IPv4기준 IP주소와 서브네팅에 관한 기초 설명

본 자료는  IPv4를 기준으로 설명합니다.

IP주소:네트워크 및 주소

IP주소란 어떤 TCP/IP 네트워크에 있는 호스트를 고유하게 식별하는 32비트 숫자를 말한다.

서브넷마스크가 호스트, 네트워크 및 서브네트워크를 구분하는데 어떻게 사용되는지 이해하려면 이진 표기법으로 된 IP주소를 확인해 보면 된다.

예를 들어, 점으로 구분된 십진수 IP주소 192.168.123.132는 

               이진 표기법으로 2비트 숫자 110000000101000111101110000100에 해당한다. 
이 숫자는 어려울 수도 있으므로 이진수로 8자리씩 4부분으로 나누어진다. 

이러한 8비트 섹션을 옥텟(octet)이라고 한다. 

그러면 예제 IP 주소는 11000000.10101000.01111011.10000100이 된다. 
이 숫자도 마찬가지로 알아보기가 어려우므로, 대부분의 경우 이진 주소를 점으로 분리된 십진수 형식으로 변환해서 사용을 하게 된다.

TCP/IP WAN(Wide Area Network)이 네트워크 집합으로서 효율적으로 작동하도록 하기 위해서 네트워크 사이에서 데이터 패킷을 전달하는 라우터는 정보 패킷이 향하는 호스트의 정확한 위치를 모른다. 

라우터는 해당 호스트가 어떤 네트워크의 구성원인지만을 알고 있고 자신의 라우팅 테이블에 저장되어 있는 정보를 사용하여 대상 호스트의 네트워크로 패킷을 가져가는 방법을 결정한다.패킷은 대상 네트워크로 배달된 다음 해당 호스트로 배달된다.

이러한 프로세스가 작동하기 위해 IP 주소는 두 부분으로 이루어진다. 
IP주소의 첫째 부분은 네트워크 주소로 사용되고, 마지막 부분은 호스트 주소로 사용된다. 

예제 192.168.123.132를 두 부분으로 나누면 다음과 같이 된다.

        192.168.123(네트워크) .132(호스트) 혹은

        192.168.123.0(네트워크 주소) 0.0.0.132(호스트 주소) 이렇게 표현할 수 있다. 

서브넷마스크

TCP/IP가 작동하기 위해 필요한 두번째 항목이 바로 서브넷마스크이다. 
서브넷마스크는TCP/IP 프로토콜에 의해 호스트가 로컬 서브넷에 있는지 아니면 원격 네트워크에 있는지를 확인하는데 사용된다.

 

TCP/IP에서는 네트워크 주소와 호스트 주소로 사용되는 IP주소의 부분이 고정되어 있지 않아 
또다른 추가 정보가 있지 않는 한 위의 네트워크 주소와 호스트 주소를 확인할 수 없다. 
이러한 추가 정보는 서브넷마스크라고 하는 또다른 32비트 숫자의 형태로 제공된다.

 

이 예제에서는 서브넷마스크가 255.255.255.0이다. 
이진 표기법에서는 255가 11111111에 해당하므로 이 서브넷마스크가 아래와 같다는 것을 모른다면
다음 숫자가 무엇을 의미하는지 이해하기 어려울 것이다.

        11111111.11111111.11111111.00000000

 

IP주소와 서브넷마스크를 나란히 놓으면 주소의 네트워크 부분과 호스트 부분을 아래와 같이 분리할 수 있다.

 

        11000000.10101000.01111011.10000100  --  IP 주소(192.168.123.132)
        11111111.11111111.11111111.00000000  --  서브넷마스크(255.255.255.0)

 

처음 24비트(서브넷마스크에서 1로 이루어진 숫자)는 네트워크 주소이고 
마지막 8비트(서브넷마스크에서 나머지 0으로 이루어진 숫자)는 호스트 주소이다. 
이 숫자가 의미하는 것은 아래와 같다.

 

        11000000.10101000.01111011.00000000  --  네트워크 주소(192.168.123.0)
        00000000.00000000.00000000.10000100  --  호스트 주소(0.0.0.132)

 

이제 255.255.255.0이라는 서브넷마스크를 사용하는 이 예제에서 네트워크 ID는 192.168.123.0이고, 
호스트 주소는 0.0.0.132라는 것을 알 수 있을 것이다. 

패킷이 로컬 서브넷이나 원격 네트워크로부터 192.168.123.0 서브넷에 도달하여 해당 서브넷에 
목적지 주소 192.168.123.132가 있으면 컴퓨터가 네트워크로부터 해당 패킷을 받아서 처리한다.

 

거의 모든 십진 서브넷마스크는 왼쪽은 모두 1이고 오른쪽은 모두 0인 이진 숫자로 변환된다.

또다른 일반적으로 사용되는 서브넷마스크는 아래와 같다.

 

        255.255.255.192    11111111.11111111.11111111.11000000
        255.255.255.224    11111111.11111111.11111111.11100000

 

 

네트워크 주소

인터넷 주소는 인터넷을 관리하는 조직인 InterNIC에서 할당하고 있다.
IP주소는 클래스로 나누어진다. 이러한 클래스 중 가장 일반적으로 사용되는 클래스는 A,B,C이다. 
클래스 D와 E도 있지만 일반 사용자는 대개 사용하지 않는다. 

각 주소 클래스는 서로 다른 기본 서브넷마스크를 갖고 있다. 
첫번째 옥텟을 보면 IP주소의 클래스를 식별할 수 있다. 다음은 클래스 A, B, C의 인터넷 주소 범위와 예제 주소이다.

 

▷ 클래스 A 네트워크

   기본 서브넷마스크 255.0.0.0을 사용하고 첫번째 옥텟으로 0-126 사이의 값을 갖는다. 
   예를 들면 주소 10.52.36.11은 클래스 A 주소이다. 

   이 주소의 첫번째 옥텟은 10으로, 1-126(포함) 사이에 있다.

 

▷ 클래스 B 네트워크

   기본 서브넷마스크 255.255.0.0을 사용하고 첫번째 옥텟으로 128-191 사이의 값을 갖는다. 
   예를 들면 주소 172.16.52.63은 클래스 B 주소이다. 

   이 주소의 첫번째 옥텟은 172로, 128-191(포함) 사이에 있다.

 

▷ 클래스 C 네트워크

   기본 서브넷마스크 255.255.255.0을 사용하고 첫번째 옥텟으로 192-223 사이의 값을 갖는다. 
   예를 들면 주소 192.168.123.132는 클래스 C 주소이다. 

   이 주소의 첫번째 옥텟은 192로, 192-223(포함) 사이에 있다.

어떤 시나리오에서는 해당 네트워크의 실제 토폴로지 때문에, 또는 네트워크나 호스트 수가 기본 서브넷마스크 제한을 초과하여 기본 서브넷마스크 값이 조직의 필요 사항과 맞지 않을 수도 있다. 

다음 절에서는 서브넷 마스크를 사용하여 네트워크를 나누는 방법에 대해 설명한다.

 

서브넷 구성 

클래스 A, B, C TCP/IP 네트워크는 시스템 관리자에 의해 더 작은 단위로, 즉 서브넷으로 나누어질 수 있다.
인터넷의 논리적 주소 체계(IP주소와 서브넷으로 이루어진 추상적 세계)와 실제로 사용되는 실제 네트워크를 맞출 때 이러한 작업이 필요하다.

 

IP주소 블록을 맡고 있는 시스템 관리자가 관리하는 네트워크가 이 주소에 잘 맞는 방식으로 구성되어 있지 않을 수도 있다. 
예를 들어 각각 다른 사이트에 있는 3개의 네트워크에서 150대의 호스트를 갖고 있고 하나의 TCP/IP 라우터로 연결되어 있는 광역 네트워크를 갖고 있다고 가정해 보자. 

3개의 네트워크는 각각 50대의 호스트를 갖고 있다. 클래스 C 네트워크192.168.123.0을 할당 받았다고 가정해 보자. 
이 주소는 설명을 위한 것으로 실제로는 인터넷에서 할당받는 범위에 있지 않다. 
따라서 150대의 호스트에 대해 192.168.123.1 - 192.168.123.254 사이의 주소를 사용할 수 있다.

 

호스트 부분이 모두 1이거나 모두 0인 이진 주소는 유효하지 않기 때문에 이 예에서 192.168.123.0 주소와 192.168.123.255 주소는 사용할 수 없다. 0 주소는 호스트를 지정하지 않고 네트워크만을 지정하는데 사용되므로 유효하지 않다. 
255 주소(이진 표기법에서 호스트 주소가 모두 1인 주소)는 네트워크 상의 모든 호스트에 메시지를 브로드캐스트하는데 사용된다. 
이렇게 네트워크 또는 서브넷의 첫번째 주소와 마지막 주소는 개별 호스트에 할당될 수 없다.

 

이제 254대의 호스트에 IP주소를 제공할 수 있을 것이다. 이 경우 150대의 컴퓨터가 모두 하나의 네트워크에 있어야 적절하다. 
하지만 이 예에서는 150대의 컴퓨터가 3개의 실제 네트워크에 나뉭져 있다. 
각 네트워크에 추가로 주소 블록을 요청하는 대신 하나의 주소 블록을 여러 개의 실제 네트워크에 사용할 수 있도록 네트워크를 여러 개의 서브넷으로 나눈다.

 

이 경우에는 네트워크 주소는 늘리고 가능한 호스트 주소 범위는 줄이는 서브넷마스크를 사용하여 네트워크를 4개의 서브넷으로 나눈다. 즉, 호스트 주소에 사용되는 비트 중 일부를 빌려 이를 주소의 네트워크에 사용할 수 있다.

이진 표기법에서는 255.255.255.192가 11111111.11111111.11111111.11000000과 같기 때문에 그렇다. 마지막 옥텟의 처음 두 자릿수는 네트워크 주소가 되어 추가 네트워크 00000000(0), 01000000(64), 10000000(128), 11000000(192)를 가질 수 있다. 어떤 관리자는 서브넷마스크로 255.255.255.192를 사용할 경우 서브네트워크를 두 개만 사용하기도 한다. 
이러한 4개의 네트워크에서 마지막 6자리 이진수는 호스트 주소에 사용할 수 있다.

 

서브넷마스크 255.255.255.192를 사용하면 192.168.123.0 네트워크가 
4개의 네트워크 192.168.123.0, 192.168.123.64, 192.168.123.128, 192.168.123.192로 나누어진다. 
이들 4개 네트워크에서 유효한 주소는 다음과 같다. 

    192.168.123.1-62, 192.168.123.65-126, 192.168.123.129-190, 192.168.123.193-254 
모두 1과 모두 0인 이진 호스트 주소는 유효하지 않으므로 마지막 옥텟이 0, 63, 64, 127, 128, 191, 192, 255인 주소는 사용할 수 없다는 점을 기억하자.

 

두 호스트 주소, 192.168.123.71과 192.168.123.133을 보면 그 이유를 알 수 있다. 
기본 클래스 C 서브넷마스크 255.255.255.0을 사용할 경우 이 두 주소가 모두 192.168.123.0 네트워크에 있다. 

그러나 서브넷마스크 255.255.255.192를 사용한다면 이 두 주소가 각각 다른 네트워크에 있게 된다. 
즉, 192.168.123.71은 192.168.123.64 네트워크에 있고 192.168.123.133은 192.168.123.128 네트워크에 있게 된다.

 

기본 게이트웨이 

어떤 TCP/IP 컴퓨터가 다른 네트워크에 있는 호스트와 통신해야할 경우 대개 라우터라고 하는 장치를 통해 통신한다. 
TCP/IP 용어에서 호스트에서 지정되는 라우터는 해당 호스트의 서브넷을 다른 네트워크에 링크하므로 기본 게이트웨이라고 불린다. 
이 절에서는 네트워크의 다른 컴퓨터나 장치에 도달시키기 위해 패킷을 해당 기본 게이트웨이에 보낼지 여부를 TCP/IP가 어떻게 결정하는지에 대해 설명한다.

 

호스트가 TCP/IP를 사용하여 다른 장치와 통신할 때는 정의된 서브넷마스크와 목적지 IP주소 대 서브넷마스크와 고유의 IP주소 사이에서 비교 프로세스를 수행한다. 이러한 비교의 결과는 목적지가 로컬 호스트인지 아니면 원격 호스트인지 여부를 컴퓨터에 알려준다.

 

이 프로세스의 결과에 따라 목적지가 로컬 호스트인 것으로 판단되면 컴퓨터가 해당 로컬 서브넷에서 패킷을 보낸다. 비교 결과 목적지가 원격 호스트인 것으로 판단되면 컴퓨터가 자신의 TCP/IP 등록 정보에 정의된 기본 게이트웨이로 패킷을 전달한다. 그러면 라우터가 해당 패킷을 올바른 서브넷으로 전달해야 한다.

 

문제 해결

TCP/IP 네트워크 문제는 종종 컴퓨터의 TCP/IP 등록 정보에서 세가지 주요 항목을 잘못 구성하기 때문에 발생한다. TCP/IP를 구성할 때의 오류가 네트워크 동작에 어떠한 영향을 미치는지 이해하고 있으면 일반적인 많은 TCP/IP 문제를 해결할 수 있다.

 

서브넷마스크가 올바르지 않은 경우: 네트워크가 자신의 주소 클래스에 대해 기본 마스크 외에 다른 서브넷마스크를 사용하는 반면 클라이언트는 여전히 주소 클래스에 대해 기본 서브넷마스크를 사용하도록 구성되었다면 멀리 있는 네트워크에 대한 통신은 성공하지만 인접한 네트워크에 대한 통신은 실패한다. 예를 들어 앞 부분에 있는 서브넷 구성 예에서처럼 서브넷을 4개 만들었지만 TCP/IP 구성에서 잘못된 서브넷마스크 255.255.255.0을 사용하면 어떤 컴퓨터가 다른 서브넷에 있는지 여부를 호스트가 판단할 수 없다.

 

이러한 현상이 발생하면 같은 클래스 C 주소에 속하는 다른 실제 네트워크에 있는 호스트를 목적지로 하는 패킷이 배달을 위해 기본 게이트웨이로 보내지지 않는다. 어떤 컴퓨터가 자신이 속한 로컬 네트워크의 호스트와는 통신할 수 있고, 가까이에 있고 같은 클래스 A, B, C 주소를 갖고 있는 네트워크를 제외한 모든 원격 네트워크와 교신할 수 있을 경우에 이러한 현상이 일반적으로 발생한다. 이 문제를 해결하려면 TCP/IP 구성에서 해당 호스트에 대해 올바른 서브넷마스크를 입력하면 된다.

 

IP주소가 올바르지 않은 경우: 로컬 네트워크에서 서로 다른 별개의 서브넷에 있어야 하는 IP주소를 컴퓨터에 부여하면 이들 컴퓨터가 통신할 수 없다. 이들 컴퓨터는 대상 컴퓨터에 올바르게 전달할 수 없는 라우터를 통해 서로에게 패킷을 보내게 된다. 이러한 문제가 발생하면 컴퓨터가 원격 네트워크에 있는 호스트와 교신할 수 있지만 로컬 네트워크에 있는 일부 컴퓨터나 모든 컴퓨터와는 통신할 수 없다. 이 문제를 해결하려면 동일한 실제 네트워크 상의 모든 컴퓨터가 동일한 IP 서브넷의 IP주소를 갖도록 해야한다. 

기본 게이트웨이가 올바르지 않은 경우: 올바르지 않은 기본 게이트웨이를 사용하여 구성된 컴퓨터는 자신이 속한 네트워크 세그먼트에 있는 호스트와는 통신할 수 있지만 일부 또는 모든 원격 네트워크에 있는 호스트와는 통신할 수 없다. 하나의 실제 네트워크가 라우터를 두개 이상 가지고 있고 잘못된 라우터가 기본 게이트웨이로 구성된 경우 호스트가 일부 원격 네트워크와는 통신할 수 있지만 다른 원격 네트워크와는 통신할 수 없다. 일반적으로 이 문제는 어떤 조직에 내부 TCP/IP 네트워크에 대한 라우터와 인터넷에 연결된 라우터가 따로 있는 경우에 발생한다.