IP 주소(클래스, CIDR, 서브넷 마스크)

📌 IP 주소

OSI 7계층에서 주소를 가지고 있는 계층은 2계층(데이터 링크 계층)과 3계층(네트워크 계층) 입니다.

2계층의 경우 물리 주소인 MAC주소를 사용하고, 3계층은 논리 주소인 IP 주소를 사용합니다. (3계층에서 동작하는 장비인 라우터가 IP 주소 체계를 이해하고 최적의 경로를 찾아 패킷을 포워딩합니다.)

 

IP 주소는 다음과 같은 특징을 가지고 있습니다.

• 사용자가 변경 가능한 논리 주소
• 주소에 레벨(Class)이 존재 - 그룹을 의미하는 네트워크 주소와 호스트 주소로 나뉨

대부분의 네트워크가 TCP/IP로 동작하기 때문에 IP 주소 체계를 이해하는 것이 네트워크에 매우 중요하기에 이번 포스팅에서는 3계층 주소인 IP 주소에 대해 살펴보겠습니다.

 

 

📌 IP 주소 체계

흔히 사용하는 IP 주소는 32비트인 IPv4 주소입니다. IP는 v4, v6 두 체계가 사용되며 IPv6의 주소는 128비트입니다.

IPv4 주소를 표기할 때는 4개의 옥텟(Octet)이라고 부르는 8비트 단위로 나누고, 각 옥텟은 "."으로 구분합니다.

 

    192     .   168    .      0      .       1

        11000000 . 10101000 . 00000000 . 00000001

 

위와 같이 IPv4 주소는 8비트 x 4 = 32비트로 사용이 되고 있는데요, IP 주소는 네트워크 주소와 호스트 주소 두 부분으로 나뉘게 됩니다.

(IP 주소는 10진수 표기법인 반면, 8비트는 0과 1로 나타내는 2진수로 표현되어 있습니다.)

• 네트워크 주소 : 호스트들을 모은 네트워크를 지칭하는 주소(호스트의 집합)
• 호스트 주소 : 하나의 네트워크 내에 존재하는 호스트를 구분하기 위한 주소

쉽게 말씀드리면 서울시 자이아파트 102동 201호라는 주소가 있을 때, 서울시 자이아파트 102동이 네트워크 주소이고 식별이 가능한 201호를 호스트 주소라고 할 수 있습니다.

 

IP 주소 체계는 필요한 호스트 IP의 갯수에 따라 네트워크의 크기를 다르게 할당할 수 있는 클래스(Class) 개념을 도입했습니다.

즉, 클래스는 하나의 IP 주소에서 네트워크 영역과 호스트 영역을 나누는 방법을 의미합니다.

 

IP 주소 클래스의 종류에는 A 클래스, B 클래스, C 클래스, D 클래스, E 클래스 총 5개가 있는데요, 이 중 A~C의 3개의 클래스 정도만 알고계시면 될 듯 합니다.

 

각 클래스가 가질 수 있는 주소의 갯수는 다음과 같습니다.

• A Class : 약 1600만 개의 IP 주소
• B Class : 약 6만 5천개
• C Class : 약 250개

A 클래스의 경우 첫 번째 옥텟에 네트워크 주소와 호스트 주소를 나누는 구분자가 존재하고, B 클래스는 두 번째 옥텟, C 클래스는 세 번째 옥텟에 구분자가 있는데요, 이러한 구분자를 서브넷 마스크라고 합니다.

이는 뒤에서 다시 설명드리겠습니다.

 

A 클래스

0 네트워크

호스트

호스트

호스트

A 클래스는 0으로 시작하는 IP 주소를 의미하는데요, 2진수로 나타내면 0 0000000 ~ 0 1111111 입니다.

이는 1.0.0.0 ~ 127.0.0.0 범위의 주소를 가질 수 있습니다.

하지만 127의 경우 예외로 자신을 의미하는 루프팩(Loopback) 주소로 사용되므로 실제 A 클래스가 사용할 수 있는 주소는

1.0.0.0 ~ 126.255.255.255 입니다.

(localhost = 127.0.0.1 을 생각하시면 될 듯 합니다.)

 

A 클래스는 네트워크 주소를 표현하는 부분이 1개의 옥텟, 호스트 주소를 나타낼 수 있는 부분이 3개의 옥텟이기 때문에 네트워크 주소는 2^8(256)개와 한 네트워크 당 2^24(16,777,216) - 2개의 호스트 주소를 갖게 됩니다.

※ 위에서 -2를 한 이유는, IP 체계에서 모두 0인경우에는 네트워크 주소로 사용하고, 모두 1인 경우에는 브로드캐스트 주소로 사용하기 때문입니다. (IP 주소로 나타내자면 1.0.0.0 과 126.255.255.255 입니다.)

 

B 클래스

10 네트워크

네트워크

호스트

호스트

B클래스는 10으로 시작하는 IP 주소를 의미하는데요, 2진수로 나타내면 10 000000 ~ 10 111111 입니다.

이는 128.0.0.0 ~ 191.255.0.0 범위의 주소를 가질 수 있습니다.

 

B 클래스는 네트워크 주소가 2개의 옥텟, 호스트 주소가 2개의 옥텟이기 때문에 2^16(65,536)개의 네트워크 주소와 한 네트워크 당 2^16(65,536) - 2개(네트워크 주소, 브로드캐스트 주소)의 호스트 주소를 가질 수 있습니다.

(A클래스와 마찬가지로 네트워크 주소, 브로드캐스트 주소 2개를 제외해야 합니다.)

 

C 클래스

110 네트워크

네트워크

네트워크

호스트

C클래스는 110으로 시작하는 IP 주소를 의미하는데요, 2진수로 나타내자면 110 00000 ~ 110 11111 입니다.

이는 192.0.0.0 ~ 223.255.255.0 까지의 주소를 가질 수 있습니다.

 

C 클래스의 경우 네트워크 주소는 3개의 옥텟, 호스트 주소는 1개의 옥텟이기 때문에 A 클래스와는 반대로 네트워크 주소는 2^24(16,776,216)개와 한 네트워크 당 2^8(256) - 2개(네트워크 주소, 브로드캐스트 주소)의 호스트를 가질 수 있습니다.

 

위 정리를 보셨다면, 다음 IP 주소가 무슨 클래스를 나타내는지 바로 아실 수 있을겁니다. 😃

 

추가적으로 조금 더 문제를 풀어보며 IP 주소 체계와 클래스에 대해 이해해보겠습니다.
다음 IP 주소 체계를 보고 클래스와 네트워크 부분, 호스트 부분을 설명해 주세요.

 

(1) 12.34.122.8

클래스 : A(1 ~ 127)

네트워크 : 12.0.0.0

호스트 : 34.122.8

 

(2) 142.10.12.6

클래스 : B(128 ~ 191)

네트워크 : 142.10.0.0

호스트 : 12.6

 

(3) 221.255.128.0

클래스 : C(192 ~ 223)

네트워크 : 221.255.128.0

호스트 : 0

 

 

📌 클래스풀(Classful)과 클래스리스(CIDR)

앞서 설명드린 클래스(Class) 기반의 IP 주소 체계를 클래스풀(Classful)이라고 부르는데요, IP 주소 체계를 처음 만들었을 당시에는 최적의 선택이었고, 네트워크 주소와 호스트 주소를 구분짓는 구분자(서브넷 마스크)가 없더라도 맨 앞 자리 숫자만 보면 해당 주소가 어느 클래스에 속해있는지 구분할 수 있었습니다.

서브넷 마스크란? 위에서 설명드린 IP 주소 체계의 32비트의 숫자에서 0은 호스트 부분을, 1은 네트워크 부분을 나타내는데요 이러한 방식으로 서브넷 마스크는 IP 주소를 네트워크 및 호스트 주소와 분리합니다.

하지만, 인터넷이 상용화되고 인터넷에 연결되는 호스트 수가 폭발적으로 증가하여 기존의 클래스풀 기반의 주소 체계는 증가하는 IP 주소 요구를 감당하기에는 턱없이 부족하게 되었습니다. 또한 IPv4의 가장 큰 문제점은 IP 주소를 낭비하고 있다는 점인데요,

• 상위 클래스(A Class)를 할당받은 조직에서 해당 주소들을 사용하지 못하여 발생하는 낭비
• 초창기에는 미래를 위해 A 클래스를 할당받았으나 실제로는 수천, 수만 개만 사용하여 수천만 개의 IP 주소 낭비

 

이러한 문제를 해결하기 위해 클래스리스, CIDR(Classless Inter-Domain Routing) 기반의 주소 체계가 생겨나게 됩니다.

> CIDR(Classless Inter-Domain Routing)란, 클래스가 존재하지 않는 도메인간 라우팅 기법을 의미합니다.

 

CIDR이란 클래스가 없이도 IP 주소를 할당할 수 있는 방식입니다. 기존의 클래스풀 방식의 경우 선택지가 한정적이기에 낭비되는 주소 체계가 많이 존재하였지만, CIDR의 경우 네트워크 부분과 호스트 부분을 1비트 단위까지 구분이 가능하여 호스트 주소를 보다 더 유연하게 할당할 수 있게 되었습니다.

10진수 & 2진수 IP 주소

기존의 클래스 주소 체계에서는 IP 주소가 192로 시작하기 때문에 클래스 C에 해당하므로 192.168.10 까지가 네트워크 주소이고, 나머지 1이 호스트 주소 라는 것을 파악할 수 있습니다.

하지만 CIDR방식이라면 어디까지가 호스트이고, 어디까지가 네트워크인지 구분할 수 없는데 어떻게 구분할 수 있을까요?

이것을 가능하게 하는 것이 서브넷 마스크(Subnet Mask) 입니다.

 

 

📌 서브넷 마스크(Subnet Mask)

서브넷 마스크란 네트워크와 호스트 부분을 구분해주는 역할로 기존에 클래스 기반의 주소 체계에서도 존재하는 개념이었으나, 클래스 기반에서는 IP 주소만으로 네트워크 부분과 호스트 부분을 쉽게 파악할 수 있었기에 잘 사용이 안되었다면, CIDR 주소 체계에서는 중요한 개념으로 자리잡히게 됩니다.

 

클래스리스 네트워크에서는 IP 주소를 통해 어느 클래스에 속하는지 확인할 수 있었던 클래스풀과는 달리, 네트워크와 호스트 주소를 나누는 구분자(서브넷 마스크)를 사용해야 합니다. 

 

 

서브넷 마스크로 네트워크 주소 및 호스트 주소 찾기

서브넷 마스크에서 1이 연속한 부분이 네트워크 주소이며 나머지 0이 있는 자리를 호스트 주소로 구분할 수 있습니다.

위 그림에서 보면 서브넷 마스크는 255.255.255.0 이므로 네트워크 부분은 1이 연속으로 나오는 세 번째 옥텟까지, 그리고 나머지는 호스트 부분이 됩니다.

(서브넷 마스크는 반드시 1이 연속되어야 합니다. 만약 그렇지 않다면, 예를들어 서브넷 마스크가 11110101 과 같이 1과 0이 섞여있다면 어디가 네트워크 부분이고 어디가 호스트 부분인지 구분할 수 없기 때문입니다.)

 

 

📌 CIDR 표기법

서브넷 마스크는 연속된 1의 자릿수를 통해 네트워크 부분을 파악할 수 있다고 했는데요, 그럼 굳이 위와같이 매번 2진수 32비트를 확인하지 않고 연속된 1의 갯수가 몇개인지만 파악할 수 있으면 네트워크 부분을 보다 쉽게 파악할 수 있습니다.

이 때 사용되는 방법이 CIDR 표기법 입니다.

CIDR 표기법을 보면 연속된 1의 갯수가 24개이므로 서브넷 마스크는 255.255.255.0이고, 이로 인해 네트워크 부분과 호스트 부분을 바로 파악할 수 있다는 장점이 존재합니다.

 

 

📌 마무리

IP 주소부터 해서 클래스, 클래스리스(CIDR), 서브넷 마스크, 네트워크와 호스트 등에 대해 살펴보았습니다.

포스팅을 보다보면 어떠한 기술이 존재하고, 해당 기술의 문제점이 존재하고, 이를 해결하기 위해 ~ 기술이 개발되었다. 등의 서사를 볼 수 있는데요, 가령 기존 클래스 기반의 주소 체계는 낭비되는 IP 주소가 많았기에 이를 유연하게 활용하고자 클래스리스(CIDR)가 나온 것 처럼요. 무언가를 학습할 때 해당 기술을 공부하는 것도 좋지만, 해당 기술이 무슨 문제를 해결하기 위해 나오게 되었는지 '배경'과 함께 학습하면 좀 더 이해가 잘 되는 것 같습니다.

 

 

 

📌 참고 문서

• https://limkydev.tistory.com/168
• IT 엔지니어를 위한 네트워크 입문
• https://brunch.co.kr/@swimjiy/43