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IP

1 IPv4​

  • IP는 패킷 헤더의 IP 주소를 기준으로 소스 호스트에서 목적지 호스트로 패킷을 전달하는 작업을 한다

2 IPv4 Address​

  • 컴퓨터 네트워크에서 장치들이 서로를 인식하고 통신을 하기 위해서 사용하는 특수한 번호이다.
  • 네트워크에 연결된 장치가 라우터이든 일반 서버이든, 모든 기계는 이 특수한 번호를 가지고 있어야 한다.
  • 3계층인 Network Layer(OSI Model)에서 쓰이는 주소체계
  • 주소의 범위는 32비트
  • IPv4의 주소체계는 총 12자리이며 네 부분으로 나뉜다.
    • 각 부분은 0~255까지 3자리의 수로 표현된다
    • 이 표현 방식을 dotted-decimal format이라 한다.
    • 예) 192.0.2.1

2.1 Subnet Mask(부분망)​

  • IPv4 주소의 고갈 문제를 해결하기 위한 단기 대책으로 기존 클래스풀의 IPv4 주소 낭비를 해소해준다

Subnet Mask 용도

  • IP 주소의 Network Part와 Host Part를 구분하기 위해 사용된다.
  • 두개의 장치가 같은 서브넷에 있는지 아닌지 판별하기 위해 사용된다.
    • 네트워크 접두사를 비교해 같으면 Local Subnet(같은 서브넷)이고 다르면 Remote Network(다른 서브넷)이라고 한다

Local Subnet

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  • 네트워크 접두사를 비교해 같으면 Local Subnet이며 로컬 네트워크 통신으로 노드간 통신이 가능하다
  • 로컬 네트워크(같은 서브넷)에서는 ARP를 이용해 도착지 MAC주소를 학습하여 직접 통신할 수 있다
  • 로컬 네트워크 통신이란 두 노드의 중간 노드가 2계층 까지 개입하는 것을 말한다
  • 로컬 네트워크워크 안에서만 통신이 가능해 default gateway가 필요없다.

Remote Network

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  • 네트워크 접두사를 비교해 다르면 Remote Network이며 원격지 네트워크 통신이 필요하다
  • 로컬 네트워크(같은 서브넷)에서는 ARP를 이용해 도착지 MAC주소를 학습하여 직접 통신할 수 있지만 ARP 브로드캐스팅은 다른 서브넷까지 전달되지 않기 때문에 게이트웨이의 도움이 필요하다
  • 위 그림에서 중간 노드가 게이트웨이 기능을 한다

네트워크 접두사 결정

이진 형태닷 데시멀 노테이션
IP 주소11000000.10101000.00000101.10000010192.168.5.130
서브넷 마스크11111111.11111111.11111111.00000000255.255.255.0
네트워크 접두사11000000.10101000.00000101.00000000192.168.5.0
호스트 부분00000000.00000000.00000000.100000100.0.0.130

2.2 게이트웨이​

  • 다른 서브넷으로 패킷을 전달해야 할 경우 해당 패킷은 게이트웨이으로 전달된다
    • 서브넷 마스크를 통해 같은 서브넷인지 아닌지 알 수 있다
    • 같은 서브넷이라면 게이트웨이를 통해 밖으로 나가지 않고 통신이 가능하다
    • 로컬 네트워크(같은 서브넷)에서는 ARP를 이용해 도착지 MAC주소를 학습하여 직접 통신할 수 있지만 ARP 브로드캐스팅은 다른 서브넷까지 전달되지 않기 때문에 게이트웨이의 도움이 필요하다
  • 일반적으로 게이트웨이의 호스트 부분 주소는 가장 작은 수로 설정
    • 예) 192.168.0.1

2.3 Private and Public IP addresses​

  • 인터넷에 접속하려면 Public IP 주소가 필요하고 이 주소는 전세계에서 유일해야 하는 식별자다
  • 하지만 인터넷에 연결하지 않고 개인적으로 네트워크를 구성한다면 Public IP 주소를 할당받지 않고 네트워크를 구축할 수 있다
  • 이때 사용하는 IP 주소를 Private IP address라고 한다
    • NAT 기술을 사용해 인터넷에 접속할 경우 Private IP 주소를 Public IP 주소로 변경한 후 인터넷에 접속한다
    • 가정에서는 공유기 NAT 기능을 제공한다
    • Network-Devices.md(NAT 참고)

등장 배경

  • IPv4 주소의 고갈 문제를 해결하기 위한 중기 대책으로 NAT와 함께 사용해 외부에 공개해야 하는 서비스에 대해서만 Public IP 주소를 할당하고 외부에 공개할 필요가 없는 일반 사용자의 PC나 단말은 Private IP 주소를 사용해 꼭 필요한 곳에만 효율적으로 Public IP 주소를 사용할 수 있도록 했다

사설 IP 주소 대역

  • 10.0.0.0 ~ 10.255.255.255
  • 172.16.0.0 ~ 172.31.255.255
  • 192.168.0.0 ~ 192.168.255.255

2.4 특수한 주소​

0.0.0.0

127.0.0.1

  • 호스트 자신을 가리키는 주소

3 Packet structure​

  • IP는 Packet을 source 호스트에서 destination 호스트로 전달하는 기능을 한다
  • Packet은 헤더와 페이로드로 구성된다
    • checksum이나 footer를 가지고 있지 않다

3.1 Header​

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  • 14개의 필드로 구성되어 있다

Version

  • IP의 버전을 나타냄
  • 본래 버전 업이 되면 Version 필드만 수정해 패킷 구조를 동일하게 가져가는 것이 목표였으나 IPv6는 패킷 구조가 달라졌다

IHL

  • 헤더의 길이를 나타냄
    • 헤더의 총 바이트를 4로 나눈 값
  • 헤더의 총 바이트는 최소 20바이트 옵션이 붙으면 최대 60바이트

Total Length

  • 헤더와 페이로드를 합친 총 길이를 나타냄

Identification

  • datagram을 식별하기 위한 ID
  • 큰 datagram을 한번에 전송하지 못하기 때문에 여러 조각(Fragment)으로 나누고 패킷에 담아 전송하게 되는데 받는 쪽에서 여러 조각을 다시 큰 datagram으로 합성하기 위해 사용되는 ID

Flags

  • 마지막 비트
    • 0 : 마지막 Fragment를 의미
    • 1 중간 Fragment를 의미

Fragment Offset

  • Fragment의 순서를 의미한다
  • IP에서는 발신자가 패킷을 순서대로 보내지만 수신자가 같은 순서로 받는다는 보장이 없다
  • 따라서 Fragment를 조합해 원래 datagram을 만들기 위해서는 Fragment 원래 순서가 필요하다

TTL

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  • Time To Live

  • 패킷이 하나의 홉을 지날 때 마다 1씩 감소한다

  • TTL이 0 인 패킷을 받은 네트워크 장비는 패킷을 전달하지 않는다

  • TTL을 쓰는 이유

    • 라우팅 과정에서 네트워크 노드끼리 사이클이 발생하면 패킷은 사이클에서 빠져나가지 못한다.
    • TTL이 없다면 사이클에는 패킷들이 계속해서 쌓일 수 있다

Protocol

  • Encapsulation한 페이로드의 프로토콜을 나타낸다
  • ICMP, TCP, UDP가 가능하다
    • ICMP: 0x01 으로 설정
    • TCP: 0x06 으로 설정
    • UDP: 0x11으로 설정

Header Checksum

  • header의 error-checking을 위해 사용된다
  • 라우터가 패킷을 받게 되면 Checksum을 계산하고 계산된 Checksum이 Header Checksum 필드와 같은지 비교한다
  • 만약 다르다면 라우터는 해당 패킷을 버린다

Source address

  • packet 발송자의 IPv4 address
  • NAT로 인해 전달 중 Source address가 바뀔 수 있다

Destination address

  • packet 목적지의 IPv4 address