IP주소, 클래스, 서브넷 마스크

1. IP주소

1.1. IP주소의 구성

IP주소(Internet Protocol Address)란 컴퓨터 네트워크에서 기기를 식별하는 데 사용되는 고유한 주소이다.
 

IPv4와 IPv6

현재 주로 사용하는 IP 주소 체계인 IPv4는 32비트로 구성되며 약 42억 개의 IP주소를 표현할 수 있지만 시간이 지남에 따라 인터넷 장치가 증가하면서 주소 부족의 문제로 IPv6이 등장하게 되었다.
IPv6은 128비트로 구성되며 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334와 같은 형식이다. 3.4×10^38 개의 고유한 주소를 표현할 수 있다.
 

공인 IP 주소와 사설 IP 주소

공인 IP주소는 ISP가 제공하며, 사설 IP주소는 인터넷에서 사용하지 않는 주소이다.
공인 IP주소는 이미 고갈되었기 때문에 인터넷에 직접 연결되는 컴퓨터나 라우터에만 공인 IP주소를 할당하고, 집이나 회사의 LAN에 연결된 컴퓨터에는 라우터의DHCP 기능을 통해 사설 IP주소를 자동으로 할당해주고 있다.

 
 

네트워크 ID와 호스트 ID

IP주소는 네트워크 ID와 호스트 ID로 구성되어 있다.
네트워크 ID는 기기가 속한 네트워크를 식별한다. 예를 들어 각 국가의 네트워크 ID를 부여하고 네트워크 ID가 같으면 같은 국가임을 알 수 있다.
호스트 ID는 해당 네트워크 내의 특정 기기를 식별한다. 위에서 부여한 국가의 네트워크에서 각 국민에게 호스트 ID를 부여한 것이다.
이로 인해 네트워크와 호스트 간의 통신이 원활하게 이루어질 수 있다.
 
우리가 일반적으로 보는 IP주소는 네트워크 ID와 호스트 ID가 합쳐진 것이다.
 

1.2. IP주소의 클래스

IP주소를 효율적으로 사용하기 위해 각 클래스로 나누어 네트워크를 관리한다.
 
클래스는 목적에 따라 A, B, C, D, E로 나뉘는데, 일반적으로는 A~C 클래스를 사용하고 D, E 클래스는 특수한 용도로 사용된다.
 

각각 1옥텟(1바이트), 2옥텟, 3옥텟을 네트워크 ID로 갖는다.
호스트의 개수를 보면 알겠지만, A클래스는 대규모 네트워크에 적합하고, B클래스는 중간 규모 네트워크, C클래스는 소규모 네트워크에 주로 사용된다.
클래스 D는 멀티캐스트에 사용되며, 클래스 E는 실험용으로 예약되어 있다.
 
 
각 클래스는 시작 비트에 따라 구분된다.

A클래스 특징

- 첫 8bit가 네트워크 ID이고 나머지 24bit가 호스트 ID이다.
- 첫 번재 옥텟의 첫 번째 비트는 0으로 고정된다.
- IP주소에서 첫 옥텟이 0과 127로 시작하는 주소는 예약되어있기 때문에 A클래스에서는 1~126 사이의 숫자만 사용이 가능하다.
- 대규모 네트워크에 적합하다.
※ 0.0.0.0은 미지정 주소로 모든 인터넷 네트워크로 향하는 것을 의미하고, 127.0.0.0은 루프백 주소이다.
 

B클래스 특징

- 첫 16bit가 네트워크 ID이고 나머지 16bit가 호스트 ID이다.
- 첫 번재 옥텟의 두 비트는 10으로 고정된다.
- B클래스의 범위는 첫 옥텟이 128 ~ 191 사이의 숫자이다.
- 중규모 네트워크에 적합하다.
 

C클래스 특징

- 첫 24bit가 네트워크 ID이고 나머지 8bit가 호스트 ID이다.
- 첫 번재 옥텟의 세 비트는 110으로 고정된다.
- C클래스의 범위는 첫 옥텟이 192 ~ 223 사이의 숫자이다.
- 소규모 네트워크에 적합하다.
 

D클래스 특징

- 멀티캐스트용 대역으로 IP주소에 할당되지 않는다.
- 첫 번재 옥텟의 네 비트는 1110으로 고정된다.
- D클래스가 표현 가능한 범위는 224.0.0.0 ~ 239.255.255.255이다.
 

E클래스 특징

- 연구용으로 예약된 주소 대역으로 IP주소에 할당되지 않는다.
- 첫 번재 옥텟의 네 비트는 1111으로 고정된다.
- E클래스가 표현 가능한 범위는 240.0.0.0 ~ 255.255.255.255이다.
 
 
앞서 언급한 사설 IP는 각 클래스별로 미리 지정되어 있다.

 

1.3. 네트워크 주소, 브로드캐스트 주소

IP주소에는 컴퓨터가 자신의 IP로 설정할 수 없는 두 가지 주소가 있다.
 

 
네트워크 주소는 해당 네트워크의 고유한 아이디로 하나의 네트워크가 시작하는 주소이다.
호스트 ID가 모두 0(2진수로 00000000)이다.
 
브로드캐스트 주소는 네트워크 내 모든 호스트에 메시지를 전송하기 위한 주소이다.
호스트 ID가 모두 1(2진수로 11111111, 10진수로 255)이다.
예를 들어, 192.168.1.0은 네트워크 주소이고, 192.168.1.255는 브로드캐스트 주소이다.
이 두 주소는 네트워크 통신에서 하나의 네트워크를 대표하거나 데이터를 전달하기 위해 예약된 주소이기 때문에 PC에서 사용할 수 없다.
 

2. 서브넷 마스크

2.1. 서브넷

IP 클래스를 나누어 할당하는 것의 비효율성을 해결하기 위해 하나의 네트워크를 더 작은 네트워크로 나누어 관리하는 기술이다.

위 사진과 같이 서브넷 마스크를 통해 서브네팅을 하여 네트워크의 범위를 설정할 수 있다.
 

2.2. 서브넷 마스크

서브넷 마스크는 IP주소와 함께 사용되어 네트워크 부분과 호스트 부분을 구분하는 데 사용한다.
IP주소와 같이 32비트의 이진수로 표현되며 연속된 1과 0으로 구성된다.
예를 들어 11111100은 가능하지만 10011001과 같이 섞여서 표현할 수 없다.
 

옥텟이 255면 네트워크 ID이므로 아주 간단하게 IP클래스를 확인할 수 있다.
ex) 255.255.255.0이면 네트워크 아이디가 3옥텟이므로 C클래스임을 알 수 있다.
 

prefix 표현

서브넷 마스크는 < /비트수 > 로 나타내는 prefix 표기법을 사용할 수 있다.
예를 들어, 255.255.255.0은 1의 개수가 24개라는 뜻에서 /24라고 표현한다.
 
이렇게 표현하면 IP주소를 입력할 때 192.168.11.10 255.255.255.0을 192.168.11.10/24로 간단하게 표현할 수 있다.
 
 
 

2.3. 서브넷 마스크 계산법

필요에 따라 주소 범위를 나누어 서브넷팅을 할 수 있다.
호스트ID를 보고 할당 가능한 호스트의 갯수를 쪼개면 된다.

사진과 같이 256개의 호스트를 각각 2등분, 4등분하면 128개와 64개로 쪼개진다. 하나의 네트워크 범위는 네트워크 주소와 브로드캐스트 주소를 가지므로 사진의 오른쪽처럼 IP주소가 구성된다.
 
 
 
아래 정보처리기사 문제를 통해 서브넷 마스크를 계산해보자.

 
우선 네트워크가 192.168.10.0/24이므로 C클래스에 속할 것이다.
그러면 할당 가능한 호스트의 개수는 0~255개이고, FLSM 방식을 이용하여 4개의 Subnet으로 나누기 때문에 동일한 크기의 64bit로 서브넷을 구분하면 된다.
 
※FLSM 방식
고정 길이 서브넷 마스크를 사용하는 방식으로, 각 서브넷의 크기와 호스트 수가 동일하다.
 
이에 따라 서브넷은 0 ~ 63 / 64 ~ 127 / 128 ~ 191 / 192 ~ 255로 동일하게 쪼갤 수 있다.
이 중 네 번째 네트워크인 192 ~ 255에서 사용할 수 있는 6번째 IP는 네트워크 주소로 사용될 192.168.10.192를 제외하면 192.168.1.198이다.
따라서 정답은 192.168.1.198이다.
 
 
참고로 IP주소와 서브넷을 &연산함으로써 네트워크 주소를 구할 수 있다.

 
 
 
 
 

참고 자료

https://www.youtube.com/watch?v=ZBGna6KPZ3k
https://inpa.tistory.com/entry/WEB-IP-%ED%81%B4%EB%9E%98%EC%8A%A4-%EC%84%9C%EB%B8%8C%EB%84%B7-%EB%A7%88%EC%8A%A4%ED%81%AC-%EC%84%9C%EB%B8%8C%EB%84%B7%ED%8C%85-%EC%B4%9D%EC%A0%95%EB%A6%AC#%EC%95%84%EC%9D%B4%ED%94%BCip_%EC%A0%95%EB%A6%AC
https://yohanpro.com/posts/%EB%84%A4%ED%8A%B8%EC%9B%8C%ED%81%AC-IP%EC%A3%BC%EC%86%8C%EC%9D%98%20%EA%B5%AC%EC%A1%B0/
한빛아카데미 네트워크 개론(진혜진 지음)