[네트워크 기초] 2. 단말장치 (2)

 

1️⃣ MAC 주소 체계 

: MAC 주소로 보는 데이터 표현 단위 - Bit 비트 

2C-60-0C-75-FF-09
00:0C:29:F0:F5:AF

이 코드들은 MAC주소의 예로 MAC주소 체계는 0부터 9까지의 숫자와 알파벳 A,B,C,D,E,F 로 된 16진수 코드로 구성된다.

 

❗️2진수란? 

진법 혹은 기수법이란 주어진 수를 몇 개의 정수(0~9 사이의 수)로 표현하는 방법을 말한다.

이러한 진법을 통해 표현된 수를 진수라고 한다.

 

0과 1 두개의 정수로 수를 표현하는 방법을 2진법이라고 부르고, 2진법에 의해 0과 1로 표현된 수를 2진수라고 하는 것이다. 

컴퓨터는 전기 신호가 켜지는 것을 1, 꺼지는 것을 0으로 인식하여 데이터를 표현하고 이해하기 때문에 2진수를 주로 활용한다. 

 

이때 2진수로 표현되는 데이터의 최소 표현 단위를 비트Bit라고 하고, 이는 0과 1로 표현할 수 있는 데이터의 수를 나타내는 단위를 의미한다. 

 

1bit -> {0}, {1} 

2bit -> {0,0}, {0,1}, {1,0},{1,1} 

이런식으로 비트수가 증가할 때 마다 표현할 수 있는 데이터의 개수가 2의 제곱만큼 증가한다. 

 

비트 수가 N bit 일 때 나타날 수 있는 데이터의 수 = 2 의 n제곱 개 

 

비트의 수만큼 표현 가능한 2진수의 자릿수도 함께 증가한다. 

그리고 표현할 수 있는 데이터의 개수도 2의 비트 수 제곱만큼 증가한다. 

따라서 비트는 데이터로 표현할 수 있는 2진수의 자릿수를 나타내는 단위이다. 

 

byte = 8bit 

-> 8개의 bit를 하나의 단위로 정의하는데 이를 바이트(Byte)라고 한다. 

 

 

❗️ 16진수로 표현된 MAC 주소 

MAC주소는 16진수로 표현됐었는데 그렇다면 16진수는 0부터 15까지 총 16개의 정수로 표현하는 수라고 이해하면 된다. 

0부터 9까지는 숫자로 표기하고, 10부터 15까지는 A, B, C, D, E, F로 대체하여 표현한다. 

 

2진수를 16진수로 변환하는 방법이나 16진수를 2진수로 변환하는 방법 정도는.. 

대부분 아니까 넘어가도록..!

 

 

❗️MAC 주소의 구조 

MAC주소가 2진수가 아닌 16진수로 되어 있는 이유는 기존 16진수로 되어 있던걸 2진수로 변환만 해봐도 알 수 있다. 

변환된 2진수 주소 자체만 되면 16진수로 표현된 것보다 훨씬 길어지고, 너무 길기 때문에 데이터 처리하는 과정에서 중간에 0 이나 1이라도 빠지면 전혀 다른 MAC주소로 인식될 수도 있기 때문에 관리하기도 매우 불편하다.

이러한 이유로 보통 MAC주소는 16진수로 표현하는 것이다. 

 

2C-60-0C-75-FF-09
0010 1100 - 0110 0000 - 0000 1100 - 0111 0101 - 1111 1111 0 - 0000 1001 

(앞의 24bit는 제조사별 식별 코드이고, 뒤의 24bit는 장비코드(시리얼 번호)이다. )

 

16진수로 표현된 MAC 주소를 2진수로 변환해보면 48bit의 규격화된 사이즈로 표현되는 것을 알 수 있다. 

MAC주소는 무작위로 정해지는 것이 아니라 24bit단위로 코드가 구분된다.

 

우선 첫 24bit코드를 '제조사별 식별 코드(OUI, Organizationally Unique Identifier)라고 부르는데, 이는 NIC 제조사가 가지는 고유번호이다. 

나머지 24bit코드는 NIC장비를 구분하기 위해 제조사가 할당하는 장비 코드로서 보통 '시리얼 번호'라고 부르는 제품 고유 번호이다. 

제조사마다 각자의 방법으로 고유의 제품 번호를 할당하여 관리하고 있으며, 제품에 문제가 발생해 고객이 A/S를 요청하거나 제품의 재고를 관리할 때, 이 코드를 가지고 제품 정보를 조회하여 어떤 제품인지 확인하는 것이다. 

(제품 정보는 제품의 종류, 타입, 제조일, 출고일 등의 내용을 포함한다.)

 

MAC주소 하나만으로 제조사는 어디고 언제 만들어져서 출고가 된 장비인지를 알 수 있다!

MAC 주소 체계는 전 세계 전기, 전자 산업의 표준을 제정하는 전기전자기술자협회(IEEE, Institute of Electrical and Electronics Engineeers)를 통해 만들어졌다. 따라서 IEEE에서 운영하는 공식 사이트를 통해 MAC 주소에 포함된 제조사 식별 코드를 가지고 제조사를 조회할 수 있다. 

 

https://regauth.standards.ieee.org/standards-ra-web/pub/view.html#registries

Welcome to The Public Listing For IEEE Standards Registration Authority

이 홈페이지에 가서 MAC 주소를 입력하면 랜카드 제조사를 확인할 수 있다. 

 

❗️ 브로드캐스트의 목적지 MAC주소 

MAC 주소 중에 이미 고정되어 자유롭게 할당할 수 없는 MAC주소가 하나 있는데 바로 브로드캐스트 주소이다. 

우선 네트워크에서 데이터를 주고받을 때는 반드시 데이터를 보내는 도착지의 MAC주소가 필요하다. 

하지만 MAC 주소를 굳이 알 필요가 없는 통신방식이 있는데 그게 브로드캐스트 방식이다. 

 

브로드캐스트는 동일한 네트워크에 있는 모든 단말장치에 똑같은 데이터를 보내는 통신 방식이기 때문에 목적지를 지정할 필요가 없는 것이다. 

 

그럼에도 데이터를 보내기 위해서는 도착지 MAC주소가 반드시 필요하기 때문에 데이터를 보낼 목적지 주소를 특정하기 어려운 브로드 캐스트 통신 방식에서는 MAC 주소 체계로 표현할 수 있는 값 중에서 맨 마지막 값인 FF:FF:FF:FF:FF:FF를 브로드캐스트 주소로 지정하여 목적지 MAC주소로 활용한다. 

 

 

2️⃣ IP 주소의 체계 

네트워크에서 통신을 위한 일련의 규칙이자 약속(통신 규약)들이 존재하며 이를 프로토콜(protocol)이라고 한다.

그중에는 인터넷 통신을 위한 프로토콜도 존재하는데 대표적인 것이 바로 IP이다. 

 

IP(Internet Protocol)의 약자로 인터넷 통신을 위한 일련의 통신 규칙을 지칭한다. 

이런 IP 기반 네트워크 환경에서 단말장치들이 서로를 인식하고 통신을 하기 위해 지정되는 주소체계를 바로 IP주소 라고 부른다.

반드시 인터넷이 아니더라도 데이터 기반 네트워크 환경에서 컴퓨터와 같은 단말장치가 통신을 하기 위해서는 IP주소가 반드시 필요하다.

 

기본적으로 네트워크에 연결되는 단말장치에 탑재된 하나의 NIC은 하나의 IP주소를 가진다.

그러나 유일한 값을 가지는 MAC주소와 달리 보통 IP주소는 NIC에 연결되는 네트워크에 따라 주소 값이 동적으로 변경된다.

즉, 주소가 고정적이지 않고 수시로 변하는 것이다. (물론 고정적인 IP주소 설정도 가능하다.)

 

IP(Internet Protocol) : 인터넷 통신을 위한 네트워크 통신 규약 
IP주소 : 인터넷과 같은 네트워크 통신을 위해 단말장치에 할당되는 주소체계 

 

❗️ IP 주소의 구조 

192.168.0.10

IP주소의 예로 IP주소는 2진수로 표현했을 때 4byte(32bit) 사이즈이며, 1Byte(8 bit)간격마다 옥텟(.)으로 구분한다. 

옥텟(.)으로 구분되는 각각의 8bit 구간은 2진수로 00000000 부터 11111111까지의 값을 가질 수 있으며, 이를 10진수로 변환하면 0부터 255까지의 수를 나타낼 수 있는 것이다. 

그리고 옥텟으로 구분되는 구간이 총 4군데 이므로 전체 IP주소는 0.0.0.0부터 255.255.255.255까지 만들어질 수 있다.

 

 

❗️ IPv4와 IPv6의 주소 체계

IP주소의 길이는 총 32 bit로 총 4,294,967,296개의 IP주소를 표현할 수 있다. 

그런데 여기서 문제가 있다면 IP주소를 할당해줄 MAC 주소보다 IP주소가 현저히 적다. 

또한 네트워크 규모가 커질수록 단말장치의 수는 점점 늘어나게 될 것이고, 이에 따른 IP주소의 고갈을 염려하지 않을 수 없다.

-> 그래서 등장한 것이 IPv6이다!

 

현재 우리가 사용하는 IP주소는 32bit 길이의 IPv4인 반면에 Ipv6는 128bit 길이이다. 

IPv4보다 16배나 더 많은 IP주소를 만들수 있다. 

따라서 IPv6를 통해 IP주소의 고갈 문제를 해결할 수 있다. 

 

하지만 아직까지 대부분의 통신 장비들이 Ipv4 주소 기반으로 제작되어 운용중이기 때문에 당장 Ipv6기반의 장비로 교체하거나 적용하기는 어렵다. 

 

 

3️⃣ 사설 IP와 공인 IP

: 사설 IP와 공인 IP를 활용한 IP 주소 관리

 

IP 주소의 고갈 때문에 한정된 IP를 보다 효율적으로 사용할 필요가 있는데 그 방법 중 하나가 네트워크를 사설망(Private Network)과 공인망(Public Network)로 구분하고 할당되는 IP주소를 달리하여 사용하는 것이다. 

 

공인망은 공중망, 외부망이라고도 부른다. 간단히 말하면 사용자가 세계 어디에 있더라도 접속할 수 있는 네트워크 즉, 인터넷이라고 생각하면 이해하기 쉽다. 

공인망에 쓰이는 IP주소를  '공인IP' 라고 부르며, 인터넷상에서만 사용할 수 있는 유일한 IP주소 값을 가진다. 

 

사설망은 내부망이라고도 부르며 인터넷과는 달리 특정 조직이나 기관내에서만 독립적으로 사용하는 네트워크이다. 

예를 들어 보안상의 이유로 외부에서 접근할 수 없고, 기업, 학교, 군대와 같은 조직 및 단체의 내부에서만 운용하는 '인트라넷(interanet)이 여기에 해당한다. 

 

사설망에 적용되는 IP주소를 '사설IP'라고 부르며, 인터넷과 같은 외부망에서는 사용할 수 없고, 내부 네트워크에서만 사용할 수 있다. 

외부 접속 목적이 아니라 사설망 내부 통신에서만 활용되기 때문에 다른 사설망에서 중복해서 사용해도 된다!! 

 

사설망의 네트워크는 독집적으로 운영되기 때문에 사설망은 서로 통신할 수 없다. 

따라서 각각의 사설망에서 중복된 IP주소를 사용하여도 된다!

사설망에 한해서 중복된 IP주소를 사용할 수 있기 때문에 한정된 IP주소 자원을 보다 효율적으로 사용할 수 있다. 

 

 

❗️ 사설망과 공인망 사이의 통신 - NAT

사설망을 이용하기 위해서는 '사설IP' 주소가 필요하고, 공인망인 인터넷을 이용하기 위해서는 '공인IP'주소가 필요하다.

그런데 사설 IP를 공인 IP로 변환하면 사설망에서 인터넷으로 접속할 수 있다!!

 

사설망과 공인망 사이에 망을 중계하는 역할을 하는 네트워크 장비를 하나 두고 사설망에서 공인망으로 데이터를 보낼 때 이 네트워크 장비에서 사설망의 IP주소를 공인 IP주소로 변경하여 데이터를 중계하면 된다. 

네트워크 장비는 사설 IP와 공인 IP를 모두 가지고 있으며, 자신을 지나는 데이터의 사설 IP주소를 자신의 공인 IP주소로 바꾸어 중계한다. 

-> 이러한 기능을 네트워크 주소변환 (NAT, Network Address Translation)이라고 하며, 이 같은 NAT 기능을 수행하는 네트워크 장비를 보통은 '게이트 웨이'라고 한다. 

 

데이터를 사설망에서 공인망으로 보낼 경우 데이터의 출발지 사설 IP주소 정보가 공인 IP 주소로 변경되며, 이를 'Source NAT'라고 부른다. 

 

데이터를 공인망에서 사설망으로 보낼 경우 데이터의 목적지 공인 IP주소 정보가 사설 IP주소로 변경되기 때문에 이를 'Destination NAT'라고 부른다. 

 

❗️ NAT의 장점

- 사설망에 속하는 여러 대의 컴퓨터가 하나의 공인 IP 주소를 공유하여 외부망과 통신할 수 있게 해주기 때문에 한정된 공인 IP 주소를 절약할 수 있다.

- Source NAT를 통해 사설망의 IP주소가 네트워크 장치의 공인 IP 주소로 변경되기 때문에 외부망에서는 사설망 내부의 연결정보를 파악하기 어렵기 때문에 보안에 강하다. 

 

❗️ 서브넷 마스크 (Subnet Mask)

NAT 기능을 적용하여 IP 주소를 사설 IP 와 공인 IP로 구분해 효율적으로 운영하기 위해서는 IP 주소들을 분류하고 그룹화하기 위한 수단이 필요하다.  그 방법이 서브넷 마스크이다!

 

 

- NAT 는 사설망과 공인망 사이에 IP주소를 변환하는 네트워크 기능을 말한다. 
- NAT는 제한된 공인 IP주소를 효율적으로 활용할 수 있도록 한다. 
- NAT는 사설 IP 주소를 외부로 숨길 수 잇어 외부망에서 내부 사설망으로 접근하는 것을 막을 수 있다.