Network Layer(2) - 주소할당

IP 주소와 서브넷

IP 주소

IP 주소는 네트워크 인터페이스에 할당된 32비트 식별자. 호스트나 라우터의 각 인터페이스는 고유한 IP 주소를 가진다.

IP 단편화 및 재조립(Fragmentation and Reassembly)

단편화 예제

MTU(Maximum Transfer Unit) 크기를 초과하는 큰 IP 데이터그램은 네트워크 내에서 여러 개의 작은 데이터그램으로 분할된다. 목적지에서 해당 데이터그램은 재조립되어 원래의 큰 데이터그램이 된다.

 

위 그림의 예제는 꼭 계산할 줄 알아야함 - 패킷 길이

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DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) 

DHCP 패킷 형식

DHCP는 호스트가 네트워크에 접속할 때 동적으로 IP 주소를 할당하는 프로토콜. DHCP는 IP 주소뿐만 아니라 라우터의 IP 주소와 DNS 서버의 IP 주소도 함께 제공.

5.6.1 DHCP의 작동 과정 -DORA

1. DHCP Discover: 호스트가 네트워크에 접속하면서 IP 주소를 요청하는 메시지를 브로드캐스트로 전송한다.
   • "나에게 사용할 IP 주소를 주세요."
2. DHCP Offer: DHCP 서버가 IP 주소를 할당하겠다는 응답 메시지를 브로드캐스트로 전송한다.
   • "사용 가능한 IP 주소 192.168.1.10을 제공합니다."
3. DHCP Request: 호스트가 DHCP 서버로부터 받은 IP 주소를 사용하겠다는 요청 메시지를 전송한다.
   • "192.168.1.10 IP 주소를 사용하겠습니다."
4. DHCP Acknowledgement: DHCP 서버가 IP 주소 할당을 확인하는 메시지를 전송한다.
   • "IP 주소 192.168.1.10이 할당되었습니다."

DHCP 예제

예제

• 회사 네트워크에 새로 접속한 노트북이 있다. 이 노트북은 네트워크에 연결되어 DHCP Discover 패킷을 브로드캐스트로 전송한다. 네트워크 상에 존재하는 DHCP 서버는 IP 주소 192.168.1.100을 제공하는 DHCP Offer 패킷을 전송한다. 노트북은 DHCP Request 패킷을 통해 이 IP 주소를 요청하고, DHCP 서버는 이 요청을 확인하는 DHCP Acknowledgement 패킷을 전송하여 IP 주소 할당이 완료된다.

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NAT (Network Address Translation)

NAT 동작 방식

NAT(Network Address Translation)는 사설 네트워크의 여러 장치들이 하나의 공인 IP 주소를 사용해 외부 네트워크와 통신할 수 있게 하는 기술. NAT는 패킷의 IP 주소를 변환하여 공인 IP 주소와 포트 번호를 할당하고, 외부에서 수신한 패킷의 IP 주소를 다시 사설 IP 주소로 변환하여 내부 네트워크로 전달한다.

NAT의 동작 방식

NAT는 주로 가정이나 사무실 네트워크에서 다수의 장치가 하나의 공인 IP 주소로 인터넷과 통신할 때 사용된다.

1. 내부 네트워크에서 외부로의 통신: 내부 네트워크 장치가 외부로 데이터를 전송할 때, 사설 IP 주소는 공인 IP 주소로 변환된다.
2. 외부 네트워크에서 내부로의 통신: 외부 네트워크에서 내부 네트워크로 데이터가 도착하면, 공인 IP 주소는 다시 사설 IP 주소로 변환된다.

NAT 예제

• 회사 내부 네트워크에 사설 IP 주소(192.168.1.10)를 가진 컴퓨터가 있다. 이 컴퓨터가 다른 서버에 접속하려고 할 때, 컴퓨터는 NAT 라우터를 통해 인터넷으로 데이터를 보낸다. NAT 라우터는 컴퓨터의 사설 IP 주소를 공인 IP 주소로 변환하여 다른 서버에 전송한다. 구글 서버는 NAT 라우터의 공인 IP 주소로 응답을 보내고, NAT 라우터는 이를 다시 원래의 사설 IP 주소(192.168.1.10)로 변환하여 컴퓨터로 전달한다.

NAT의 장점

• IP 주소 절약: 공인 IP 주소의 사용을 줄일 수 있다.
• 보안 강화: 사설 IP 주소는 외부에서 직접 접근할 수 없기 때문에 보안이 강화된다.

NAT의 단점

• 포트 포워딩 문제: NAT는 외부에서 내부로의 직접적인 연결을 어렵게 만든다.
• 응용 프로그램 제한: 일부 응용 프로그램은 NAT 환경에서 정상적으로 동작하지 않을 수 있다.

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