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데이터링크 계층에서는 해당 네트워크 내에서만 통신이 가능했다면, 네트워크 계층은 네트워크 간의 통신을 가능케 한다. 이때 라우터(router)라는 장비가 사용되는데, 라우터는 목적지까지 어떤 경로로 가는 것이 좋을지 알려준다.

한편 경로를 알려면 목적지를 알아야 하는데 이때 사용되는 것이 바로 IP 주소이다. 데이터링크 계층의 이더넷 헤더에 목적지 MAC 주소와 출발지 MAC 주소가 있었다면, 네트워크 계층의 IP 헤더에는 출발지 IP 주소와 목적지 IP 주소가 있다.

참고로 데이터링크 계층에서 데이터에 이더넷 헤더와 트레일러가 추가된 것을 프레임이라 한 것에 반해, 네트워크 계층에서 데이터에 IP 헤더가 추가된 것을 IP 패킷이라 한다.

 

 

IP 주소의 구조

IP 주소는 ISP로부터 받을 수 있다. 공인 IP 주소는 인터넷에 직접 연결돼 있는 컴퓨터나 라우터에, 사설 IP 주소는 회사나 가정의 LAN에 있는 컴퓨터에 할당된다. 공인 IP 주소는 사용할 수 있는 숫자가 제한되어 있어 일단 라우터에만 할당하고, LAN 안의 컴퓨터에는 사설 IP 주소를 할당한다.

총 32비트로 되어 있으며 읽기 쉽게 8비트(옥텟; octet) 10진수로 변환한다.

11000000 10101000 00000001 00001010 > 192.168.1.10

 

IP 주소는 네트워크 ID와 호스트 ID로 나뉘어지는데, 각 ID가 몇 옥텟을 가지느냐에 따라 네트워크의 크기를 조정할 수 있다.

  • A 클래스: 1옥텟 네트워크 ID, 3옥텟 호스트 ID >> 대규모 네트워크 주소
  • B 클래스: 2옥텟 네트워크 ID, 2옥텟 호스트 ID >> 중형 네트워크 주소
  • C 클래스: 3옥텟 네트워크 ID, 1옥텟 호스트 ID >> 소규모 네트워크 주소

 

 

네트워크 주소와 브로드캐스트 주소

한편 IP 주소에는 네트워크 주소브로드캐스트 주소도 있다. 네트워크 주소는 호스트 ID가 0(10진수; ex. 192.168.1.0)이고, 브로드캐스트 주소는 호스트 ID가 255(10진수; ex. 192.168.1.255)인 주소이다.

네트워크 주소는 전체 네트워크에서 작은 네트워크들을 식별하는 데 사용된다. 쉽게 말해 해당 네트워크들의 대표 주소라 생각하면 된다. 예를 들어, 192.168.1.0은 192.168.1.11부터 192.168.1.16까지의 네트워크를 대표할 수 있다.

브로드캐스트 주소는 네트워크에 있는 모든 장치에게 한 번에 데이터를 전송하는 데 사용한다. 192.168.1.255로 데이터를 전송하면 그 네트워크 안의 모든 컴퓨터가 데이터를 받게 된다.

따라서 네트워크 주소와 브로드캐스트 주소는 절대 자신의 IP 주소로 설정하면 안 된다.

 

 

서브넷

많은 컴퓨터가 브로드캐스트 패킷을 전송하면 네트워크가 혼잡해지므로, 큰 규모의 네트워크를 작은 네트워크로 분할하여 전송되는 패킷의 범위를 좁힐 수 있다. 이렇게 네트워크를 분할하는 것을 서브넷팅(subneting), 분할된 네트워크를 서브넷(subnet)이라 한다.

서브넷을 사용하게 되면 네트워크는 기존의 네트워크 ID와 호스트 ID 외에 서브넷 ID를 가지게 된다. 서브넷 ID는 따로 추가되는 것이 아니라, 원래의 호스트 ID에서 비트를 빌려 만들어진다.

 

 

서브넷 마스크

IP 주소를 서브넷팅하면 어디까지가 네트워크 ID고 어디까지가 호스트 ID인지 헷갈리기 때문에 서브넷 마스크(subnet mak) 값을 사용한다. 서브넷 마스크는 네트워크 ID와 호스트 ID를 식별하기 위한 값이다. 네트워크 ID를 11111111(2진수) 혹은 255(10진수)로 표현해 쉽게 구분할 수 있도록 한다.

  • A 클래스: 255.0.0.0
  • B 클래스: 255.255.0.0
  • C 클래스: 255.255.255.0

또는 프리픽스(prefix) 표기법으로, 네트워크 ID의 비트 수를 계산하여 표현할 수도 있다.

 

 

라우터

라우터(router)는 다른 네트워크와 통신하기 위해 필요한 장비이다. 각각의 컴퓨터에서 다른 네트워크로 데이터를 보낼 때 일단 라우터로 데이터를 보낸다. 이때 사용되는 것이 기본 게이트웨이(default gateway), 즉 네트워크의 출입구다. 예를 들어 한 네트워크 내의 컴퓨터 주소가 192.168.1.11~192.168.1.16라면, 해당 게이트웨이는 보통 192.168.1.1이다.

네트워크끼리 통신하기 위해서는 기본 게이트웨이 말고도 필요한 것이 있다. 바로 라우팅(routing)이다. 라우팅은 출발지 네트워크에서 목적지 네트워크로 최적의 경로를 통해 데이터를 전송하는 것이다. 그리고 라우팅 테이블(routing table)에 이 경로 정보가 등록되어 있다(소규모 네트워크는 수동으로, 대규모 네트워크는 자동으로 등록하곤 한다).

이렇게 라우터 간 라우팅 정보를 교환하기 위한 프로토콜을 라우팅 프로토콜이라 하는데 RIP, OSPF, BGP 등이 이에 속한다.

 

윈도우 명령 프롬프트에서 *ipconfig**를 실행해보자.

이더넷 어댑터 이더넷:
연결별 DNS 접미사. . . . :
링크-로컬 IPv6 주소 . . . . : fe80::cc51:dce8:f592:f70b%12
IPv4 주소 . . . . . . . . . : 192.168.55.176
서브넷 마스크 . . . . . . . : 255.255.255.0
기본 게이트웨이 . . . . . . : 192.168.55.1