기본이론 - 정보통신네트워크(2) - IP, ICMP, Router, 서브넷, TTL

중요한 개념과 단어 설명은 TTA 한국정보통신기술협회 및 용어 설명 사이트를 참고하였습니다.

https://terms.tta.or.kr/main.do

http://www.ktword.co.kr/index.php

Wiki(https://www.wikipedia.org/)와 copilot의 도움도 받았음을 밝힙니다.

 

<목차>

1. HDLC 와 BSC 프로토콜의 비교
2. IP, IPv4/IPv6 비교
3. ICMP, IGMP, ARP
4. Router
5. Routing
6. TTL
7. Hop

 

1. HDLC와 BSC 프로토콜의 비교

	HDLC	BSC
요약	컴퓨터 데이터 통신에 적합한 전송제어방식	문자 또는 바이트 중심의 통신 방식
특징, 개념	* 고속 데이타 전송에 적합한 비트 지향형 프로토콜 - 비트 전송을 기본으로(비트 중심 프로토콜)하는 범용의 데이터링크 전송제어절차 - 임의의 비트 패턴 전송이 가능  - 데이터 투명성을 위해 비트스터핑을 사용 - 회선제어 등을 위해 특정한 코드에 의존하지 않음 * 오류제어가 엄밀함   - CRC 필드 방식 사용     (FCS : Frame Check Sequence)   - 에러 발생시 재전송 요구     (ARQ : Automatic Repeat Request) * 수신측으로부터의 응답을 기다리지 않고 연속하여 데이타 전송 가능   - 버퍼를 두어서 흐름을 제어함 * 여러 통신방식 모두를 지원 가능   - 1:1, 1:多, 반이중, 전이중	* 비트 스트림이 아닌 비트 또는 바이트 그룹이 전송의 중요한 요소라는 것을 의미. * 일반적으로 유효한 연결 설정 또는 개발 및 데이터 전송을 제어하기 위한 문자와 절차를 포함. * BISYNC는 2세대 컴퓨터에서 일반적으로 사용되는 동기 송수신(STR) 프로토콜을 대체한 반이중 링크 프로토콜. * 기본 모드 프로토콜(Basic Mode Protocol)이라고도 하며, 기본적으로 투명 모드라고 하는 비트 중심 데이터 전송에 필요. * SAN(Systems Network Architecture)에서 일반적으로 사용되는 훨씬 더 효율적인 IBM 프로토콜인 동기 데이터 링크 제어(SDLC)로 대체되고 있다.
전송모드/ 프레임 구조	NRM (Normal Response Mode, 정규 응답 모드)  ABM (Asynchronous Balanced Mode, 비동기 균형 모드)  ARM (Asynchronous Response Mode, 비동기 응답 모드)	SYN : 문자 동기 유지 SOH : 헤더 정보 시작 STX : 헤더 정보 종료 및 텍스트 시작 ETX : 텍스트 종료 ETB : 전송 블록 종료 EOT : 전송 종료 및 데이터링크 초기화 ACK : 수신된 메시지에 긍정 응답 NAK : 수신된 메시지에 부정 응답 ENQ : 상대측에 데이터 링크 설정 및 응답 요구 DLE : 데이터 투명성 마커

 

 

2. IP, IPv4/IPv6 비교

  1) IP 데이터그램 헤더 

출처 : https://itwiki.kr/w/IP_%EB%8D%B0%EC%9D%B4%ED%84%B0%EA%B7%B8%EB%9E%A8

Version (4bit)All) 0100	HLEN (4bit, quartets 단위)헤더의 길이	DS/ESN (8bit)지금은 거의 쓰이지 않는 옵션 대부분 00000000으로 들어감	Total Length (16bit, octets 단위)데이터를 포함한 IP Datagram의 전체 길이
Identification (8bit)재조립을 위한 모체를 식별하는 코드			Flags(3bit)-More bit: 파편 중 마지막인지 아닌지 -Don't fragment bit: 절대 분할금지. 분할이 필요하면 폐기	Fragment Offset(15bit, octets 단위)헤더를 포함하지 않은 데이터만의 시작 위치
Time to Live (8bit)데이터그램의 수명 네트워크를 거칠 때마다 --1; (라우터 통과) 0이 되면 폐기		Protocol(8bit)상위 계층의 프로토콜이 누구인가? ex) TCP, UDP, ICMP	Header Checksum(16bit)데이터 전체가 아닌 헤드의 오류만 검출 오류가 검출되면 복구하지 않고 폐기
Source Address(32bit)
Destination Address (32bit)
Options + Padding (가변 bit)Padding: 전체 길이가 무조건 4의 배수가 되어야 하기 때문에 4의 배수가 아닐 경우 이를 채우기 위해 사용.

 

  2) IPv4 / IPv6 비교

구분	IPv4	IPv6
요약	현 시점, 주로 사용되는 IP	IPv4(현재의 인터넷 프로토콜)의 한계를 극복하기 위함  - 주소 표현의 제약으로 인한 주소 고갈  - 멀티미디어서비스 대응 미약 등
주소영역	32 bit	128 bit
checksum	오류검출 대상이 데이터가 아닌 헤더 부분 만을 대상으로 함.	IPv6의 기본헤더의 크기는 총 40바이트로 IPv4 기본헤더의 크기인 20바이트의 두 배이다. 가장 큰 차이점이라면 기존 IPv4 헤더에 있던 체크섬(header checksum)필드가 IPv6 헤더에서 삭제되었으며, 이 기능은 하위계층과 상위계층 프로토콜들에게 맡겨지게 되었다.
주소표기법	(10진 표기) xxx.xxx.xxx.xxx	(16진 표기)  2004:2ba8:13aa:0011:0000:0000:0000:abaa
주소유	Unicast, Multicast, Broadcast	Unicast, Multicast 이외 Anycast라는 새로운 주소 개념 도입. * Anycast: 정확한 통신 대상을 정하지 않는 주소 방식 - 같은 서비스를 하는 여러 개의 서버가 같은 애니캐스트 주소를 가질 수 있음. - 클라이언트는 그 애니캐스트 주소로 서비스 요청을 하면 가장 효율적으로 서비스할 수 있는 또는 가장 근접한 서버가 서비스를 제공하는 것. - 결국, 다른 장비(호스트)들이 같은 IP 주소를 갖을 수도 있음
주소할당방식	A, B, C 클래스별 비순차적 할당	CIDR 기반 계층적 주소 할당

 

*** 서브넷 마스크 계산/구하는 방법 ***

Class	주소(10진수)	주소(2진수)	기본 서브넷 마스크	네트워크 비트수	호스트 비트수
Class A	0.0.0.0 ~ 127.255.255.255	00000000.00000000.00000000.00000000 ~ 01111111.11111111.111111111.111111111	255.0.0.0 (/8)	8 비트	24 비트
Class B	128.0.0.0 ~ 191.255.255.255	10000000.00000000.00000000.00000000 ~ 10111111.11111111.111111111.111111111	255.255.0.0 (/16)	16 비트	16 비트
Class C	192.0.0.0 ~ 223.255.255.255	11000000.00000000.00000000.00000000 ~ 11011111.11111111.11111111.11111111	255.255.255.0 (/24)	24 비트	8 비트

 

<서브넷의 개념>

IP 주소는 네트워크 부분과 호스트 부분으로 나누어진다. 하나의 로컬 네트워크란 하나의 라우터를 거쳐가는 여러 개의 호스트들이 연결된 브로드캐스트 영역이다. 즉, 어떤 네트워크에서 한 노드가 브로드캐스트를 했을 때 그 네트워크의 모든 노드가 신호를 받았다면 그 네트워크는 하나의 네트워크라고 볼 수 있다. 호스트란 그냥 각각의 노드(PC, 스마트폰, 태블릿 등)들이다.

다시 말해 하나의 로컬 네트워크에서는 IP 주소의 네트워크 부분은 같아야 하고, 호스트 부분은 달라야 한다는 것이다.

이해를 돕기 위해 간단한 예시를 들자면, 서울시 중랑구 면목동 Namu아파트 A동 건물의 301호에 있는 사람이 서울시 중랑구 면목동 Namu아파트 A동 건물의 505호에 있는 사람을 찾아가려고 한다면 현재 그 사람이 위치해 있는 건물을 나갈 필요가 없다.

이처럼 쓸데없이 같은 건물에 있는 사람을 찾기 위해 건물 밖을 나갔다 온다든가 하는 불필요한 짓 없이도 효율적인 네트워크 통신과, 브로드캐스팅을 위해 장치들을 일정한 규칙에 따라 하나의 그룹으로 묶고자 하였고, 이것이 서브넷의 기본 개념이다. 기본적으로 서브넷 내의 호스트는 같은 서브넷의 호스트 끼리만 통신이 가능하다. 그러나 건물 밖의 대상(=같은 서브넷에 속하지 않은 호스트)을 찾아가고자 한다면?

 

목적지가 같은 서울시 중랑구 면목동 Namu아파트라고 하더라도, A동이 아니라 바로 옆 건물 B동만 되어도 일단 A동 건물 출입구를 통해 먼저 밖으로 나가야 한다. 이때 이 건물 출입구가 바로 게이트웨이(서로 다른 프로토콜을 사용하는 통신망간의 상호 접속을 위해 프로토콜 변환 기능을 제공한다)다. 즉, 게이트웨이가 없다는 것은 건물 출입구가 없어서 건물 밖을 나갈 수 없다는 말과 동일하다. 또한 대상이 중랑구 면목동의 다른 건물이든, 중랑구 망우동이든, 옆동네 광진구든, 아니면 부천시든, 심지어 해외로 가더라도 아무튼 제일 먼저 건물 출입구를 통해 그 건물을 나가야 한다는 점은 항상 같다. 즉, 만약 통신하고자 하는 대상 호스트가 현재 장치가 속한 네트워크의 서브넷의 범위를 벗어나는 경우에는 게이트웨이를 통해 해당 네트워크 밖으로 나간 후에, 여러 라우터를 거치며 대상 호스트가 속한 네트워크를 찾아내는 식으로 통신이 이루어진다.

 

서브넷 마스크는 이 서브넷을 구분하는 방법 중 하나이다. 위의 건물 예시에서의 서브넷 마스크는 아파트의 동 건물 한채라고 할 수 있다. 이 범위 밖에 있는 장치들은 모두 같은 건물이 아니다, 즉 로컬 네트워크가 아니라고 판단하는 것이다.

 

IP 주소에서 192.168.0.1/24 혹은 192.168.0.1 서브넷 마스크:255.255.255.0과 같은 것을 본 적이 있을 것이다. 여기서 /24 와 255.255.255.0은 같은 것을 나타내는데, 255.255.255.0을 2진수로 쓰면 1111 1111.1111 1111.1111 1111.0000 0000이다. 여기서 앞에서부터 연속된 1의 개수만 나타낸 것이 /24이다. 슬래시로 표시되는 단위를 CIDR 표기법이라고도 한다.

 

계산 예) 

   클래스 B 주소 범위: 128.0.0.0 ~ 191.255.255.255
   기본 서브넷 마스크: 255.255.0.0 → /16
   앞의 16비트는 네트워크, 나머지 16비트는 호스트 영역.

    현재 서브넷 마스크: 255.255.255.240 = /28
    이 마스크는 28비트가 네트워크 영역이라는 뜻.
    즉, 기본 /16에서 12비트를 추가로 서브넷팅한 상태입니다.

    <기본 구조>
        |<---- 16비트 ---->|<------- 16비트 ------->|
        |  네트워크 부분   |      호스트 부분       |

     </28 구조>
         |<---- 16비트 ---->|<-- 12비트 -->|<4비트>|
         |  네트워크 부분   | 서브넷 부분  | 호스트 |

 

       1) 서브넷 비트 수:
               추가 서브넷 비트 수 = 28 - 16 = 12비트
       2) 생성 가능한 서브넷 수:

               2^12 = 4096 개의 서브넷 생성 가능
       3) 각 서브넷의 호스트 수:

              호스트 비트 수 = 32 - 28 = 4비트
              하나의 서브넷에서 사용할 수 있는 호스트 수는:

              2^4 - 2 = 14  (-2의 이유 : 1개는 네트워크 주소, 1개는 브로드캐스트 주소)

3. ICMP, IGMP, ARP

  1) ICMP (Internet Control Message Protocol)

    - TCP/IP의 IP 계층에서 추가적으로 필요한 기능들을 수행하기위한 프로토콜

    - IP 패킷을 처리할 때 발생되는 문제를 알리거나, 그와같은 문제의 진단 등
    - IP(Internet Protocol)와 하나의 쌍을 이루며 동작

    - Ping : 반향 요청(Echo Request), 반향 응답(Echo Reply)을 활용

    - traceroute (tracert) : Time Exceeded을 활용

  2) IGMP (Internet Group Management Protocol)

    - 서브넷(로컬 네트워크) 상에서 멀티캐스팅 멤버십 제어를 위한 그룹 관리용 프로토콜
    - 하나의 라우터와 여러 호스트로 구성되는 서브 네트워크(Sub Network) 상에서 호스트들이 어떤 멀티캐스트

      그룹에 속하는 가를 라우터에게 알리기 위한 일종의 그룹 관리용 신호 프로토콜 (Signaling Protocol)

  3) ARP (Address Resolution Protocol)

    - 논리적인 IP 주소를 (망계층) --> 물리적인 MAC 주소로 (데이터링크 계층)

      변환해주는 역할을 하는 주소 해석용 프로토콜

 

 

4. Router

   - 각기 독립된 네트워크들을 연결시켜주는 장치 또는 네트워크를 분할/구분시켜

     연결하는 장치
  1) 네트워크들을 서로 연결시켜 줌 (Networking)

    - 각기 독립적으로 구성된 네트워크들을 연결시켜주는 장치
  2) 패킷 스위칭 기능 (Forwarding)
     - 한 포트로 패킷을 받아서 (입력) 다른 포트로 전송 (출력)

     - 데이터그램(또는 패킷)을 소프트웨어 기반으로 스위칭을 함
  3) 경로 설정 기능 (Routing)
     - 라우터끼리 상호연결된 복잡한 망에서 경로의 배정 및 제어를 자동적으로 수행
     - 라우터 상호간에 라우팅 정보를 주고받으며 동적으로 라우팅 테이블을 만들어 간다.
     - 사실상 라우팅 테이블의 구축이 라우터의 가장 중요한 임무 임

  4) 경로 선택의 방식
     - 정적 라우팅(Static Routing) : 사전에 사용자가 특정 경로를 설정. 수동 테이블 관리
     - 동적 라우팅(Dynamic Routing) : 라우팅 프로토콜에 의해 라우터가 자동적으로 선택.

                                                         자동 테이블 관리

 

5. Routing

  * AS : 동일한 관리자에 의해 여러 내부 라우팅 프로토콜(IGP)을 동일한 정책으로

            관리하는 인터넷 상의 라우터들과 서브네트워크(sub-network)들의 집합.

            통상 학교,기업 사내전산망, 크게 보면 ISP 등을 말함.

           하나의 관리 통제하에 있는 개념적인 영역

  1) IGP : 자치시스템 내부에서 만 이루어지는 라우팅 프로토콜 (Routing Protocol)
               종류 : RIP,  IGRP,  OSPF,  IS-IS  등

  2) EGP : 일반적으로 자치시스템 상호간(Inter-Domain)에 경로정보를 교환하기 

                 위한 라우팅 프로토콜을 총칭하는 말

	IGP	EGP
Neighbor 결정	자동 탐색	수동 설정 필요
Convergence(수렴성)	빠름	안정성 위주 둔감
라우팅 범위	AS의 내부 라우터 간	AS 상호 간

 

 

6. TTL (Time to Live)

  - 말뜻 자체로는 생존 시간을 의미.

    IP 패킷 전달, DNS 캐싱 등에서 생존 시간
  - IP 패킷 수명
    * TTL(IPv4) 또는 Hop Limit(IPv6)
      인터넷에서 IP 패킷이 라우팅되며 남아있는(거쳐야할) 라우터의 갯수를 표현하는 수
      이 숫자는 IP 패킷 헤더 내 하나의 필도(8 비트)로 포함됨
    * 각 라우터는 IP 패킷을 라우팅할 때 마다 TTL의 값을 감소시킴

  - TTL 크기
    * 기본값 : IANA에서는 TTL 기본값을 64로 할당하여 제안하고 있으나

                   필요시 다른 값도 사용 가능
    * 최대값 : TTL 값은 최대 255인 8비트의 홉 한계를 갖음

 

7. Hop (홉)

  - 홉이란 영어 뜻 자체로는 건너뛰는 모습을 의미
  - 데이타통신망에서 각 패킷이 매 노드(또는 라우터)를 건너가는 양상을 비유적으로 표현
    이러한 체계를 hop-by-hop 체제라고 함
  - 다음 홉 (Next Hop)
     * 목적지 네트워크까지 가기위한 바로 다음의 라우터를 말함
     *각 노드(라우터)는 수신된 패킷의 헤더부분에 있는 주소를 조사하여 라우팅 테이블에

      있는 최적 경로 상에 있는 다음 홉 라우터 인터페이스를 찾아내어 수신 패킷을 다음으로

      Hop 할 라우터를 향하는 그 인터페이스에게 넘겨 전달함           
  - 홉 수 (Hop Count)
     * 거치게되는 라우터 수
  - RIP 라우팅 프로토콜의 경우
     * 최대 홉 수 : 15개 (16은 `무한대`를 의미)