Day 3 - IP 주소와 서브넷 계산

IP 주소의 구조

   192  .  168  .  0  .  10
   └─┬┘   └─┬┘   └┬┘  └─┬┘
     8비트  8비트  8비트  8비트   =  32비트
 
   각 옥텟은 0 ~ 255

• 주소는 네트워크 부분 + 호스트 부분으로 나뉜다. 어디까지가 네트워크인지를 정하는 것이 서브넷마스크다.

옥텟을 2진수로 바꾸기

서브넷 계산은 결국 8비트 한 칸을 읽는 일이다. 자리마다 값이 정해져 있다.

   자리값    128   64   32   16    8    4    2    1
   ──────────────────────────────────────────────────
   192   =    1    1    0    0    0    0    0    0     128 + 64
   168   =    1    0    1    0    1    0    0    0     128 + 32 + 8
    10   =    0    0    0    0    1    0    1    0     8 + 2
   255   =    1    1    1    1    1    1    1    1     전부 더하면 255

• 큰 자리부터 빼 나간다. 168이면 128을 빼고(남은 40), 64는 못 빼고, 32를 빼고(남은 8), 8을 빼면 0이다. 뺀 자리에 1, 못 뺀 자리에 0을 적는다.
• 여덟 자리를 모두 더하면 255다. 옥텟 하나가 0~255인 이유다(값의 개수는 2⁸ = 256개).
• 마스크에 쓰이는 값은 왼쪽부터 차례로 더한 것이다 — 128, 128+64=192, +32=224, +16=240, +8=248, +4=252.

클래스

• 첫 옥텟만 보면 클래스를 안다. 192.168.0.1은 192로 시작하니 C 클래스다.
• 127은 A 클래스 범위에서 빠져 있다. 127.0.0.0/8이 루프백으로 예약되어 있기 때문이다.
• D는 멀티캐스트(여럿에게 동시 전송)라는 점을 묻는다.

• 범위 숫자가 126·128·192·224로 끊기는 것은 우연이 아니다. 맨 앞 비트가 0이면 0~127, 10이면 128~191, 110이면 192~223 이 되기 때문이다. 위 자리값 표의 128·64·32와 그대로 맞물린다.
• A는 네트워크 수가 적고 호스트가 많다. C는 그 반대다. "호스트를 가장 많이 둘 수 있는 클래스"는 A, "네트워크 수가 가장 많은 클래스"는 C다.
• 경계값을 그대로 묻는다 — 126은 A, 128은 B, 191은 B, 192는 C, 223은 C, 224는 D 다.

사설 IP

인터넷에 직접 나가지 않고 내부망에서만 쓰는 주소다.

• 집이나 회사 공유기가 나눠 주는 192.168.x.x 가 바로 이것이다.
• 172는 16~31 사이만 사설이다. 172.15.x.x나 172.32.x.x는 공인 IP다. 이 범위가 함정으로 나온다.

특수 주소

• 사설 IP와 루프백은 다르다. 사설 IP는 내부망의 다른 컴퓨터와 통신하는 주소이고, 루프백은 자기 자신에게만 돌아오는 주소다.
• 루프백은 127.0.0.1 하나가 아니라 127로 시작하는 대역 전체가 예약되어 있다. 그중 관례적으로 쓰는 것이 127.0.0.1이다.

서브넷 계산

왜 2를 빼나

   192.168.0.0   ← 호스트 부분이 전부 0  =  네트워크 주소
   192.168.0.1   ┐
        …        ├─  실제로 컴퓨터에 줄 수 있는 주소
   192.168.0.254 ┘
   192.168.0.255 ← 호스트 부분이 전부 1  =  브로드캐스트 주소

• 양 끝 두 개는 쓸 수 없다. 그래서 2ⁿ − 2 가 된다(n = 호스트 비트 수).

계산하는 법

   1  마스크의 마지막 옥텟을 본다        예) 255.255.255.192  →  192
   2  256 에서 뺀다                     256 − 192 = 64      ← 블록 크기
   3  2 를 뺀다                         64 − 2 = 62         ← 쓸 수 있는 호스트 수

C 클래스 서브넷 표 — 통째로 외운다

254 · 126 · 62 · 30 · 14 · 6 · 2 — 이 숫자 줄을 외워 두면 계산 없이 바로 답한다. 절반씩 줄어드는데 −2가 붙어 있는 형태다.

풀어 보기

문제 C 클래스 네트워크에서 서브넷마스크가 255.255.255.192일 때 하나의 서브넷에서 사용할 수 있는 호스트 IP 개수는?

   256 − 192 = 64      블록 하나의 크기
   64 − 2 = 62         네트워크·브로드캐스트 주소를 뺀 수
 
   답: 62개

문제 서브넷마스크가 255.255.255.224이면?

   256 − 224 = 32
   32 − 2 = 30         답: 30개

• 서브넷 개수를 물으면 반대로 256 ÷ 블록 크기다. /26은 256 ÷ 64 = 4개의 서브넷이 나온다.

범위까지 구하기 — 블록 경계를 긋는다

호스트 수만이 아니라 "이 IP가 속한 네트워크 주소·브로드캐스트 주소는?" 을 묻기도 한다. 블록 크기만큼씩 끊어 표를 그리면 끝난다. 192.168.10.0에 /26(블록 64)을 적용하면 이렇게 넷으로 갈린다.

• 네트워크 주소는 블록 크기의 배수(0, 64, 128, 192)다. 브로드캐스트 주소는 다음 블록의 시작에서 1을 뺀 값이다.
• 호스트는 그 사이 전부다. 첫 호스트 = 네트워크 주소 + 1, 마지막 호스트 = 브로드캐스트 주소 − 1.

   192.168.10.100 / 26 은 어느 서브넷인가
 
   1  블록 크기      256 − 192 = 64
   2  경계를 긋는다   0 · 64 · 128 · 192
   3  100 이 들어가는 칸은 64 ~ 127
   ─────────────────────────────────────────
   네트워크 주소      192.168.10.64
   브로드캐스트 주소   192.168.10.127
   호스트 범위        192.168.10.65 ~ 192.168.10.126   (62개)

• 검산은 끝 − 처음 + 1 로 한다. .65 ~ .94 는 94 − 65 + 1 = 30 으로 표의 30과 맞는다.
• 같은 계산을 비트로 하면 IP와 마스크를 AND 하는 것이다. 100은 01100100, 192는 11000000 이고, 둘 다 1인 자리만 남기면 01000000 = 64 다. 컴퓨터는 이 방법으로 네트워크 주소를 구한다.

거꾸로 묻는 문제 — 필요한 수에서 마스크 고르기

• 호스트 수를 물으면 2를 빼고, 서브넷 개수를 물으면 빼지 않는다. 한 문제 안에서 두 숫자를 바꿔 놓은 보기가 함정이다. /26이면 서브넷 4개, 서브넷당 호스트 62개다.
• "주소가 몇 개인가"와 "호스트에 줄 수 있는 주소가 몇 개인가"도 다르다. 앞은 64, 뒤는 62다.
• 마스크와 / 표기는 1의 개수로 오간다. 255.255.255.192 는 8 + 8 + 8 + 2 = /26, 거꾸로 /28 은 24 + 4 이므로 마지막 옥텟의 1이 네 개 = 240이다.
• 서브넷을 잘게 나눌수록 서브넷 수는 두 배로 늘고 호스트 수는 절반으로 준다. 둘을 곱한 주소 총량(256)은 변하지 않는다.

마스크를 비트로 보기

• 마스크에 나올 수 있는 값은 0 · 128 · 192 · 224 · 240 · 248 · 252 · 254 · 255 뿐이다. 1이 왼쪽부터 연속으로 채워지기 때문이다.
• 255.255.255.100 같은 마스크는 존재할 수 없다. 이런 보기가 오답으로 나온다.

IPv6

• IPv4 주소 고갈이 IPv6 등장의 이유다. 32비트 대 128비트라는 대비를 묻는다.

   2001:0db8:0000:0000:0000:0000:0000:0001      16비트 × 8묶음 = 128비트
   2001:db8:0:0:0:0:0:1                         각 묶음의 앞쪽 0 은 생략
   2001:db8::1                                  0 이 이어진 묶음은 :: 로 한 번에

• :: 는 한 주소에 한 번만 쓸 수 있다. 두 번 쓰면 각각 0이 몇 묶음인지 알 수 없기 때문이다.
• IPv6에는 브로드캐스트가 없다. 그 역할은 멀티캐스트가 넘겨받았다. "IPv6의 주소 종류가 아닌 것"을 물으면 브로드캐스트다.
• 숫자를 헷갈리지 않으려면 4 × 8 = 32, 8 × 16 = 128 로 외운다. 가운데 낀 48비트는 MAC 주소다.

내일은 이 주소를 리눅스에서 실제로 설정하고 확인하는 명령을 다룬다.

📖 용어

• 서브넷마스크 : IP 주소에서 네트워크 부분과 호스트 부분을 가르는 값.
• 네트워크 주소 : 호스트 비트가 모두 0인 주소. 네트워크 자체를 가리킨다.
• 브로드캐스트 주소 : 호스트 비트가 모두 1인 주소. 그 망 전체에 보낼 때 쓴다.
• 사설 IP : 인터넷에 직접 나가지 않는 내부용 주소. 10, 172.16~31, 192.168 대역이다.
• 루프백 주소 : 자기 자신을 가리키는 127.0.0.1.
• CIDR 표기 : /24처럼 네트워크 비트 수로 마스크를 나타내는 방식.
• 멀티캐스트 : 여러 대상에게 동시에 전송하는 방식. D 클래스가 이 용도다.
• IPv6 : 128비트 주소 체계. 콜론으로 구분된 16진수로 표기한다.