[컴퓨터 네트워크] 4주차: IP 주소 체계, IP 주소와 서브넷팅, DHCP, SLAAC

경희대학교 유인태 교수님의 컴퓨터네트워크 수업을 기반으로 정리한 글입니다.

 

IPv4

• 32bits로 정의된 IPv4주소 -> 8bits씩 나누어 4개의 octets(8비트, 바이트와 같은 표현)로 표현
• 4개의 octets는 4개의 10진수로 변환 -> 이들을 구두점(.)으로 구분하여 표현

11111111 = 128 + 64 + 32 + 16 + 8 + 4 + 2 + 1 = 255
10101000 = 128 + 0 + 32 + 0 + 8 + 0 + 0 + 0 = 168
00001010 = 0 + 0 + 0 + 0 + 8 + 0 + 2 + 0 = 10
00000001 = 0 + 0 + 0 + 0 + 0 + 0 + 0 + 1 = 1
11111111.10101000.00001010.00000001 -> 255.168.10.1

• 사설(private) IP 주소와 공인(public) IP 주소가 존재, 인터넷 상의 다른 네트워크에 있는 장치와 통신하기 위해서는 공인 IP 주소를 사용해야 한다.

• 사설 IP 주소: 사설 IP 주소 범위에 정의된 주소, 임의로 할당이 가능한 주소
• 공인 IP 주소: ISP(Internet Service Provider)에서 할당하는 주소, 임의로 사용할 수 없는 주소

• 사설 IP 주소를 갖는 IP packet은 공중 인터넷에서 전달되지 않음(LAN에서는 가능)
• IP 주소 = Network ID(고정된 bit) + Host ID(고정되지 않은 bit)
• IP 주소는 "IP주소/서브넷 마스크 길이" 형식으로 표시한다. (ex: 163.180.100.1/24) 

163.180.100.1/24 -> 네트워크 주소: 163.180.100.0
서브넷 마스크까지를 유지하고, 나머지를 0으로 만들어야 네트워크 주소
3자리 -> 8bit
6자리 -> 16bit
9자리 -> 24bit
12자리 -> 32bit
192.168.1.200/26 -> 11111111.11111111.11111111.11000000 -> 255.255.192.0 -> 192.168.1.192: 네트워크 주소
(200 -> 11001000에서 앞 2자리만 살린 형태)

 

서브넷 마스크

• IP주소를 Network 부분과 Host 부분으로 구분해주는 역할, IPv4의 주소 범위 중 Class A는 8 bits, Class B는 16bits, Class C는 24 bits의 서브넷 마스크를 가진다.

255.0.0.0 -> class A -> 8bits(/8) -> 2^24 host field
255.255.0.0 -> class B -> 16bits(/16) -> 2^16
255.255.255.0 -> class C -> 24bits(//24) -> 2^8

29bits 서브넷 마스크 -> 255.255.255.248 -> host는 249~255 -> 여기서 모두 0인 경우와 모두 1인 경우는 broadcast, network 주소로 빠지므로 2^3 - 2개만큼 호스트가 차지할 수 있음

 

IPv4 주소 분류

Class A (0.0.0.0 ~ 127.255.255.255)

• 0~127로 시작하는 주소는 예약되어 있으므로 사용할 수 없다.
• 주소 범위: 1.0.0.0 ~ 126.255.255.255
• 서브넷 마스크 길이: 8bits, 255.0.0.0
• 사설 IP 주소 대역 범위: 10.0.0.0 ~ 10.255.255.255 -> 공유기가 개인 기기에 할당해주는 주소가 사설 주소, 내부에서만 사용하고 외부로 전송할 때는 주소 변환

 

Class B (128.0.0.0 ~ 191.255.255.255)

• 서브넷 마스크 길이: 16bits, 255.255.0.0
• 172.16.0.0 ~ 172.31.255.255의 범위는 사설 IP 대역이다.

 

Class C (192.0.0.0 ~ 223.255.255.255)

• 서브넷 마스크 길이: 24bits, 255.255.255.0
• 사설 IP 주소 대역: 192.168.0.0 ~ 192.168.255.255

 

Class D(224.0.0.0 ~ 239.255.255.255)

• 멀티캐스트(1:N 통신 방식) 주소
• 일반 장치에는 할당 혹은 사용될 수 없다.

 

Class E (240.0.0.0 ~ 255.255.255.255)

• 연구 및 추후 사용을 위해 예약된 주소
• 일반 장치에는 할당 혹은 사용될 수 없다 -> 일반 사용자 장치 및 네트워크 장치에 할당되는 주소는 Class A, B, C

 

Network ID와 Broadcast 주소

• 호스트 필드가 모두 0인 경우 Network ID
• 호스트 필드가 모두 1인 경우 Broadcast 주소

IP 주소가 192.168.10.1/24인 경우
11000000.10101000.00001010.00000001
11111111.11111111.11111111.00000000
AND 연산 -> 11000000.10101000.00001010.00000000 -> Network ID
11000000.10101000.00001010.11111111 -> Broadcast ID -> 192.168.10.10인 PC는 목적지 주소 192.168.10.10(본인) 혹은 192.168.10.255(Broadcast ID) 외에는 처리하지 않는다.
: Network ID와 Broadcast 주소는 IP 주소로 사용할 수 없기 때문에,
사용 가능한 주소 대역은 192.168.10.1 ~ 192.168.10.254

192.168.20.0/20 -> 11000000.10101000.00010100.00000000
네트워크 주소: 192.168.16.0
브로드캐스트 주소: 192.168.31.255

192.168.10.10/22 CDIR(Classless InterDomain Routing) address -> 192.168.8.0
11000000.10101000.00001010.00001010 -> 

 

CIDR(Classless InterDomain Routing) address

• 가변길이 서브넷 마스크(VLSM)에 따라 나타낸 주소 -> 192.168.10.10/22 -> 192.168.8.0 네트워크 주소

 

서브넷팅

• IP주소 낭비 없이 주소 배분/사용을 효율적으로 하기 위함
• A, B, C 클래스의 Default Subnet을 사용하지 않고, 토폴로지 구성 상황 등에 따라 적절하게 IP 주소 배분

위 네트워크는 201.201.201.0/24

 

• 인터넷에서 네트워크란, 라우터의 인터페이스(port)에 의해서 유일무이하게 정의된다.

-> 첫 번째 네트워크: 200.200.200.0/29 -> 200.200.200.1/29 ~ 200.200.200.6/29 범위 주소 할당

-> 두 번째 네트워크: 200.200.200.8/30 -> 200.200.200.9/30 ~ 200.200.200.10/30 범위 주소 할당

-> 세 번째 네트워크: 200.200.200.12/30 -> 200.200.200.13/30 ~ 200.200.200.14/30 범위 주소 할당

 

DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)

• IP 주소, 서브넷 마스크, 게이트웨이 및 기타 IP 네트워킹 매개변수 할당 자동화 프로토콜

1. 호스트가 네트워크에 연결 -> DHCP 서버에 연결하여 주소 요청
2. DHCP 서버는 pool로 구성된 주소 범위 내의 주소를 선택하여 호스트에 할당
3. IPv6용 DHCP(DHCPv6)는 IPv6에 유사한 서비스를 제공(단, 기본 게이트웨이 주소는 라우터를 통해서만 할당)

• DHCP Discover: 단말이 DHCP 서버를 찾기 위한 메시지, LAN 상에(동일 subnet 상에) 브로드캐스팅하여 DHCP 서버에 응답을 요청
• DHCP Offer: DHCP Discover에 대한 응답. 단순히 DHCP 서버의 존재만을 알리지 않고, 단말에 할당할 IP 주소 정보를 포함한 다양한 "네트워크 정보"를 함께 실어서 단말에 전달. 단말이 보낸 DHCP Discover 메시지 내의 Broadcast Flag 값에 따라 브로드캐스트(1)인지, 유니캐스트(0)인지 결정된다.
• DHCP Request: 단말이 사용할 네트워크 정보(subnet mask, default gateway 등)를 DHCP 서버에 요청
• DHCP Ack: DHCP 절차의 마지막 메시지로, DHCP 서버가 단말에게 "네트워크 정보"를 전달해주는 메시지

 

 

SLAAC(Stateless Address Autoconfiguration), SLAAC 및 Stateless DHCPv6, Statueful DHCPv6

1. 라우터 요청(RS) 메시지는 호스트 장치에서 전송되어 IPv6 라우터 검색
2. 라우터 알림(RA) 메시지는 라우터에서 호스트로 전송되어 호스트에게 IPv6 GUA(Global Unicast Address)를 얻는 방법을 알려줌

• SLAAC: 모든 정보(IP 주소 및 DHCP 서버 옵션)을 클라이언트와 인접한 라우터로부터 할당 받는 방식. DHCPv6 서버를 사용하지 않는다.
• Stateless DHCPv6: IP 주소는 인접한 라우터로부터 할당 받으나, 나머지 DHCPv6 서버 옵션(DNS 서버 등)은 DHCPv6 서버를 통해 할당 받는다.
• Stateful DHCPv6: IP 주소와 DHCPv6 서버 옵션(DNS 서버 등)을 모두 DHCPv6 서버를 통해 할당받는다.

 

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참고자료

• https://wiki.basein.net/mediawiki/index.php/Stateful_vs_stateless_DHCPv6

Stateful vs stateless DHCPv6 - imRAD N1 Wiki(kor)

• https://jwprogramming.tistory.com/35

DHCP란?