[컴퓨터 네트워크] IP 주소와 서브넷팅, VLSM 개념 소개

IPv4 주소 개념 소개

• IPv4는 32bit로 표현되며, 8개의 비트로 나눠서 4개의 옥텟으로 구분함
• 1개의 비트는 2진수로 표현되며, 이를 10진수로 변환해서 사용함
  •  

IPv4 주소 계산법

• (예시) 실제로, 위의 예시를 보면 먼저 32bit를 8개의 비트씩 4개의 옥텟으로 나눈 후, 각 옥텟 별로 2진수에서 10진수로 변환함. 각 옥텟 별로 변환된 10진수를 구분하여 적으면 IPv4 주소가 되는 형식
• 그러므로 IPv4의 주소 범위는 0.0.0.0 ~ 255.255.255.255 임
  • 8개의 비트일 때 2진수에서 10진수로 변환한 최대가 255이며 최소가 0이기 때문임

 

IPv4 주소 표현 방법

• IPv4에는 사설 IP와 공인 IP가 존재
  1. 사설 IP : 네트워크 관리자가 임의로 할당할 수 있으며, ISP*에서 할당 받지 않는 주소. 
     • 중복될 수 있는 IP. 네트워크 상에서 자유롭게 쓰이지 못함. 주소가 같은 장치는 데이터 통신이 이루어질 수 없기 때문
  2. 공인 IP : ISP에서 할당 받은 주소. 주소가 한 개로 유일함. 공인 IP 기반으로 인터넷 통신을 함
• 내가 속하지 않은 다른 네트워크 장치와 통신을 하기 위해서는 반드시 공인 IP 주소를 사용해야함
• IP 주소는 "IP주소/서브넷 마스크" 형태로 표시됨
• 또한, IP 주소는 Network 부분과 Host 부분으로 구분되어짐. (Class를 구분지어야 하기 때문, 추후 설명)
  • IP 주소 = Network ID(고정된 bit) + Host ID(고정되지 않은 bit)

 

ISP* 란 : 개인이나 기업에게 인터넷 접속 서비스, 웹 사이트 구축 등을 제공하는 회사를 말함

 

 

서브넷 마스크

• IP주소를 Network 부분과 Host 부분으로 구분해주는 역할을 함

서브넷 마스크 Class 구분 예시

• IPv4의 주소 범위 중 A Class는 8bit, B Class는 16bit, C Class는 24bit의 기본 서브넷 값(Default Subnet Mask)을 가짐
  
  • 일반적인 네트워크 장치에는 A ~ C Class 주소가 할당됨. D Class는 멀티캐스트, E Class는 주로 연구용으로 쓰임
• 단, 서브넷 값은 1이나 0이 연속으로 나와야 함. 

 

 

A Class (0.0.0.0 ~ 127.255.255.255)

• 기본 서브넷 마스크 값은 8bit(255.0.0.0)
• 0과 127로 시작하는 주소는 예약되어 있으므로 사용할 수 없음
• 1.0.0.0 ~ 126.255.255.255가 A Class의 실 주소 범위
• 10.0.0.0 ~ 10.255.255.255의 범위는 사설 IP 대역
  • 사설 IP는 IP 주소가 중복될 수 있기에 WIFI 같은 경우를 제외하고 일반적인 네트워크 상에서는 쓰이지 않음. 충돌이 일어날 수 있어 어떤 Device에도 할당하지 않으며, 할당하더라도 변경함

 

 

B Class (128.0.0.0 ~ 191.255.255.255)

• 기본 서브넷 마스크 값은 16bit(255.255.0.0)
• 첫 8bit 중 2개의 시작 숫자가 10이므로 주소 범위가 128.0.0.0 ~ 191.255.255.255로 좁혀짐
• 172.16.0.0 ~ 172.31.255.255의 범위는 사설 IP 대역

 

 

C Class (192.0.0.0 ~ 223.255.255.255)

• 기본 서브넷 마스크 값은 24bit(255.255.255.0)
• 첫 8bit 중 3개의 시작 숫자가 110이므로 주소 범위가 192.0.0.0 ~ 223.255.255.255로 좁혀짐
• 192.168.0.0 ~ 192.168.255.255의 범위는 사설 IP 대역

 

 

D Class (224.0.0.0 ~ 239.255.255.255)

• 멀티캐스트에 의해 사용되며, 일반 장치에 할당되어 사용할 수 없음

 

 

E Class (240.0.0.0 ~ 255.255.255.255)

• 연구 등의 용도로 예약이 되어 있는 주소이며, 일반 장치에 할당되어 사용할 수 없음

 

 

IPv4 주소의 분류

 

IPv4 주소의 분류 예시 (Network 주소와 Broadcast 주소 계산 방법)

• 호스트 필드를 모두 0으로 채우면 Network ID, 모두 1로 채우면 Broadcast 주소가 됨
• Network 주소(ID) : 하나의 라우터 아래 동일한 물리적 네트워크에 존재함. 해당하는 네트워크를 총괄하여 나타냄
• Broadcast 주소 : 단일 호스트 대신 특정 서브넷 네트워크의 모든 시스템을 대상으로 하는 IP 주소
• Network ID와 Broadcast 주소는 IP주소로 사용할 수 없음. 즉, 장치들에 주소 할당 불가능
  
  • 예시로 위 사진을 보면, IP 주소가 주어진 경우 그 IP 주소에 해당되는 네트워크 ID와 Broadcast 주소가 나오고, 그 두 IP 주소를 제외한 사용가능한 IP 주소 대역도 계산되는 것을 볼 수 있음

 

IPv4 주소 분류 예시 (직접 채워보기)

• 위에서 배운 개념을 토대로 호스트 주소가 주어졌을 때 해당하는 Class, 네트워크 ID와 브로드캐스트 주소를 적는 예시를 풀어봄

 

서브넷팅

• 서브넷팅은 IP 주소가 한정되어 있으므로 배정받은 네트워크 주소를 다시 여러 작은 네트워크로 나눠, 즉 서브넷 마스크를 변경하여 더 효율적으로 사용하는 방법
• 서브넷팅을 하는 이유는 IP 주소의 낭비 없이 주소 배분을 효율적으로 하기 위해서 사용
• A, B, C 클래스의 Default Subnet을 사용하지 않고, 토폴로지 구성 상황 등에 따라 적절하게 IP 주소를 배분함

서브넷팅을 하지 않은 경우의 예시 (IP 주소를 비효율적으로 너무 많이 쓰게 되어 낭비됨. 이를 방지하기 위해 서브넷팅을 함)

 

기본적인 서브넷팅 계산법

1. 먼저, 라우터를 기준으로 구역을 나눈 뒤, 각 구역에서 필요한 IP 주소 개수를 셈
2. 호스트 비트의 일부를 서브넷 비트로 지정하여 주소를 나눔
3. "2^n >= 장치 할당 IP 개수 + 2" 공식으로 계산함 (2개의 주소는 네트워크 주소와 브로드캐스트 주소)
4. 서브넷팅된 각 구역의 할당 가능 대역, 네트워크 ID와 브로드캐스트 주소 확인

 

기본적인 서브넷팅 계산법 적용 예시

계산법 1과 2번 과정

 

계산법 3번 과정 (1,2번과 동일한 예시)

계산법 4번 과정(1,2,3 번과 동일한 예시)

 

서브넷 계산 정리 표 (C Class에 해당)

• 회사에서는 엑셀이나 서브넷을 해주는 프로그램(서브넷 계산기)를 사용
• C Class의 경우는 위와 같은 표로 간단하게 서브넷팅 가능
• 적용 예시) 문제 : 장치에 할당된 최대 장치의 수가 10개일 경우, 203.230.7.0/24 주소를 서브넷팅 하시오.
  • 풀이 과정 :
    • 1. 최대 장치가 10개이므로 2^n >= (10 + 2) 에서 n에 해당되는 수는 4라서 n = 4이고 2^n = 16이 나옴.
    • 2. 그러므로 호스트 개수는 16개, 비트는 28, 서브넷 마스크는 240가 됨. 그래서 총 IP 주소를 16개씩 나누어주는 것.
    • 3. 그 예시로 서브넷팅한 마지막 구간은 203.230.7.240/28 ~ 203.230.7.255가 될 것이며 이 구간의 Network ID는 203.230.7.240/28, Broadcast 주소는203.230.7.255/28이 됨. 그러므로 해당 구역에서 장치 할당 가능 주소는 203.230.7.241 ~ 203.240.7.254가 될 것임
    • 4. (추가 설명) 203.230.7.__에서 __이 16으로 나누어 떨어지거나 16으로 나누었을 때 나머지가 15인 경우는 Network ID 또는 Broadcast 주소이며 장치에 할당이 불가능. 이외에는 모두 장치 할당 가능하며 IP 주소를 16개씩 끊어 서브넷팅되어 구간이 나눠짐 (이처럼 서브넷팅 하여 다른 구간도 같은 방식으로 구할 수 있음)

 

VLSM(Variable Length Subnet Mask)

• 서브넷이 완료된 주소를 다시 서브넷 하는 것

적용 예시 문제

• 적용 예시) 문제 : 200.200.200.0/24 주소를 서브넷(VLSM 포함)하여 장치에 IP 주소를 할당 하시오. 
  • 풀이 과정 : (더욱 자세한 설명을 밑 사진을 참고)  
    • 1. 호스트에 6개의 IP를 필요로 하는 구간이 가장 큼. 그러므로 6+ 2인 8개를 기반으로 서브넷함 
    • 2. 2^n >= 8이므로 n = 3, 2^n = 8이 됨. 그리고 32 - 3 = 29이므로 29 비트인 것을 알 수 있음 → 29 bit 서브넷팅
    • 3. (VLSM, 다시 서브넷팅 진행) 다음 조건이 2개의 IP 주소를 필요로 하는 구간이므로, 8개 기반 서브넷팅에서 다시 4개 기반으로 서브넷팅 → 29 bit 서브넷을 다시 30 bit 서브넷팅

적용 예시 1,2번 풀이 과정

적용 예시 3번 풀이 과정

 

또 다른 VLSM 예시

서브넷팅 및 VLSM 두 번째 예시