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

경희대학교 유인태 교수님의 컴퓨터네트워크 강의를 기반으로 정리한 글입니다.

IPv4 주소 체계

• 32bits로 정의된 IPv4 주소는 8bits씩 나누어 4개의 octets(=byte)으로 표현
• 4개의 octets은 4개의 10진수로 변환하여 구두점(.)으로 구분하여 표현
• 사설(private) IP 주소와 공인(public) IP 주소가 존재, 인터넷 상의 다른 네트워크에 있는 장치와 통신하기 위해서는 반드시 공인 IP 주소를 사용해야 함
  • 사설 IP 주소: 사설 IP 주소 범위에 정의된 주소, 임의로 할당이 가능한 주소
  • 공인 IP 주소: ISP에서 할당하는 주소, 임의로 사용할 수 없는 주소
• IP 주소는 Network 부분과 Host 부분으로 구분하여 정의
  • Network ID(ISP가 할당한 고정 값) + Host ID(로컬 LAN에서 할당 가능한 값)
• IP 주소는 IP 주소/서브넷 마스크 길이 형식으로 표시(예: 163.180.100.1/24)
  • prefix notation

서브넷 마스크

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

255.0.0.0 ⇒ Class A Default Subnet Mask ⇒ 8 bits (/8) 255.255.0.0 ⇒ Class B Default Subnet Mask ⇒ 16 bits (/16) 255.255.255.0 ⇒ Class C Default Subnet Mask ⇒ 24 bits (/24)

• 서브넷 마스크는 반드시 1이 연속으로 나온 후 0이 연속으로 나옴

IPv4 주소 분류

Class A (0.0.0.0 ~ 127.255.255.255) 0~

1. 0과 127로 시작하는 주소는 예약된 주소로 사용할 수 없음
2. 1.0.0.0 ~ 126.255.255.255 범위의 Class A 주소가 정의되어 있음
3. 기본 서브넷 마스크 길이는 8 bits로 255.0.0.0으로 표현
4. 10.0.0.0 ~ 10.255.255.255의 범위는 사설 IP 주소 대역으로 정의되어 있음

Class B (128.0.0.0 ~ 191.255.255.255) 10~

1. 기본 서브넷 마스크 길이는 16 bits로 255.255.0.0으로 표현
2. 172.16.0.0 ~ 172.31.255.255의 범위는 사설 IP 주소 대역으로 정의되어 있음

Class C (192.0.0.0 ~ 223.255.255.255) 110~

1. 기본 서브넷 마스크 길이는 24 bits로 255.255.255.0으로 표현
2. 192.168.0.0 ~ 192.168.255.255의 범위는 사설 IP 주소 대역으로 정의되어 있음

Class D (224.0.0.0 ~ 239.255.255.255) 1110~

1. 멀티캐스트(1:N 통신 방식) 주소로 정의 → 일반 장치에는 할당 또는 사용될 수 없음

Class E (240.0.0.0 ~ 255.255.255.255) 11110~

1. 연구 및 추후 사용을 위해 예약된 주소 → 일반 장치에는 할당 또는 사용될 수 없음

• 일반 사용자 장치 및 네트워크 장치에 할당되는 주소는 Class A, B, C 주소

Network ID와 Broadcast 주소

• 호스트 필드가 모두 0인 경우 : Network ID
• 호스트 필드가 모두 1인 경우 : Broadcast 주소
• Network ID와 Broadcast 주소는 일반 호스트를 위한 IP 주소로 사용할 수 없음 → 사용가능한 IP 주소 대역 : 192.168.10.1 ~ 192.169.10.254

서브넷팅

• IP 주소를 낭비하지 않고 주소 배분 및 사용을 효율적으로 하기 위함
• A, B, C 클래스의 Default Subnet을 사용하지 않고, 토폴로지 구성 상황에 따라 적절하게 IP 주소를 배분
• 서브넷 비트 계산: 2^n ≥ 필요한 IP 주소의 수 + 2(Network ID, Broadcast 주소)

VLSM(Variable Length Subnet Mask) 가변 길이 서브넷 마스크

• 가장 많은 호스트 IP 주소가 필요한 네트워크 먼저 서브넷팅을 할당한 후, 나머지를 다시 서브넷팅

DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)

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

1. 호스트가 네트워크에 연결 → DHCP 서버에 연결하여 주소 요청
2. DHCP 서버는 pool로 구성된 주소 범위 내의 주소를 선택하여 호스트에 할당
3. IPv6용 DHCPv6는 IPv6에 유사한 서비스 제공(단, 기본 게이트웨이 주소는 IPv6 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 Broadcasting Flag 값에 따라 브로드캐스트(1)인지, 유니캐스트(0)인지 결정된다.
• DHCP Request: 단말이 사용할 네트워크 정보(subnet mask, default gateway emd)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, Stateful DHCPv6

1. 라우터 요청(RS) 메시지: 호스트 장치에서 전송되어 IPv6 라우터 검색
2. 라우터 알림(RA) 메시지: 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 않음.
• Stateless DHCPv6: IP 주소는 인접한 라우터로부터 할당 받으나, 나머지 DHCPv6 서버 옵션(DNS 서버 등)은 DHCPv6 서버를 통해 할당 받음.
• Stateful DHCPv6: IP 주소와 DHCPv6 서버 옵션(DNS 서버 등)을 모두 DHCPv6 서버를 통해 할당받음.