네트워크 계층이 왜 필요한데?

데이터 링크 계층에서는 같은 네트워크에서 데이터를 보낼 수 있고 다른 인터넷이나 네트워크에는 데이터를 전송하기 어렵다.
즉, 네트워크 계층은 네트워크 간의 통신을 가능하게 하는 것이 네트워크 계층의 역할이다. 이 계층을 통해 다른 네트워크로 데이터를 전송하려면 라우터가 필요하다.

IP 주소와 MAC 주소 차이

MAC 주소는 랜에서 통신가능한 주소이고, 다른 네트워크에서 통신가능한 주소가 IP 주소이다.
밑의 사진처럼 어떤 네트워크의 어떤 컴퓨터인지 구분할 수 있게 해준다.

ip주소 definition

IP 패킷

네트워크 계층에서는 캡슐화할 때 IP 헤더를 붙인다. IP 헤더에는 많은 종류가 있지만 지금은 TTL, 출발지 IP 주소, 목저지 IP 주소가 있다는 것만 알아두자.
네트워크 계층에서 데이터에 IP 헤더가 붙어 만들어진 것은 IP패킷이라고 한다.(참고, 데이터 링크 계층에서는 프레임이라고 불렀다.)

라우터

라우터는 아래의 사진과 같이 네트워크를 분리할 수 있으며 다른 네트워크와 통신을 위해 사용되는 네트워크 장비이다.

라우터

스위치, 허브는 라우터 처럼 네트워크를 분리할 수 없다.

라우터

네트워크 주소와 브로드캐스트 주소

호스트 ID(호스트 주소)가 10진수로 0, 2진수로 00000000
네트워크 ID가 10진수로 255, 진수로 11111111인 주소이다.

network address, broadcast address1

네트워크 주소 는 전체 네트워크의 대표 주소이고 브로드캐스트 주소는 네트워크에 있는 컴퓨터나 장비 모두에게 한 번에 데이터를 전송하는 데 사용되는 전용 IP 주소이다.

network address, broadcast address2

네트워크를 전체 대표하는 주소이기도 하지만 전체 네트워크내에서 작은 네트워크를 식별하는데 사용된다.

network address, broadcast address3

192.168.1.255인 브로드캐스트 주소로 데이터를 전송할 경우 192.168.1.0 네트워크 주소내에 있는 모든 컴퓨터에게 데이터가 전송된다.



네트워크 주소와 브로드캐스트 주소는 컴퓨터나 라우터가 자신의 IP 주소로 설정하면 안된다.

서브넷

IP 주소는 A 클래스, B 클래스, C 클래스 나눠져있다.
A 클래스는 네트워크 ID가 8비트에 호스트ID가 24비트고, B 클래스는 네트워크 ID가 16비트에 호스트ID가 16비트고, C 클래스는 네트워크 ID가 24비트에 호스트ID가 8비트이다.

서브넷이 필요한 이유
A 클래스 네트워크는 호스트ID가 24비트여서 IP 주소를 1677만 7214개 사용할 수 있다. 이 떄 이 수많은 컴퓨터들이 브로드캐스트 패킷을 보내면 모든 컴퓨터에 패킷이 전송되고 네트워크가 혼잡해질 수 있다.

subneting

이처럼 네트워크를 분할하는 것을 서브넷팅(subneting), 분할된 네트워크를 서브넷(subnet)이라고 한다.

기존의 네트워크ID와 호스트ID로 구성되어 있던 것이. 네트워크ID, 서브넷ID, 호스트ID로 나누어지게 된다.

subnet IP composition

서브넷 마스크

IP 주소를 서브넷팅하면 어디까지가 네트워크ID이고 어디부터가 호스트ID인지 판단하기 어려울 때가 있다. 그럴 때는 서브넷 마스크라는 값을 활용한다.

서브넷 마스크는 네트워크ID와 호스트ID를 식별하기 위한 값

  • 프리픽스(prefix) 표기법
    서브넷 마스크를 슬래시(/비트 수)로 나타낸 것을 말한다.
    ex) 255.255.255.0은 /24
    255.255.255.255.240은 /38
    255.255.255.255.252은 /30
    즉, 프리픽스 표기법은 네트워크ID와 서브넷ID를 합친 비트 수이다.
subnet IP composition


아래의 사진은 네트워크ID 24비트, 호스트ID 8비트를 가진 C클래스를 서브넷팅 하는 과정이다. 네트워크ID가 24비트이지만, 네트워크ID를 28비트로 변경하면 4비트를 호스트ID에서 빌리게 되는거다. 즉, 네트워크ID 24비트, 서브넷ID 4비트, 호스트ID 4비트가 된다.
아래의 사진에 255.255.255.240에서 프리픽스 표기법으로 나타내면 /28이된다.

subnet IP composition


다른 네트워크 컴퓨터와 통신 과정

라우터

컴퓨터 1이 컴퓨터 6에 데이터를 전송하는 상황이다. 이 과정속에서 컴퓨터 1은 라우터의 IP 주소를 설정해야 한다. 이것은 네트워크 출입구를 설정하는 기본 게이트 웨이 라고 한다.

  • 라우터의 IP 주소를 지정하는 이유? 컴퓨터 1은 다른 네트워크로 데이터를 전송할 때 어디로 전송해야 하는지 알지 못한다. 일단 게이트웨이를 지정하고 라우터로 데이터를 보낸다. 라우터에선 라우팅 기능을 통해 컴퓨터 6으로 보낸다.

  • 라우팅이란? 라우팅 은 경로 정보를 기반으로 현재의 네트워크에서 다른 네트워크로 최적의 경로 를 통해 데이터를 전송하는 것.
    이 때 경로 정보가 등록되어 있는 테이블을 라우팅 테이블 이라고 한다.

참고