주소 체계의 이해: IP 주소, MAC 주소, 그리고 ARP 프로토콜

 

IP 주소 - 출발지와 목적지 네트워크를 특정하는 식별자

IP 주소는 데이터 통신에서 출발지나 목적지를 식별하는 주소로 사용됩니다. IP 주소는 크게 인터넷에서 사용하는 글로벌 IP 주소와 LAN(Local Area Network) 내에서 사용하는 프라이빗 IP 주소로 구분됩니다. 이 두 가지 IP 주소는 각각의 목적과 환경에 맞게 설계되어 있습니다.

 

IP 주소의 구조
IP 주소는 두 가지 버전으로 제공되며, IPv4와 IPv6가 있습니다. 여기서는 IPv4에 대해 자세히 설명하겠습니다. IPv4 주소는 총 32비트로 구성되어 있으며, 이를 8비트씩 4등분하여 표현합니다. 각 8비트는 0부터 255까지의 10진수로 변환되어 점으로 구분하여 표기됩니다. 이때 8비트 단위를 네트워크에서는 **옥텟(octet)**이라고 부릅니다.
IPv4 주소는 약 43억 개의 고유 주소를 제공하여, 약 43억 대의 컴퓨터나 장치를 인터넷에 연결할 수 있습니다. 그러나 실제로는 모든 주소를 사용할 수 있는 것은 아닙니다. 특정 주소는 특별한 용도로 예약되어 있어, 주소 공간의 일부는 사용되지 않습니다. 예를 들어, 사설 네트워크에서 사용하는 주소는 글로벌 IP 주소로 사용될 수 없습니다.

 

글로벌 IP 주소와 프라이빗 IP 주소
인터넷에서 사용할 수 있는 IP 주소는 글로벌 IP 주소라고 하며, 이 주소를 가진 기기는 인터넷상에서 유일합니다. 따라서 이 주소를 통해 전 세계의 다른 기기와 통신할 수 있습니다. 글로벌 IP 주소는 인터넷 서비스 제공업체(ISP)에 의해 할당되며, 인터넷에 직접 연결되는 모든 장치에 필요합니다.
반면, 프라이빗 IP 주소는 인터넷에 직접 연결되지 않고, LAN 내부에서만 사용되는 주소입니다. 이러한 주소는 다른 네트워크에서 중복될 수 있지만, 각 LAN 내에서는 고유하게 관리됩니다. 프라이빗 IP 주소는 일반적으로 다음과 같은 범위로 설정됩니다:
- 10.0.0.0 ~ 10.255.255.255
- 172.16.0.0 ~ 172.31.255.255
- 192.168.0.0 ~ 192.168.255.255

이러한 프라이빗 IP 주소는 NAT(Network Address Translation) 기술을 통해 인터넷과 연결될 수 있습니다. NAT는 사설 IP 주소를 공인 IP 주소로 변환하여 인터넷과의 통신을 가능하게 합니다. NAT를 사용하여 여러 장치가 동일한 공인 IP 주소를 공유할 수 있으므로, IP 주소의 효율적인 사용이 가능합니다.

 

IPv4와 IPv6 - 주소 길이의 차이

IPv4와 IPv6는 각각 버전 4와 버전 6을 의미합니다. 이 두 프로토콜 간에는 호환성이 없으며, 현재 인터넷에서는 두 가지 프로토콜이 혼재하여 사용되고 있습니다. IPv4는 4 옥텟(32비트)으로 구성되어 약 43억 개의 주소를 제공합니다. 하지만 인터넷 사용자의 증가와 IoT(사물인터넷)의 발전으로 인해 IPv4 주소의 고갈 문제가 발생했습니다.
이에 따라 IPv6가 도입되었습니다. IPv6는 16 옥텟(128비트)으로 이루어져 있으며, 약 340억 개의 주소를 지원하므로 IP 주소 고갈 문제를 해결할 수 있습니다. IPv6의 주소 공간은 매우 방대하여, 사실상 현재와 미래의 모든 장치에 고유한 IP 주소를 부여할 수 있습니다.
IPv6는 주소 길이 외에도 여러 가지 특징을 가지고 있습니다:
- 암호화 통신: 프로토콜 수준에서 보안이 강화되어 암호화된 통신을 지원합니다.
- 자동 주소 생성: MAC 주소를 이용하여 IPv6 주소를 자동으로 생성할 수 있어 설정 자동화가 가능합니다.
- 간단한 헤더 구조: IPv4에 비해 헤더가 단순하여 패킷 처리가 더 빠릅니다.
- 효율적인 라우팅: 계층 구조가 엄격하여 라우팅 효율이 뛰어납니다.
현재 대부분의 운영 체제와 웹 서비스는 IPv6를 지원하고 있으며, 사용자들은 IPv4와 IPv6 간의 차이를 인식할 필요 없이 서비스를 이용할 수 있습니다. 예를 들어, 구글, 페이스북, 아마존과 같은 주요 웹 서비스는 이미 IPv6를 지원하여, 사용자가 원활하게 인터넷을 이용할 수 있도록 하고 있습니다.

MAC 주소 - 기기나 단말기의 고유 식별자

MAC 주소는 네트워크에 연결된 기기나 단말기에 고유하게 부여되는 식별자입니다. MAC 주소는 IEEE(미국전기전자학회)에서 관리하며, 각 기기 제조사에 고유 코드를 할당합니다.

 

MAC 주소의 구조
MAC 주소는 48비트 길이로 구성되어 있으며, 네트워크 카드, 스마트폰, 라우터, 스위치, IoT 가전제품 등 네트워크에 연결되는 모든 기기에 하나씩 부여됩니다. 48비트 중 상위 24비트는 벤더 코드로, 장비 제조사를 식별하는 데 사용됩니다. 각 제조사는 여러 개의 벤더 코드를 가질 수 있으며, 하위 24비트는 각 제조사가 제품에 고유하게 할당합니다.
이렇게 하면 전 세계적으로 약 280조 개의 고유 MAC 주소를 생성할 수 있습니다. 벤더 코드 또한 수많은 조합을 제공하므로, 하나의 벤더 코드로도 140조 개의 식별 번호를 표현할 수 있습니다. 이러한 고유 MAC 주소는 네트워크 내에서 각 장치를 정확하게 식별하는 데 필수적입니다.

 

MAC 주소와 IP 주소의 차이
MAC 주소와 IP 주소는 모두 식별자 역할을 하지만, 사용되는 계층이 다릅니다. MAC 주소는 OSI 모델의 2계층(데이터 링크 계층)에서 사용되며, 이더넷 프레임 내에서 장치의 식별자로 기능합니다. 반면, IP 주소는 TCP/IP 프로토콜에서 출발지나 목적지를 식별하는 데 사용되며, OSI 모델의 3계층 이상에서 사용됩니다.
이러한 차이점 덕분에 MAC 주소는 네트워크의 물리적 연결을 관리하는 데 유용하며, IP 주소는 네트워크의 논리적 연결을 관리하는 데 중요합니다. MAC 주소는 장치가 네트워크에 연결될 때 고유하게 할당되어 변경되지 않지만, IP 주소는 네트워크 환경에 따라 동적으로 변경될 수 있습니다.

 

ARP - MAC 주소를 조사하는 프로토콜

ARP (Address Resolution Protocol)는 IP 주소를 기반으로 해당 장치의 MAC 주소를 확인하는 프로토콜입니다. LAN 내에서 장치한 통신을 위해 IP 주소 정보를 전송하고, 특정 장치와의 통신을 위해 MAC 주소를 조회합니다.

 

ARP의 작동 방식
ARP는 먼저 MAC 주소를 알고자 하는 IP 주소 정보를 LAN에 브로드캐스트 방식으로 전송합니다. 이 브로드캐스트 패킷은 LAN에 연결된 모든 장치가 수신하게 되며, 해당 IP 주소에 대한 패킷을 수신한 장치는 자신의 MAC 주소를 회신합니다. 이 과정이 ARP의 기본 작동 방식입니다.
실제로 통신할 때마다 ARP로 조회하는 것은 비효율적이므로, 허브나 라우터에 LAN 내 모든 기기의 IP 주소와 MAC 주소의 대응표를 만들어 두는 경우가 많습니다. 이를 통해 각 장비는 허브나 라우터에 문의하여 필요한 MAC 주소를 쉽게 확인할 수 있습니다. 이러한 주소 테이블은 네트워크의 효율성을 높이고, ARP 요청의 빈도를 줄여줍니다.

IP 주소, MAC 주소, 그리고 ARP 프로토콜은 데이터 통신의 핵심 요소입니다. IP 주소는 네트워크의 출발지와 목적지를 식별하는 데 사용되며, MAC 주소는 개별 기기를 고유하게 식별합니다. ARP는 이러한 IP 주소와 MAC 주소 간의 매핑을 관리하여, 네트워크 내에서 효율적인 통신이 가능하게 합니다.
이러한 요소들을 이해하면 네트워크의 구조와 작동 방식을 더욱 잘 이해할 수 있으며, 이는 네트워크 설계 및 문제 해결에 큰 도움이 됩니다. 앞으로도 IP 주소와 MAC 주소의 사용 및 관리 방법은 네트워크 기술의 발전에 따라 지속해서 변화할 것입니다.
더 나아가, IoT와 같은 새로운 기술이 발전함에 따라 IP 주소와 MAC 주소의 사용도 더욱 중요해질 것입니다. 사용자는 이러한 주소 체계를 이해하고, 네트워크를 더욱 효율적으로 관리하며, 보안 문제를 해결하는 데 도움이 될 것입니다.