서브넷 마스크(Subnet Mask)와 IPv4 주소

MOC

1.  서브넷 마스크와 IPv4 주소 (SubnetMask & IPv4 addresses)
1.1 IPv4 주소란
1.2 서브넷 마스크란
1.3 서브넷 마스크를 사용하는 이유

2. 서브넷팅 기본 개념 (Subnetting)
2.1 IP주소의 이진 표현(Binary Representation)
2.2 서브넷팅 개념과 표기법

3. 서브넷 마스크 클래스 (Subnet Mask Class)
3.1 클래스풀 서브넷팅(Classfull subnetting)
3.2 클래스리스 인터넷 도메인 라우팅(CIDR)

4. 고급 서브넷팅 주제
4.1 서브넷팅과 라우팅 프로토콜
4.1.1 내부 게이트웨이 프로토콜(IGP)을 이용한 서브넷팅
4.1.2 외부 게이트웨이 프로토콜(EGP)을 이용한 서브넷팅
4.1.3 서브넷팅과 보더 게이트웨이 프로토콜(BGP)
4.2 가상화 환경에서의 서브넷팅
4.2.1 가상 로컬 네트워크(VLAN)에서의 서브넷팅
4.2.2 가상 사설 네트워크(VPN)에서의 서브넷
4.2.3 클라우드 컴퓨팅에서의 서브넷팅

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1.  서브넷 마스크와 IPv4 주소 (SubnetMask & IPv4 addresses)

1.1 IPv4 주소란

IPv4 주소란 인터넷 프로토콜 버전 4에서 사용되는 주소 체계로, 네트워크에 있는 모든 컴퓨터 또는 기기가 인터넷에 연결될 때 고유하게 할당되는 식별자입니다. 32비트로 구성되어 있으며, 보통 x.x.x.x 형태의 4개 숫자로 표기되고 각 숫자는 0~255 사이의 값을 지닙니다.

1.2 서브넷 마스크란

서브넷 마스크는 IP주소를 네트워크 포션 / 호스트 포션으로 나누는데 사용되는 숫자 조합입니다. 서브넷 마스크는 IP 주소와 같은 길이의 비트로 구성되며, 이진수(Binary)로 표현했을 때 네트워크 포션은 1로, 호스트 포션은 0으로 설정됩니다.

즉, 가령 210.100.100.1의 서브넷 마스크가 255.255.255.0이라면,
255.255.255.0은 1111 1111. 1111 1111. 1111 1111. 0000 0000과 같습니다.

여기서 1인 부분은 네트워크를, 0인 부분은 해당 네트워크 내에 속해있는 호스트를 나타내므로 IP주소와 서브넷 마스크를 논리적 AND 연산 결과 값이 바로 서브넷이 됩니다. 하나의 주소를 서브넷 마스크를 씌워서 작은 네트워크로 만드는 것을 서브넷팅(Subnetting)이라고 합니다.

210.100.100.1	=	1101 0010. 0110 0100. 0110 0100. 0000 0001	=	IP주소
255.255.255.0	=	1111 1111. 1111 1111. 1111 1111. 0000 0000	=	서브넷 마스크
210.100.100.0	=	1101 0010. 0110 0100. 0110 0100. 0000 0000	=	서브넷 (AND 연산 결과)

 

어떠한 IP 주소라도 이진 표현으로 변환 후 AND 연산을 통해 서브넷 마스크를 통과시키게 되면 네트워크 ID와 호스트 ID의 경계를 찾을 수 있습니다.

1.3 서브넷 마스크를 사용하는 이유

하나의 네트워크 안에는 클래스에 따라 수 만개 이상의 호스트가 가지게 되는데, 단일 네트워크의 크기가 너무 큰 경우 특정 기기와의 통신을 시도할 때  브로드캐스트의 영향이 너무 크기 때문에 서브넷 마스크를 사용해 네트워크를 쪼개어 브로드 캐스트 영역을 보다 작은 네트워크(서브넷)으로 나눌 수 있습니다. 이를 통해 작은 그룹으로 네트워크를 조직화하고 관리할 수 있습니다.

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2. 서브넷팅 기본 개념 (Subnetting)

2.1 IP주소의 이진 표현(Binary Representation)

IP 주소를 이진(Binary) 표현을 이해하는 방법은 간단합니다. IPv4 주소는 32비트로 구성되어 있으며, 이를 이진수로 변환하면 0과 1로 이루어진 비트의 시퀀스가 됩니다. 이진 표현에서 각 비트는 해당 위치의 2의 거듭 제곱 값을 나타냅니다.

이를 간단하게 계산하는 방법 우선 Octat chart를 놓고, IPv4 주소 값을 왼쪽에서 오른쪽으로 더해가며 해당 위치 값이 사용되면 1, 그렇지 않으면 0으로 표기하면 됩니다. 아래는 192.168.1.0 십진 주소값을 이진수로 변환하는 과정입니다.

# IPv4 Address example

192.168.1.0

# Octat Chart

128 | 64 | 32 | 16 | 8 | 4 | 2 | 1

# Binary Number

192 	= 128+64+0+0+0+0+0+0 	= 11000000
168 	= 128+0+32+0+8+0+0+0 	= 10101000
1 	= 0+0+0+0+0+0+0+1 	= 00000001
0 	= 0+0+0+0+0+0+0+0 	= 00000000

# Result
192.168.1.0 == 11000000.101010000.00000001.00000000

2.2 서브넷팅 개념과 표기법

일반적인 표기법으로는 CIDR 표기법이 사용되며, IP 주소 뒤에 슬래시와 비트 수를 숫자로 표기합니다. 예를 들어, 192.168.0.0/24와 같이 나타낼 수 있으며, 이 표기법에서 192.168.0.0은 네트워크 ID를 의미하고, /24는 서브넷 마스크의 길이를 나타냅니다. 24비트 서브넷 마스크는 첫 24비트가 네트워크 ID이고 나머지 8비트가 호스트 ID임을 의미합니다.

따라서 192.168.0.0/24는 192.168.0.0부터 192.168.0.255 까지의 IP 주소 범위를 나타냅니다. 여기서 네트워크 ID와 브로드캐스트 주소를 제외하고 실제로 호스트에 할당할 수 있는 IP 주소의 범위는 192.168.0.1 ~ 192.168.0.254가 됩니다.

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3. 서브넷 마스크 클래스 (Subnet Mask Class)

3.1 클래스풀 서브넷팅(Classfull subnetting)

클래스풀 서브넷팅은 이전에 사용되던 방식으로, IP 주소를 기본 클래스에 따라 미리 정의된 서브넷으로 나누는 방법입니다. 예를 들어, Class A,B,C 주소 클래스에는 각각 기본 서브넷 마스크가 할당되어 있으며, 네트워크 크기가 일정하게 결정됩니다.

Class A 주소는 첫 번째 옥텟을 네트워크 ID로 사용하고, 나머지 세 개의 옥텟을 호스트 ID로 사용합니다.
Class B 주소는 첫 번째 2개 옥텟을, Class C 주소는 첫 번째 3개 옥텟을 네트워크 ID로 사용하는 식입니다.

이러한 클래스별 할당 방식은 네트워크 크기를 미리 정의하기 때문에 클래스 간의 호환성이 없어 낭비되는 IP주소가 발생할 수 있습니다.

3.2 클래스리스 인터넷 도메인 라우팅(CIDR)

반면, CIDR은 보다 유연한 방식으로, IP 주소를 임의 길이의 서브넷 마스크를 사용하여 나누는 방법입니다. 필요에 따라 더 작은 서브넷을 생성하거나 더 큰 주소 공간을 할당할 수 있습니다. CIDR은 IP 주소 뒤에 슬래시와 함께 비트 수를 표기하여 네트워크의 크기를 나타냅니다.

3.2.1 가변 길이 서브넷 마스크(VLSM)
3.2.2 슈퍼넷팅
3.3.3 CIDR 표기법으로 서브넷팅 하기

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4. 고급 서브넷팅 주제

4.1 서브넷팅과 라우팅 프로토콜

4.1.1 내부 게이트웨이 프로토콜(IGP)을 이용한 서브넷팅

내부 게이트웨이 프로토콜은 네트워크 내부에서 라우터 간의 통신을 관리하는 프로토콜입니다. IGP를 사용하여 서브넷팅을 구현하면, 네트워크를 더 작은 서브넷으로 나누고 각 서브넷에 대한 라우팅 정보를 효율적으로 교환할 수 있습니다. IGP는 내부 네트워크에서 사용되며, RIP(Routing Information Protocol)와 OSPF(Open Shortest Path First)등이 IGP의 예입니다. 서브넷팅 된 네트워크에서 라우팅 정보를 갱신하고 전달하여 데이터의 효율적 전송과 네트워크 성능 개선에 도움이 됩니다.

4.1.2 외부 게이트웨이 프로토콜(EGP)을 이용한 서브넷팅

외부 게이트웨이 프로토콜은 다른 네트워크와의 연결을 관리하는 프로토콜입니다. EGP를 사용하여 서브넷팅을 구현하면 서로 다른 네트워크 간에 서브넷을 구성하고, 각 네트워크 간 라우팅 정보를 교환할 수 있습니다. EGP는 주로 인터넷과 같이 여러 네트워크가 상호 연결되는 경우에 사용됩니다. 대표적으로는 BGP(Border Gateway Protocol)가 있으며, 서브넷팅된 네트워크를 다른 네트워크와 안정적으로 연결하고 관리할 수 있습니다.

4.1.3 서브넷팅과 보더 게이트웨이 프로토콜(BGP)

Border Gateway Protocol(BGP)은 인터넷에서 데이터를 전송하는 데 가장 적합한 네트워크 경로를 결정하는 프로토콜입니다. 인터넷은 표준화된 프로토콜, 디바이스 및 통신 기술을 통해 서로 연결된 수천 개의 프라이빗, 퍼블릭, 기업 및 정부 네트워크로 구성됩니다. 인터넷을 검색하면 데이터는 목적지에 도달하기 전에 여러 네트워크를 통해 이동합니다. BGP의 역할은 데이터가 이동할 수 있는 모든 경로를 살펴보고 최적의 경로를 선택하는 것입니다. 예를 들어 미국의 사용자가 유럽의 원본 서버로 애플리케이션을 로드하면 BGP가 해당 통신을 빠르고 효율적으로 만듭니다.

4.2 가상화 환경에서의 서브넷팅
4.2.1 가상 로컬 네트워크(VLAN)에서의 서브넷팅

VLAN은 네트워크를 논리적으로 분할하는 기술로, 가상 스위치를 사용하여 여러 개의 독립적인 네트워크 그룹을 생성할 수 있습니다. 각 VLAN은 가상 스위치를 통해 특정 포트 또는 사용자들을 그룹화합니다. VLAN을 사용하여 서브넷팅을 구현하면, 특정 네트워크 그룹에서 트래픽을 분리하고, 보안을 강화하며 네트워크 리소스를 효율적으로 할당할 수 있습니다. VLAN은 물리적인 네트워크 구조를 바꾸지 않고도 네트워크를 유연하게 구성할 수 있는 장점이 있습니다. 예를 들어, 서로 다른 부서나 프로젝트를 가진 사용자들을 동일한 물리 네트워크에 연결하면서도 각각의 VLAN을 통해 분리된 환경을 제공할 수 있습니다.

4.2.2 가상 사설 네트워크(VPN)에서의 서브넷

VPN은 인터넷을 통해 안전한 사설 네트워크를 구축하는 기술입니다. VPN을 사용하여 서브넷팅을 구현하면, 다른 지리적 위치에 있는 사용자들을 동일한 가상 네트워크에 연결할 수 있습니다. VPN은 인터넷을 통해 암호화된 터널을 만들어 사용자 간의 안전한 데이터 전송을 보장합니다. 서브넷팅된 VPN은 조직 내 멤버들이 안전하게 통신하고 리소스에 접근할 수 있도록 지원하며, 특히 원격 작업 환경에서 유용하게 사용됩니다.

4.2.3 클라우드 컴퓨팅에서의 서브넷팅

클라우드 서비스 제공업체는 가상 네트워크를 구성하고, 서브넷을 생성한 뒤 사용자들이 가상 서버와 리소스에 접근할 수 있는 환경을 제공합니다. 서브넷팅된 클라우드 네트워크는 가상 서버 간의 트래픽을 분리하고, 보안을 강화하여 데이터 안정성을 보장합니다. 또한, 서로 다른 클라우드 네트워크 간의 통신을 구성하여 다양한 서비스를 유연하게 연결할 수 있습니다.