정합니다. 이를 위해 라우터라는 장치가 사용됩니다. 라우팅은 데이터를 가장 효율적인 경로로 전달하는 핵심 기술입니다.
2. 단편화
   • 네트워크 계층은 대량의 데이터를 작은 패킷으로 나눕니다.
   • 이를 통해 데이터 전송 효율성을 높이고, 전송 중 오류를 줄일 수 있습니다.
   • 예: 10GB의 파일을 한 번에 보내는 대신, 여러 개의 작은 패킷으로 쪼개어 보냅니다.

 

왜 IP 주소가 필요할까?

데이터 링크 계층의 MAC 주소만으로는 네트워크 간 통신이 어렵습니다.
이유는 다음과 같습니다:

1. 도달 경로 파악의 어려움
   MAC 주소는 특정 LAN 내부에서만 유효하므로, 네트워크를 넘어선 경로를 설정하기 어렵습니다.
2. MAC 주소 기억의 비효율성
   네트워크 세계는 수많은 장치로 이루어져 있으며, 모든 장치의 MAC 주소를 기억하는 것은 불가능합니다.

 

 

IP vs MAC: 주민등록번호와 주소의 차이

• MAC 주소는 사람의 주민등록번호처럼 고유 식별자 역할을 합니다. 그러나 네트워크 세계에서 MAC 주소만으로는 위치를 특정하기 어렵습니다.
• IP 주소는 택배의 주소처럼 데이터를 정확한 목적지로 전달하기 위한 논리적 주소입니다. IP 주소는 네트워크를 넘어선 통신을 가능하게 합니다.

예시

• IP: 서울 XX구 XX로 X길 XX A아파트 (주소)
• MAC: 주민등록번호 (개별 장치 식별)

 

IP 주소의 할당 방식

1. 직접 할당: 사용자가 직접 IP 주소를 설정.
2. 자동 할당: DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)를 통해 자동으로 IP 주소를 할당.

 

IP의 두 가지 주요 기능

1. IP 주소 지정
   데이터를 보낼 곳과 받을 곳의 주소를 지정.
2. 단편화
   • 데이터를 MTU(Maximum Transmission Unit) 크기 이하로 쪼갬.
   • 일반적으로 MTU 크기는 1500바이트이며, 데이터를 수신지에서 다시 조합합니다.

MTU 크기의 영향

• MTU 크기 작음: 전송 속도 증가, 하지만 조합 시 오버헤드 발생.
• MTU 크기 큼: 전송 속도 안정적, 하지만 문제 발생 시 전송 효율 저하.

 

 

Pv4와 IPv6

IPv4

• 크기: 4바이트(32비트)
• 주소 표현: 0~255 사이의 네 개의 십진수로 표기 (예: 192.168.1.1)
• 할당 가능한 주소 수: 2^32개 (약 43억 개)
• 문제점: IP 주소 부족. 하지만 NAT(Network Address Translation) 등 다양한 방식으로 해결 중.

IPv6

• 크기: 16바이트(128비트)
• 주소 표현: 16진수로 표기 (예: 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334)
• 할당 가능한 주소 수: 2^128개 (사실상 무한)
• 특징: 단순한 헤더 구조와 확장성 제공

 

 

IPv4의 헤더 필드 주요 내용

1. 송신지/목적지 IP 주소
   • 데이터를 어디에서 보냈고 어디로 보낼지 지정.
2. 식별자
   • 패킷에 고유 번호를 부여하여 재조합 시 사용.
3. 플래그
   • 부가 정보(예: 단편화 여부, 추가 조각 여부).
4. 단편화 오프셋
   • 데이터 조각이 원본 데이터에서 어느 위치에 있는지 표시.
5. TTL (Time To Live)
   • 패킷의 수명을 지정. 라우터를 통과할 때마다 TTL 값이 1씩 감소하며, 값이 0이 되면 패킷이 삭제됩니다. 이를 통해 무한 루프 방지.

 

 

IPv6의 특징

• 간단한 헤더
  IPv4에 비해 헤더 구조가 단순화되어 처리 속도와 효율성이 향상.
• 홉 제한
  IPv4의 TTL과 유사한 개념으로, 패킷의 최대 생존 횟수를 제한.
• 확장 헤더
  IPv6는 필요에 따라 여러 확장 헤더를 추가할 수 있어 다양한 확장이 가능합니다.

 

결론

네트워크 계층은 네트워크 간 데이터 전송을 가능하게 하고, IP는 이 계층의 핵심 역할을 담당합니다.
IPv4의 한계를 극복하기 위해 IPv6가 등장했으며, 네트워크 환경에서 IP와 MAC 주소의 조화는 인터넷 세상을 움직이는 중요한 요소입니다.

 

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참고 자료

• KT Word: 네트워크 계층
• KT Word: IPv6