[네트워크 기초] 2. 단말장치 (3)

 

1️⃣ 서브넷마스크

네트워크에 연결된 단말장치들은 각각 고유의 IP주소를 가지고 있으며, 해당 IP주소를 기준으로 '서로 같은 네트워크' 혹은 '서로 다른 네트워크'로 구분된다. 

즉, 각각의 IP주소를 가지는 단말장치들이 해당 IP주소를 기준으로 동일한 네트워크로 묶여 서로 통신할 수도 있지만, 서로 다른 네트워크에 소속되어 통신을 할 수 없는 경우도 있다는 의미이다. 

 

서로 다른 네트워크를 구분하는 방법은 전체 IP주소 범위를 일정 단위 그룹으로 나누고, 해당 단위 그룹 중 동일한 그룹의 IP 주소를 가지는 단말장치들끼리 '서로 같은 네트워크'에 속한다고 보는 것이다. 

 

반면에 서로 다른 그룹의 IP 주소 범위를 가지는 단말장치들끼리는 '서로 다른 네트워크'에 속한다고 할 수 있다.

그리고 이때 전체 IP주소가 단위 그룹으로 나뉘도록 필터링해주는 수단이 바로 서브넷마스크이다!!

 

현재 단말 장치에 할당 가능한 전체 IP주소가 10.0.0.0 ~ 10.3.255.255 라고 가정할 때 해당 IP주소 대역은 서브넷마스크를 통해서 4개의 서로 다른 네트워크 IP주소 범위(네트워크 A,B,C,D)로 분류된다.

 

IP 주소에서는 서브넷마스크를 사용해 단말장치의 수만큼 필요한 영역의 IP주소 범위를 필터링하여 결정할 수 있다. 

서브넷마스크를 통해서 우리는 네트워크에서 사용할 IP주소를 필터링할 수 있으며, 사용하고자 하는 IP주소 범위를 설정할 수도 있다. 

 

 

2️⃣ IP주소의 클래스

IPv4로 IP를 표현할 경우 사용 가능한 IP의 총 개수는 4,294,967,296개이다. 

이때 IP주소를 보다 계획적으로 사용하기 위해서는 IP를 일정 단위로 분류한 것이 IP클래스(IP class)이다. 

전체 클래스는 A,B,C,D, E의 5개로 구분되며 이때 IP클래스에 따라 IP주소의 구조가 결정된다. 

 

IP는 클래스별로 크게 네트워크 ID(Network ID), 호스트 ID(Host ID)로 나뉘며, 

각 클래스마다 네트워크 ID와 호스트 ID 영역의 길이가 다르다. 

네트워크 ID는 IP주소에서 고정된 주소 값을 가지는 첫번째 영역으로, 네트워크의 주소를 나타낸다. 

반면에 호스트 ID는 네트워크 ID영역을 제외한 나머지 IP주소 영역으로 단말장치의 주소를 나타낸다. 

 

먼저 네트워크 주소를 나타내는 네트워크 ID로 커다란 네트워크 영역을 먼저 나누고, 각 영역에 속하는 단말장치들에 할당할 수 있는 단말장치의 주소를 호스트 ID로 결정한다고 보면 된다. 

 

IP주소들도 공통의 네트워크 ID를 가지면서, 일정 범위의 호스트 ID값으로 IP주소의 범위를 나눈다. 

서브넷마스크는 이를 표현하는 방식이기도 하다. 

서브넷 마스크를 통해 단말장치들이 동일한 네트워크에 속하도록 네트워크의 IP주소 범위를 결정할 수 있다.

여기서 네트워크 ID와 호스트 ID를 기반으로 결정되는 IP주소 범위를 바로 IP클래스 (IP class)라고 하며, 각 클래스별 서브넷 마스크를 디폴트 서브넷마스크라고 부른다. 

 

디폴트 서브넷마스크는 네트워크 ID 영역에 비트 수 만큼 '1'을 값으로 주고 나머지 호스트 ID 영역에는 비트 수 만큼 '0'을 값으로 주어 이를 10진수로 변환해 IP주소 형태로 나타낼 수 있다. 

'1'을 값으로 준 네트워크 ID 영역의 전체 비트 수를 서브넷마스크 비트 수, 나머지 호스트 ID 영역의 비트 수를 호스트 비트 수라고 정의한다. 

 

클래스 A 

클래스 A는 IP주소 중 전반부 8 bit를 네트워크 ID 영역으로 정의하고 후반부 24 bit를 호스트 ID 영역으로 구분하고, 최상위 첫 번째 비트는 반드시 '0'을 공통된 값으로 가진다. 

네트워크 ID 구간을 10진수로 변환하면 0부터 127까지이다. 이는 클래스 A가 128개의 네트워크 주소를 설정할 수 있다는 의미이다. 

 

클래스 A의 호스트 ID는 8bit 옥텟(.) 간격으로 3개의 영역으로 구성되며, 전체 사이즈는 24bit이다. 

8 bit로 된 각 영역을 10진수로 변환하면 0부터 255까지의 값을 표현할 수 있다. 

따라서 전체 호스트 ID는 0.0.0 부터 255.255.255 까지의 단말장치 주소 값을 가질 수 있다. 

즉, 이론적으로 클래스 A는 앞의 네트워크 ID와 호스트 ID를 합쳐서 0.0.0.0 부터 127.255.255.255 까지의 IP 주소를 사용할 수 있다는 의미이다. 

 

하지만 실제로 이러한 IP 주소 전체를 사용하지는 못한다. 

네트워크 ID 0번, 10번, 127번 대역의 IP 주소는 특별한 목적으로 사용처가 예약되어 있기 때문이다.

그래서 실제로 클래스 A의 사용 가능한 네트워크 ID는 128개가 아니라 125개가 된다. 

121.0.0.0은 네트워크 ID가 121인 네트워크 주소를 나타내기 때문에 이미 할당되어 있고, 121.255.255.255는 네트워크 통신 방식 중 하나인 브로드 캐스트를 위한 IP로 할당되어 있기 때문에 실제 단말장치에 할당 가능한 IP 주소 범위는 121.0.0.1부터 121.255.255.255이다. 

 

네트워크 ID 영역이 8bit이므로 서브넷마스크의 비트수는 8이다. 

그리고 호스트 ID 의 길이는 24 bit 이므로 호스트 비트수는 24로 정의할 수 있다. 

255.0.0.0이 클래스 A의 서브넷마스크가 된다.

 

 

클래스 B

클래스 B는 IP주소의 전반부 16bit가 네트워크 ID의 영역이고, 나머지 16bit는 호스트 ID의 영역이다. 

128.0 ~ 191.255까지이다. 

호스트 ID는 8bit 옥텟(.) 간격으로 구분된 2개의 영역으로 구성되며, 전체 사이즈가 16bit이다. 

8bit로 된 각 영역을 10진수로 변환하면 0부터 255까지의 값이 된다. 

따라서 전체 호스트 ID는 0.0 부터 255.255까지의 단말 장치 주소값을 가질 수 있다. 

즉, 이론적으로 클래스 B는 앞의 네트워크 ID와 호스트 ID를 합쳐서 128.0.0.0 ~ 191.255.255.255까지의 IP주소를 사용할 수 있는 것이다. 

 

그러나 클래스 A와 마찬가지로 실제로 IP 주소 전체를 사용할 수는 없다. 

169.254, 172.16 ~ 172.31은 네트워크 ID를 가진 IP 주소에 대해 특별한 목적으로 이미 사용처가 예약되어 있기 때문이다. 

 

IP 주소 164.2.0.0은 네트워크 ID가 164.2인 네트워크 주소를 나타내기 때문에 이미 할당되어 있고, 

IP 주소 164.2.255.255는 네트워크 통신 방식 중 하나인 브로드캐스트를 위한 IP로 할당되어 있기 때문에 실제 단말장치에 할당할 수 있는 IP주소의 범위는 164.2.0.1 ~ 164.2.255.254 이다. 

 

네트워크 ID 영역이 16 bit 이므로 서브넷마스크 비트 수는 16이고, 호스트 ID의 길이는 16bit이므로 호스트 비트수는 16으로 정의할 수 있다. 

클래스 B의 서브넷마스크는 255.255.0.0이 된다.

 

 

클래스 C

클래스 C는 IP 주소의 앞 24 bit영역을 네트워크 ID로 정의하고 나머지 8bit 영역을 호스트 ID로 구분한다. 

네트워크 ID 구간은 192.0.0 부터 223.255.255까지 표현이가능하다. 

 

호스트 ID는 8bit 구간을 10 진수로 변환한 0부터 255까지의 단말장치 주소 값을 가질 수 있다. 

즉, 이론적으로 클래스 C는 앞의 네트워크 ID와 호스트 ID를 합쳐서 192.0,0부터 223.255.255.255까지 IP 주소를 사용할 수있는 것이다. 

하지만 네트워크 ID가 '192.0.2', '192.88.99', '192.168.0 ~ 192.168.255', '198.18.0 ~ 198.19.255' 인 IP주소에 대해서는 특별한 목적으로 사용처가 예약되어 있다. 

 

네트워크 ID 영역이 24 bit이므로 서브넷마스크 비트수는 24가 되고, 호스트 ID의 길이는 8 bit이므로 호스트 비트 수는 8로 정의할 수 있다.

클래스 C의 서브넷마스크는 255.255.255.0이 된다. 

 

 

클래스 D 

클래스 D의 IP 주소는 멀티캐스트 IP주소로 이미 예약되어 있기 때문에 클래스D의 IP주소를 단말장치에 할당하여 사용할 수는 없다. 

그래서 클래스 D부터는 네트워크 ID와 호스트 ID로 영역을 구분하지 않는다. 

어차피 단말장치에 할당하기 위한 주소가 없기 때문이다!!

 

클래스 E

클래스 E 의 IP주소는 연구 및 특수 목적으로 이미 예약되어 있어 클래스 D와 마찬가지로 단말장치에 할당하여 사용할수는 없다. 

 

 

❗️ 많은 IP주소를 효율적으로 사용하기 위해 A,B,C,D,E의 5개의 범위로 나눈 것을 IP클래스라고 한다. 

이중에서 IP 클래스 D는 멀티캐스트, IP 클래스 E는 연구 및 특수 목적으로 이미 예약되어 있어 일반 단말장치에는 할당해서 사용할 수 없다. 

나머지 클래스 A,B,C는 디폴티 서브넷 마스크를 통해 32bit 길이의 ip 주소 내에서 네트워크 주소를 나타내는 네트워크 ID 영역과 단말장치의 주소를 나타내는 호스트 ID 영역을 구분한다. 

 

 

220.85.93.23/24

보통 IP 주소는 서브넷 마스크를 함께 표시한다. 그런데 서브넷 마스크 길이도 IP주소와 마찬가지로 32 bit이기 때문에 IP 주소와 서브넷마스크를 함께 표시하는 경우 총 64bit의 매우 긴 길이를 가지게 된다.

그래서 보통 IP주소 옆에 빗금/ 기호를 주고, 서브넷마스크 비트 수로 간단히 나타낸다 이를 CIDR 표기법이라고 한다. 

 

220.85.93.23/24에서 24는 서브넷마스크의 비트수를 의미한다. 

서브넷마스크 비트수가 24이므로 네트워크 ID구간은 24bit가 되고, 나머지 8bit구간은 자연스럽게 호스트 ID 영역이 된다. 

 

 

3️⃣ 서브넷팅 

IP클래스별로 정규화된 서브넷마스크를 통해 각 클래스별로 네트워크와 단말장치 즉, 호스트의 수를 결정했다.

그리고 이때 적용된 서브넷마스크를 디폴트서브넷마스크(Default Subnet Mask)라고 부른다. 

IPv4 네트워크 환경에서는 서브넷마스크를 통해 IP클래스별로 IP주소를 효율적으로 나누었지만 여기에도 한계는 존재한다. 

 

C클래스의 198.168.0.0./24 라는 네트워크가 있다고 하면 여기에 서브넷마스크의 비트수는 24이므로 서브넷마스크는 255.255.255.0이다. 

서브넷마스크를 가지고 단말장치에 할당할 수 있는 IP주소를 계산해보면 네트워크 주소는 198.168.0.0이 된다.

이 네트워크 주소와 브로드캐스트 IP주소를 제외하면 단말장치에 할당할 수 있는 IP주소 범위는 198.168.0.1 ~ 198.168.0.254 총 254개가 된다. 

 

근데 실제로 대기업 규모가 아닌 이상 254개의 IP주소를 모두 사용하지 못한다. 

결국 단말장치에 할당하고도 남는 IP주소가 생기는데 이는 매우 비효율적이다!!!

따라서 이런 IP주소의 낭비를 막기 위해 주어진 IP주소를 단말장치에 필요한 IP수만큼 할당받아 사용한다면 IP주소의 낭비를 줄이고 보다 효율적으로 IP자원을 사용할 수 있다.

 

이처럼 큰 네트워크를 필요한 만큼 네트워크 영역을 나누어 사용하는 방식을 서브넷팅이라고 한다. 

그리고 이때 나누어진 네트워크를 서브넷이라고 한다. 

 

194.172.181.7/25의 네트워크 ID와 호스트 ID

우선 서브넷마스크 비트수가 25이므로 네트워크 ID 영역의 사이즈도 25bit가 되고, 나머지 7bit가 호스트 ID 영역임을 알 수 있다. 

네트워크 주소를 계산하기 위해서 서브넷마스크 255.255.255.128 과 IP주소 194.172.181.7를 2진수로 변환해주고 And 연산을 수행한다.

그러면 네트워크 주소는 194.172.181.0이 되고, 브로드캐스트 IP주소는 194.172.181.127이 된다. 

네트워크 주소와 브로드캐스트 주소를 제외하고 단말장치에 할당할 수 있는 IP주소는 194.172.181.1 ~ 195.172.181.126 총 126개가 된다.

 

원래 C클래스에 속하는 IP주소는 194.172.181.7은 네트워크 주소가 194.172.181.0이고 디폴트 서브넷마스크 비트수는 24이다. 

따라서 네트워크에서 단말장치에 할당 가능한 IP주소는 194.172.181.1~ 194.172.181.254이다. 

 

하지만 서브넷마스크 비트수가 디폴트 서브넷마스크 비트수보다 1이 늘어난 25가 되면서 호스트 IP주소범위가  딱 절반이 되었다.

즉 서브넷마스크 비트수가 25인 경우에는 하나의 네트워크를 2개의 서브넷으로 나누게 된 것이다. 

 

서브넷마스크 비트수가 증가할수록 서브넷 개수도 증가하는 것을 알 수 있다!

반면에 나눠진 서브넷의 수만큼 단말장치에 할당할 수 있는 IP의 수는 줄어든다. 

 

결국 서브넷마스크 비트 수마다 나누어 줄 수 있는 서브넷의 수와 호스트 IP의 수가 모두 다르므로 관리할 네트워크 규모에 맞게 서브넷 수와 각 단말장치에 할당할 IP주소(호스트 IP)의 수를 서브넷마스크로 결정할 수 있다. 

즉, 서브넷마스크를 통한 최적화된 네트워크 자원 활용이 가능해진 것이다!!

 

 

서브넷팅 쉽게하는방법

IP주소 범위에서 끝의 8bit 영역만 빼놓고 생각하면 해당 네트워크 주소에 어떤 서브넷마스크를 적용하여 어느정도 규모의 네트워크를 설정할지 서브넷의 개수나 단말장치에 할당할 수 있는 호스트 IP의 범위 등을 결정할 수 있다. 

 

예를 들어 서브넷마스크 비트수가 26이라는 것은 서브넷마스크를 2진수로 표현했을 때 1의 값을 26개 가진단 것이다.

그래서 32bit길이의 IP주소에서 2진수 1을 26개 넣으면 마지막 8bit 영역에서 첫 2bit구간만 1을 가지고 나머지 6bit는 0만 가지게 된다. 

 

서브넷마스크의 비트수가 나타내는 영역은 네트워크 주소를 나타내는 네트워크 ID 구간이고 나머지 구간은 단말장치의 주소를 의미하는 호스트 ID구간이다. 

8bit구간에서도 마찬가지로 앞에서 1을 가지는 2bit 구간이 네트워크 ID 영역이고 나머지 0을 가지는 구간 6bit가 호스트 ID 영역이 된다. 

그래서 2bit네트워크 ID 영역에서 표현가능한 서브넷의 개수는 4개가 되고 호스트 ID 영역은 6bit이므로 64개의 IP주소를 가진다. 

그러나 네트워크 주소와 브로드캐스트 주소로 이미 2개의 IP가 예약되어 사용중이기 때문에 실제 단말장치에 할당 가능한 IP주소(호스트 IP)의 개수는 62개가 된다.