네트워크 이론 (1)

개요

네트워크 (Network)

• 정의: 분산되어 있는 컴퓨터들을 자원이나 정보를 공유하기 위해 통신망으로 연결한 것을 의미
• 네트워크 상의 다양한 서비스 : 네트워크(특히 인터넷)를 통해 다양한 서비스가 존재
• 대표적인 서비스 예시 : 이메일 (E-mail), 파일 전송 (FTP 등), 원격 제어 (Telnet 등), 방송 (스트리밍 등), 기타 서비스 (UseNet, Gopher, Mosaic 등)

용어

시스템 (System)

• 노드, 호스트, 서버, 클라이언트 등 내부 규칙에 따라 능동적으로 동작하는 대상
• 예시: 컴퓨터, 자동차, 커피자판기, 마이크로프로세서, 운영체제, 프로세스

노드, 호스트, 클라이언트, 서버

• 노드 (Node): 인터넷에 연결된 시스템의 가장 일반적인 용어
• 호스트 (Host): 컴퓨팅 기능이 있는 시스템
• 클라이언트 (Client): 서비스를 요청하는 시스템
• 서버 (Server): 서비스를 제공하는 시스템

인터페이스 (Interface)

• 시스템과 시스템을 연결하기 위한 표준화된 접근 방법
• 예시: RS-232C, USB

전송 매체 (Transmission Media)

• 시스템끼리 데이터를 전달하기 위한 물리적인 전송 수단

프로토콜 (Protocol)

• 전송 매체를 통해 데이터를 교환하기 위한 특정 규칙

네트워크 (Network)

• 프로토콜을 사용하여 데이터를 교환하는 시스템의 집합
• 전송 매체로 서로 연결된 시스템의 모음

인터넷 (Internet)

• ARPANET에서 시작된 세계 최대 규모의 컴퓨터 통신망
• 전 세계 네트워크가 유기적으로 연결되어 동작하는 통합 네트워크

인트라넷 (Intranet)

• 인터넷의 기술을 응용하는 기업 내 전용 컴퓨터 네트워크
• 기업의 각종 정보를 표준화하여 서버를 통해 공유

MAC, IP, Port 번호

• MAC 주소는 48비트로 구성되어 있으며, 이 중 첫 24비트는 OUI(Organizational Unique Identifier)라고 한다. OUI는 제조업체의 식별코드로, NIC 제조업체의 정보를 파악할 수 있다. (2계층)
• IP 주소: IP 주소는 인터넷 프로토콜(IP) 주소로, 인터넷에 연결된 장치를 식별하는 고유한 번호이다. 컴퓨터 네트워크에서 장치들이 서로를 인식하고 통신하기 위해 사용된다. (3계층)
• 포트 번호 (Port Number): 포트 번호는 인터넷에서 데이터 패킷을 전송하는 프로세스를 결정하는 번호로, 0에서 65535 사이의 값을 가진다. 포트 번호는 IP 주소와 함께 사용되며, 해당 IP 주소가 가리키는 PC에 접속할 수 있는 통로를 의미한다. (4계층)

IP 주소 체계

IP 주소 체계 (IP Addressing Scheme)

개념 (Definition)

• IP 주소는 인터넷에 연결된 장치(호스트)를 고유하게 식별하기 위한 네트워크 주소이다.
• IPv4와 IPv6 두 가지 주소 체계가 존재하며, 주로 IPv4가 사용되었으나 현재는 IPv6로 점진적 전환 중이다.

IPv4 주소 체계 (32비트)

• 32비트로 구성되며, 8비트씩 4개의 옥텟(Octet)으로 나눠 십진수 표기
• 총 약 43억 개 (2³²)의 주소 사용 가능
• 표기 예: 192.168.10.1
• 이진수 표현 예: 11000000.10101000.00001010.00000001

특징

• 주소 고갈 문제 존재
• 사설 IP 대역 (Private IP) 사용: 192.168.x.x, 10.x.x.x, 172.16.x.x ~ 172.31.x.x

IPv6 주소 체계 (128비트)

• 128비트로 구성되며, 16비트씩 8개 블록으로 나눠 16진수 표기
• 총 340 언디실리언 (2¹²⁸) 개의 주소 사용 가능 (사실상 무한)
• 표기 예: 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334

특징

• 주소 고갈 문제 해결
• 주소 자동 설정 (Stateless Address Autoconfiguration, SLAAC) 지원
• 향상된 보안 (IPSec 내장)

서브넷 마스크 (Subnet Mask)

개념 (Definition)

• IP 주소를 네트워크 주소와 호스트 주소로 구분하기 위한 값
• 1로 표시된 부분: 네트워크 주소
• 0로 표시된 부분: 호스트 주소

예시

• 서브넷 마스크: 255.255.255.0
• 이진수: 11111111.11111111.11111111.00000000
• 의미: 앞의 24비트는 네트워크, 뒤의 8비트는 호스트

역할

• 같은 네트워크인지 구분 (라우팅 판단)
• IP 주소의 범위 정의

IP 주소 클래스 (Class A, B, C)

개념 (Definition)

• IP 주소를 네트워크 규모에 따라 구분한 체계
• 클래스별로 네트워크와 호스트 구간이 다름

클래스 A

• 시작 주소: 0.0.0.0 ~ 127.255.255.255
• 서브넷 마스크: 255.0.0.0 (8비트 네트워크, 24비트 호스트)
• 네트워크 수: 약 128개, 호스트 수: 약 1,670만 개

클래스 B

• 시작 주소: 128.0.0.0 ~ 191.255.255.255
• 서브넷 마스크: 255.255.0.0 (16비트 네트워크, 16비트 호스트)
• 네트워크 수: 약 16,384개, 호스트 수: 약 65,534개

클래스 C

• 시작 주소: 192.0.0.0 ~ 223.255.255.255
• 서브넷 마스크: 255.255.255.0 (24비트 네트워크, 8비트 호스트)
• 네트워크 수: 약 209만 개, 호스트 수: 254개

서브넷팅 (Subnetting) 계산 방법

개념 (Definition)

• 하나의 네트워크를 여러 개의 작은 네트워크(서브넷)로 나누는 작업
• 효율적인 IP 자원 활용, 보안 분리, 브로드캐스트 트래픽 감소 목적

계산 절차

IP 주소와 요구 호스트 수, 네트워크 수를 바탕으로 서브넷을 나누는 방법

1. 필요한 서브넷 수 또는 호스트 수 확인

• 예: 50개의 호스트가 필요한 경우

2. 필요한 비트 수 계산 (2ⁿ ≥ 필요 수량)

• 호스트 수: (2ⁿ - 2) ≥ 필요 호스트 수 (네트워크/브로드캐스트 제외)
• 서브넷 수: 2ⁿ ≥ 필요 서브넷 수

3. 서브넷 마스크 결정

• 기본 클래스 서브넷 마스크에서 확장
• 예: 클래스 C(기본 /24)에서 추가 비트 할당

4. 블록 크기(주소 범위) 계산

• 블록 크기 = 2ⁿ (할당된 호스트 비트 수에 따라)

5. 첫 번째/마지막 주소 확인

• 첫 번째 주소: 네트워크 주소
• 마지막 주소: 브로드캐스트 주소

예제 (서브넷팅 예시)

• IP 주소: 192.168.1.0/24 (기본 256개 주소)
• 목표: 30개 호스트 이상 가능한 서브넷

계산

• (2⁵ - 2) = 30 (5비트 필요)
• 호스트 비트 5비트 → 네트워크 비트 27비트 (/27)
• 서브넷 마스크: 255.255.255.224 (/27)
• 블록 크기: 2⁵ = 32개 주소 (30개 호스트 사용 가능)

서브넷 예시

서브넷	네트워크 주소	브로드캐스트 주소	사용 가능 호스트 범위
1	192.168.1.0	192.168.1.31	192.168.1.1 ~ 192.168.1.30
2	192.168.1.32	192.168.1.63	192.168.1.33 ~ 192.168.1.62
3	192.168.1.64	192.168.1.95	192.168.1.65 ~ 192.168.1.94

CIDR (Classless Inter-Domain Routing)

개념 (Definition)

• 기존 클래스 기반 IP 주소 체계를 폐지하고, 고정 클래스 개념을 폐지하고 가변 길이 서브넷 마스크 (VLSM) 사용
• IP 주소 뒤에 슬래시(/) 와 숫자로 네트워크 비트 길이 표시 (CIDR 표기법)

예시 : 192.168.10.0/24

• 네트워크 주소: 192.168.10.0
• 서브넷 마스크: 255.255.255.0
• 호스트 비트: 8비트 (총 256개 주소 사용 가능)

장점

• IP 주소 공간 절약
• 네트워크 설계 유연성 증가
• 라우팅 테이블 크기 감소 (효율적 라우팅)

VLSM (Variable Length Subnet Mask) 가변 길이 서브넷 마스크

개념 (Definition)

• 필요에 따라 서브넷 크기를 다르게 나누는 방식
• 고정된 서브넷 크기 대신 유동적 할당으로 IP 낭비 최소화

특징

• 서브넷 크기 유동적 할당
• 복합적인 네트워크 요구사항 대응
• 효율적인 IP 사용

VLSM 예제

조건

• 전체 네트워크: 192.168.10.0/24
• 1번 부서: 100개 호스트
• 2번 부서: 50개 호스트
• 3번 부서: 20개 호스트

계산 및 할당

1. 1번 부서 (100개 호스트)

• (2⁷ - 2) = 126 → 7비트 필요
• 서브넷 마스크: /25 (255.255.255.128)
• 주소 범위: 192.168.10.0 ~ 192.168.10.127

2. 2번 부서 (50개 호스트)

• (2⁶ - 2) = 62 → 6비트 필요
• 서브넷 마스크: /26 (255.255.255.192)
• 주소 범위: 192.168.10.128 ~ 192.168.10.191

3. 3번 부서 (20개 호스트)

• (2⁵ - 2) = 30 → 5비트 필요
• 서브넷 마스크: /27 (255.255.255.224)
• 주소 범위: 192.168.10.192 ~ 192.168.10.223

남은 주소

• 192.168.10.224 ~ 192.168.10.255 (추후 활용 가능)