[Network] IP 주소 체계의 과거와 현재

이전에 다뤘던 TCP/IP 프로토콜 스택 관련 글에서 IP 주소에 대해 다음과 같은 특징이 있다고 했었다.

 

TCP/IP 의 Network Layer (OSI 3계층) 에서는 데이터 Segment 에 발신지와 목적지의 IP 주소를 추가하여 패킷을 구성한다. 
IP 는 컴퓨터마다 갖는 고유한 주소값이며, "논리적인 주소" 로 불리기도 한다.
IP 주소는 네트워크의 주소와 호스트의 주소로 구성되어 있다.

 

이번 글에서는 IP 주소의 구체적인 체계와 변화를 알아보고자 한다. 

 

 

✨  IP 주소, 과거의 체계

흔히 사용되는 IP 주소는 32비트인 IPv4 주소이다. IP에는 v4, v6 두 개의 체계가 존재하는데 IPv6가 조금 더 최근에 나온 개념으로, IPv4 체계의 한계를 보완해준다. (IPv6는 128비트이다) 

 

 

📌  IPv4 체계의 특징

- 10진수로 표기한다.

- 8비트 단위로 구성되어 있으며, 8비트 === 1옥텟 (Octet) 이다. 

- 각 옥텟은 "." 으로 구분된다. 

 

 

앞서 IP 주소는 네트워크 주소와 호스트 주소로 나뉜다고 했었다. 네트워크 주소란 호스트들을 모아놓은 네트워크를 지칭하는 주소이며, 네트워크 주소가 동일한 네트워크는 곧 로컬 네트워크이다. 또한, 호스트 주소는 네트워크에 연결된 컴퓨터나, 이와 비슷한 장치의 주소이다. 그렇다면 하나의 IP 주소 안에서 이 둘을 어떻게 구분할까? 

 

먼저 알아두어야 할 점은, 네트워크 주소와 호스트 주소를 구분하는 경계점이 고정되어 있지 않다는 사실이다. IP 주소 체계에는 "클래스(Class)" 라는 개념이 존재하는데, 이 클래스를 기준으로 네트워크와 호스트를 구분할 수 있다.

 

 

📌  IP체계의 클래스란?

- 네트워크 크기의 단위이며, 필요한 호스트 IP 개수에 따라 크기가 달라진다. 

- 크기에 따라 A, B, C 로 나뉜다.

 

 

📌  A 클래스: 

- 약 256개의 네트워크를 가진다.

- 약 1,600만 개의 IP 주소(호스트)를 가진다.

- 네트워크가 첫 번째 옥텟에 위치한다.

- 맨 앞 옥텟의 주소가 0 ~ 127의 범위이다. (2진수 8자리 중 맨 앞 자리가 0) 

- 총 IP 주소 범위: 1.0.0.0~126.255.255.255 (로컬호스트 전까지) 

 

📌  B 클래스:

- 약 65,000 개의 네트워크를 가진다.

- 약 65,000 개의 IP 주소를 가진다.

- 네트워크가 두 번째 옥텟에 위치한다.

- 맨 앞 옥텟의 주소가 128 ~ 191의 범위이다. (2진수 8자리가 10으로 시작)

- 총 IP 주소 범위: 128.0.0.0 ~ 191.0.0.0

 

📌  C 클래스: 

- 약 1,600만 개의 네트워크를 가진다. 

- 약 250개의 IP 주소를 가진다. 

- 네트워크가 세 번째 옥텟에 위치한다.

- 맨 앞 옥텟의 주소가 192 ~ 223의 범위이다. (2진수 8자리가 110으로 시작)

- 총 IP 주소 범위: 192.0.0.0 ~ 223.0.0.0

 

 

이러한 클래스 기반의 IP 주소 체계를 클래스풀 (Classful) 이라고 칭한다. 만약 IP 주소가 클래스 구분 없이 고정되어 있다면, 네트워크가 가질 수 있는 호스트 IP 숫자가 모두 같을 것이다. 그렇다면 기업이나 개인 네트워크 등 필요한 호스트 수가 달라짐에 따라 유동적으로 네트워크 크기를 조절하는 게 불가능하다. 하지만 클래스 개념을 도입함으로써 주소를 효율적으로 할당하고 사용할 수 있게 된다. 확장성과 주소 낭비 방지를 동시에 고려한 체계이다. 

 

 

❗ 그러나 클래스풀 체계는 과거에 사용했던 개념으로, 현재는 클래스 기반으로 네트워크를 분할하지 않는다. 

인터넷이 보편화되어 호스트 수가 증가함에 따라, 클래스풀 체계만으로는 모든 IP 주소의 요구를 감당할 수 없게 되었다. IPv4 체계가 할당할 수 있는 IP 주소의 개수는 약 43억 개인데, 모든 주소를 다 활용할 수 있지 않을 뿐더러 인터넷을 사용하는 호스트가 이보다 훨씬 많아지게 되었다. 

 

이러한 문제를 해결하기 위한 3개의 방편이 등장하게 되는데 각각,

 

1) 클래스리스 IP 주소 체계 (단기 대책)

2) 사설 IP 주소와 NAT (중기 대책)

3) IPv6 체계 도입 (장기 대책)

 

이다. 대책별로 조금씩 더 구체적으로 살펴보자. 

 

 

✨  클래스리스 IP 주소 체계

클래스풀 체계가 자원 낭비를 막아준다는 장점은 있지만, 완벽하게 막아주지는 않는다는 단점도 있다. 가령, A 클래스를 할당받은 기업이 모든 IP 주소를 사용하지 않게 되는 경우가 잦았는데, 이러한 상황이 발생해도 남는 주소를 다른 기관이 사용할 수 있도록 할 수 없었다. 이를 해결하기 위해 클래스 개념 자체를 버리게 되며, 현재의 주소 체계는 클래스 개념이 적용되지 않은 클래스리스 체계이다. 

 

클래스리스에서는 네트워크와 호스트를 구분하는 별도의 구분자를 사용하는데, 이를 "서브넷 마스크" 라고 칭한다. 

 

📌  서브넷 마스크란?

- IP (호스트) 주소와 네트워크 주소를 구분하기 위해 사용하는 구분자이다.

- 2진수 숫자 1은 네트워크 주소, 0은 호스트 주소로 표시한다.

- 기본적으로는 10진수로 표시하기도 한다. (255 - 네트워크와 0 - 호스트로 구성) 

 

 

위 그림은 기본 서브넷 마스크를 보여주고 있다. 만약 103.9.32.146 IP 주소에 클래스 C 기본 서브넷 마스크를 사용한다면, 네트워크 주소는 103.9.32.0이 되고, 호스트 주소는 0.0.0.146이 된다. 

 

클래스리스에서는 서브네팅(Subnetting) 을 통해 부여된 주소를 잘라 네트워크를 더 쪼개 사용하는 것도 가능하다. 옥텟 단위가 아닌 2진수 단위로 쪼갤 수도 있으며, IP 주소와 서브넷 마스크 간의 이진법 & 연산을 통해 네트워크 주소를 얻을 수 있다. 

 

✨  사설 IP 주소와 NAT

두 번째 대책인 사설 IP 주소와 NAT 에 대해 알아보려면 공인 IP 와 사설 IP 의 개념을 이해해야 한다. 

 

공인 IP 는 위에서 다룬 IP 개념과 동일하며, 공인 기관으로부터 직접 할당받아야 한다는 추가 특징이 있다. 사설 IP 는 내부 네트워크 (로컬호스트 등)에서만 사용되는 주소이다. 따라서 원래는 사설 IP에서 인터넷을 사용할 수 없지만, NAT(Network Address Translation), 즉 네트워크 주소 변환 기술을 사용함으로써 공인 IP 부여 없이도 인터넷을 사용할 수 있게 된다. 대표적인 NAT 장비의 예시로는 공유기가 있다. 

 

사설 IP 를 부여할 때도 인터넷 어느 구간에도 사용되지 않는 (공인) IP를 사용해야 하므로, 사용 가능한 사설 IP 대역은 RFC (인터넷 표준과 관련된 문서) 에 등록되어 있다. 사설 IP 는 NAT 를 거쳐 공인 IP 로 변환된 뒤에, 인터넷에 접근할 수 있게 된다. 

 

 

✨  IPv6 체계 도입 

IPv6은 기존의 IPv4주소 체계를 128비트 크기로 확장한 체계이다. IPv6 의 몇 가지 주요 특징은,

 

- 16비트 단위로 나누어진다.

- 각 16비트 블록은 다시 4자리 16진수로 변환된다.

- 각 블록은 콜론으로 구분된다.

- 총 172(43억*4)억개의 IP 주소를 할당할 수 있다. 

 

 

보이다시피 IPv4 주소 체계에서는 43억개의 IP 주소만을 할당할 수 있었던 것에 비해, IPv6 주소 체계에서는 그의 4배에 달하는 IP 주소를 할당할 수 있으므로, IPv4 체계의 주소 부족 문제를 가장 장기적으로 해결할 수 있다. 

 

 

 

✨ 참고자료

• IT 엔지니어를 위한 네트워크 입문 (길벗) 
• IPv6주소란?