네트워크 계층, IP

물리 계층과 데이터 링크 계층에 속한 기술은 대부분 같은 LAN을 위한 기술이지만, LAN을 넘어서 다른 네트워크와 통신을 주고받기 위해 사용되는 기술은 네트워크 계층의 핵심 프로토콜인 IP(Internet Protocol)이다.

IP의 목적과 특징

IP의 본래 목적은 크게 주소 지정(addressing)과 단편화(fragmentation)으로 나뉜다. 주소 지정은 네트워크 간의 통신 과정에서 호스트를 특정하는 것을 의미하고, 단편화는 데이터를 여러 IP 패킷으로 올바르게 쪼개어 보내는 것을 의미한다. 또한, IP는 '신뢰할 수 없는 통신'과 '비연결형 통신'이라는 중요한 특징을 갖고 있다.

주소 지정과 단편화

0	4	8	12	16	20	24	28	32
IPv4 패킷 헤더	버전	헤더길이	서비스 유형		패킷 길이
	식별자				플래그	단편화 오프셋
	TTL		프로토콜		헤더 체크섬
	송신지 IP 주소
	수신지 IP 주소
	옵션(필요한 경우)
	패딩(필요한 경우)
IPv4 패킷 페이로드	데이터

 

주소 지정은 IP 주소를 통해 이루어지며, 이는 IP 패킷 헤더 중 송신지 IP 주소와 수신지 IP 주소 필드를 통해 알 수 있다.

• 하나의 IP 주소는 총 4바이트(32비트)의 크기로 구성되고, 숫자당 8비트로 표현되므로 0~255 범위의 10진수 4개로 표기된다.
  각각의 10진수는 점(.)으로 구분하는데, 여기서 점으로 구분된 하나의 10진수를 옥텟(octet)이라고 한다.
• 패킷을 올바르게 전송하기 위해서는 MAC 주소와 IP 주소가 모두 필요하다. MAC 주소는 택배 배송 과정의 수신인과 발신인, IP 주소는 수신 주소와 발신 주소에 빗댈 수 있다.
• 패킷 송수신 과정에서도 MAC 주소보다 IP 주소가 우선적으로 활용된다.

서로 다른 네트워크에 속한 두 호스트가 네트워크 간 통신을 수행할 때, IP 주소를 바탕으로 목적지까지 IP 패킷을 전달하는 네트워크 장비로 라우터(router)가 있다. 라우터는 네트워크 계층에 속한 핵심 장비로, IP 주소를 기반으로 패킷의 최적 경로를 결정해 목적지까지 전달하는 역할 수행한다.

• 라우터는 IP 패킷을 전달할 최적의 경로를 결정하고 해당 경로로 패킷을 내보내는 라우팅 과정을 수행한다.
• 공유기도 라우팅을 수행할 수 있으므로 라우터의 일종이다.

IPv6
하나의 IPv4는 총 32비트로 표현된다. 이론적으로 할당 가능한 IPv4 주소는 총 $2^{32}$개인 약 43억 개이다. IPv4 주소는 고갈될 여지가 있기 때문에 등장한 프로토콜이 IPv6이다.
IPv6 기반의 주소 체계인 IPv6 주소는 16바이트(128비트)로 주소를 표현할 수 있기 때문에 이론적으로 할당 가능한 IPv6 주소는 사실상 무한에 가까운 수인 $2^{128}$개가 된다. IPv4 주소와 달리 콜론(:)으로 구분된 8개의 그룹의 16진수로 표기된다.

IPv4 주소	IPv6 주소
192.168.1.1	2001:0230:abcd:ffff:0000:0000:ffff:1111

 

IP 단편화 관련 기능에서 MTU(Maximum Transmission Unit) 단위를 이해해야 한다. MTU는 최대 전송 단위로, 전송하고자 하는 IP 패킷(IP 헤더와 페이로드)의 크기가 MTU라는 단위보다 클 경우 패킷을 MTU 이하의 여러 패킷으로 쪼개서 전송하고, 이렇게 쪼개서 전송된 패킷들은 수신지에서 재조합된다.

 

일반적인 MTU 크기는 1500바이트로, 프레임을 통해 주고받을 수 있는 최대 페이로드의 크기이다. IP 패킷 헤더에서 단편화와 관련된 필드는 식별자, 플래그, 단편화 오프셋이다.

1. 식별자(identifier): 특정 패킷이 어떤 데이터에서 쪼개진 패킷인지를 식별하기 위해 사용되는 필드이다.
   - 같은 정보에서 쪼개진 패킷들은 같은 식별자를 공유하기 때문에 식별자를 통해 단편화되어 전송되는 패킷을 구분할 수 있다.
2. 플래그(flag): 3비트로 구성된 필드로, 첫 번째 비트를 제외한 나머지 2개의 비트는 각각 DF, MF라는 이름이 붙어 있다.
   - 첫 번째 비트는 항상 0으로 설정되어 오늘날 사용되지 않는다.
   - DF: IP 단편화를 수행하지 말라(Don't Fragment)
   - MF: 단편화된 패킷이 더 있다(More Fragment)
3. 단편화 오프셋(fragment offset): 특정 패킷이 초기 데이터에서 얼마나 떨어져 있는지가 명시된 필드로, 단편화되어 전송되는 패킷을 목적지에서 재조합하기 위해 패킷의 올바른 순서를 나타내는 데 사용된다.

신뢰할 수 없는 통신과 비연결형 통신

IP는 신뢰할 수 없는 프로토콜이자, 비연결형 프로토콜이다. 이러한 IP 특징은 전송 계층의 주요 프로토콜인 TCP와 UDP의 존재 목적과도 직결된다.

 

신뢰할 수 없는 프로토콜(unreliable protocol): 패킷이 수신지까지 제대로 전송되었다고 보장하지 않는 프로토콜로, 유실되거나 목적지에 순서대로 전송되지 않더라도 이에 대한 조치를 취하지 않는 것을 의미한다.

• 신뢰할 수 없는 프로토콜의 송수신은 신뢰할 수 없는 통신, 신뢰성이 낮은 통신 혹은 최선형 전달이라고 부른다.

비연결형 프로토콜(connectionless protocol): 패킷을 주고받기 전에 사전 연결 과정을 거치지 않는다는 것으로, 상대 호스트의 수신 가능 여부는 고려하지 않고, 수신지를 향해 그저 패킷을 전송한다.

IP 단편화 피하기 - 경로 MTU 발견
IP의 본래 목적은 주소 지정과 단편화지만, 오늘날의 네트워크 환경에서는 IP 단편화가 발생하지 않는다.
잦은 IP 단편화는 네트워크에 여러 악영향을 미칠 수 있다.
1) 전송해야 할 패킷의 헤더들이 많아지기 때문에 불필요한 트래픽 증가와 대역폭 낭비 초래
2) 단편화된 패킷을 재조립하는 과정에서 발생하는 부하로 인한 성능 저하

IP 단편화를 피하려면 IP 패킷을 주고받는 경로에 존재하는 모든 호스트이 처리 가능한 MTU 크기를 고려해야 한다. 즉, IP 단편화 없이 주고받을 수 있는 최대 크기만큼만 전송해야 한다. 이 크기를 경로 MTU라고 한다.
이렇게 주고받을 수 있는 경로 MTU를 구하고 해당 크기만큼만 송수신해 IP 단편화를 회피하는 기술을 경로 MTU 발견이라고 한다. 오늘날의 네트워크에서는 대부분 경로 MTU 발견을 지원하고, 처리 가능한 최대 MTU 크기도 균일하기 때문에 IP 단편화가 자주 발생하지 않는다.

---

IP 주소의 구조

네트워크 계층은 LAN 간의 통신을 가능하게 하고, 이는 IP 주소를 기반으로 이루어진다. 하나의 IP 주소는 0~255 범위의 10진수 4개(32비트)로 표기되는 IP 주소는 크게 '네트워크 주소'와 '호스트 주소'로 이루어져 있다.

• 네트워크 주소는 네트워크 ID, 네트워크 식별자 등으로 불리며, 호스트가 속한 네트워크를 특정하기 위해 사용된다.
• 호스트 주소는 호스트 ID, 호스트 식별자 등으로 불리며, 네트워크에 속한 호스트를 특정하기 위해 사용된다.

IP 주소 구조

 

하나의 IP 주소에서 네트워크 주소를 표현하는 크기와 호스트를 표현하는 크기가 유동적일 수 있다. (a)처럼 네트워크 주소 공간을 작게, 호스트 주소 공간을 크게 표현할 수 도 있고, (c)처럼 네트워크 주소의 공간을 크게, 호스트 주소의 공간을 작게 표현할 수도 있다.

IP 주소에서 네트워크와 호스트를 표현하는 크기 예시

 

(a)의 경우 호스트 주소에 24비트를 사용할 수 있기 때문에 상대적으로 네트워크당 많은 호스트에 IP 주소를 할당할 수 있는 반면, (c)의 경우 호스트 주소에 8비트를 사용할 수 있기 때문에 상대적으로 네트워크당 적은 호스트에 IP 주소를 할당할 수 있다.

클래스풀 주소 체계

IP 주소에서 네트워크 주소와 호스트 주소를 구분하는 범위가 유동적일 수 있다면 각각 어느정도가 적당한지는 상황에 따라 다르다. 

• 호스트 주소의 공간을 너무 크게 할당 → 호스트가 할당되지 않은 다수의 IP 주소 낭비 발생
• 호스트 주소의 공간을 너무 작게 할당 → 호스트가 사용할 IP 주소가 부족해지는 상황 발생

위와 같은 고민을 해결하기 위해 생겨난 개념이 바로 IP 주소의 클래스(class)이다.

클래스는 네트워크의 크기에 따라 유형별로 IP 주소를 분류하는 기준이다. 어떤 클래스에 속한 IP 주소인지를 알면 IP 주소에서 네트워크 부분과 호스트 부분이 어느 정도의 크기인지 알 수 있다. 클래스는 A, B, C, D, E 총 5개의 종류가 있다. 이 중 D와 E 클래스는 각각 멀티캐스트를 위한 클래스로, 특수한 목적을 위해 예약된 클래스이기 때문에 네트워크의 크기별로 IP 주소를 분류하는데 실질적으로 사용되는 클래스는 A, B, C이다.

이러한 클래스를 바탕으로 IP 주소를 관리하는 주소체계를 클래스풀 주소 체계(classful addressing)이라고 한다.

• A 클래스의 네트워크 주소는 비트 '0'으로 시작해 1 옥텟으로 구성되며, 호스트 주소는 3 옥텟으로 구성된다. 상대적으로 가장 많은 호스트를 할당할 수 있는 클래스이다.
• B 클래스의 네트워크 주소는 비트 '10'으로 시작해 2 옥텟으로 구성되고, 호스트 주소도 2 옥텟으로 구성된다.
• C 클래스의 네트워크 주소는 비트 '110'으로 시작해 3 옥텟으로 구성되며, 호스트 주소는 1 옥텟으로 구성된다.

클래스풀 주소체계

 

클래스별 IP주소 표현의 가능 범위를 보면 알 수 있듯, 첫 옥텟의 주소만 보고도 A, B, C 클래스 중 어떤 클래스에 속한 IP 주소인지 알 수 있다.

네트워크/브로드캐스트 주소와 예약 주소

호스트의 주소 공간을 모두 사용할 수 있는 것은 아니다. 호스트 주소가 모두 0인 IP 주소와 호스트 주소가 모두 1인 주소는 특정 호스트를 지칭하는 데 사용될 수 없다.

• 호스트 주소가 모두 0인 IP 주소는 해당 네트워크 자체를 의미하는 주소로 사용된다.
• 호스트 주소가 모두 1인 IP 주소는 브로드캐스트를 위한 주소로 사용된다.

또한 특수한 목적을 위해 예약된 IP 주소도 있다. 자주 접할 수 있는 대표적인 예약 주소와 종류는 다음과 같다.

예약 IP 주소의 범위	사용 목적
0.0.0.0 ~ 0.255.255.255	'이 네트워크의 이 호스트' 지칭에 사용
127.0.0.0 ~ 127.255.255.255	루프백 주소로 사용
10.0.0.0 ~ 10.255.255.255	사설 네트워크 주소로 사용
172.16.0.0 ~ 172.31.255.255
192.168.0.0 ~ 192.168.255.255

 

이 중 루프백 주소는 자기 자신을 가리키는 특별한 주소이다. 가장 일반적으로 사용되는 루프백 주소는 '127.0.0.1'로 로컬호스트라고도 부른다. 루프백 주소로 전송된 패킷은 자기 자신에게 되돌아오므로 자기 자신을 마치 다른 호스트인 양 간주하여 패킷을 전송할 수 있다.

인터넷 표준 공식 문서에 따르면 예약 IP 주소의 범위 '0.0.0.0 ~ 0.255.255.255는 이 네트워크의 이 호스트를 지칭하도록 예약되었다'고 명시되어 있는데, 가장 일반적으로 사용되는 주소는 '0.0.0.0'이다. 이 주소는 주로 호스트가 IP 주소를 할당받기 전에 임시로 사용하거나 마땅히 자신을 지칭할 IP 주소가 없을 때 사용되는 경우가 많다.

클래스리스 주소 체계와 서브넷 마스크

클래스풀 주소 체계 하에서는 클래스별 네트워크 크기가 고정되어 있다. 이렇게 클래스별 네트워크 크기가 고정되어 있을 때는 고정된 크기 이외에 다른 크기의 네트워크를 구성할 수 없어 IP 주소가 낭비될 수 있다는 한계가 있다.

 

예를 들어, A 클래스의 네트워크 하나당 할당 가능한 호스트 IP 주소는 1,600만 개 이상이고, B 클래스 네트워크 하나당 할당 가능한 호스트 IP 주소는 6만 개 이상이다. 단일 조직에서 이 정도의 호스트가 필요한 경우는 많지 않다. 하지만 C 클래스 주소에는 호스트에게 할당할 수 있는 IP 주소가 약 200개 정도(254개)이다. 만약 300명의 직원이 사용할 컴퓨터들을 동일한 네트워크로 구성하고 싶다면 클래스풀 주소 체계 하에서는 어쩔 수 없이 B 클래스 주소를 이용해야 하는데, 상당수의 IP 주소가 낭비될 우려가 있다.

 

이러한 문제를 해결하기 위해 클래스별 주소 체계보다 더 정교하고 유동적으로 네트워크 영역을 나눌 수단이 필요해 등장한 개념이 클래스리스 주소 체계(classless addressing)이다. 이는 클래스를 이용하지 않고 네트워크와 호스트를 구분하는 방식이다.

 

클래스리스 주소 체계에서는 네트워크와 호스트를 구분하는 수단으로 서브넷 마스크를 이용한다. 서브넷 마스크(subnet mask)란 IP 주소상에서 네트워크 주소를 1로 표기하고, 호스트 주소를 0으로 표기한 비트열이다. 그리고 서브네트워크(subnetwork)는 IP 주소에서 네트워크 주소로 구분할 수 있는 네트워크의 부분집합을 의미하며, 서브넷(subnet)이라고도 줄여 부른다.

즉, 서브넷 마스크는 곧 서브넷을 구분하는 비트열이다. 또 이러한 서브넷 마스크를 이용해 원하는 크기로 클래스를 더 잘게 쪼개어 사용하는 것이 서브네팅(subnetting)이라고 한다.

 

클래스풀 주소 체계에서 A, B, C 클래스의 기본 서브넷 마스크는 다음과 같이 표현할 수 있다.

• A 클래스: 255.0.0.0 (11111111.00000000.00000000.00000000)
• B 클래스: 255.255.0.0 (11111111.11111111.00000000.00000000)
• C 클래스: 255.255.255.0 (11111111.11111111.11111111.00000000)

서브넷 마스크와 IP 주소 간에 비트 AND 연산을 수행하면 IP 주소 내의 네트워크 주소를 알아낼 수 있다.

 

서브넷 마스크를 '255.255.255.0', '255.255.255.252'와 같이 10진수로 직접 표기하는 방법도 있지만, 'IP 주소/서브넷 마스크상의 1의 개수'의 형식으로 표기하는 방법도 있다. 이러한 방식을 CIDR 표기법(Classless Inter-Domain Routing notation)이라고 부르며, IP 주소와 서브넷 마스크를 함께 표현할 수 있는 간단한 표기로 많이 활용된다.

예를 들어, '192.168.20.3/20'이라고 표기한 서브넷 마스크가 있다고 가정하면 '/30'은 서브넷 마스크 상에서 1이 총 30개 있다는 것을 의미하므로 서브넷 마스크는 '11111111.11111111.11111111.11111100'이 된다.

---

공인 IP 주소와 사설 IP 주소

IP 주소에는 고유한 IP 주소도 있고, 고유하지 않은 IP 주소도 있다. 이 두 종류의 IP 주소는 함께 사용되는 경우가 많다. 고유한 IP 주소는 공인 IP 주소라고 하고, 고유하지 않은 IP 주소는 사설 IP 주소라고 한다.

 

공인 IP 주소(public IP address)는 전 세계에서 고유한 IP 주소로, 인터넷을 비롯한 네트워크 간 통신에서 사용되는 IP 주소가 바로 공인 IP 주소이다.

• 공인 IP 주소는 ISP나 공인 IP 주소 할당 기관을 통해 할당받을 수 있다.

사설 IP 주소(private IP address)는 사설 네트워크에서 사용하기 위한 IP 주소로, 사설 네트워크는 외부 네트워크에 공개되지 않은 네트워크를 의미한다.

• 사설 IP 주소는 일반적으로 라우터(공유기)를 통해 할당되기 때문에 공유기(라우터)를 중심으로 구성된 LAN 대부분은 사설 네트워크에 해당한다.
• IP 주소 공간 중 사설 IP 주소로 사용하도록 특별히 예약된 IP 주소 공간이 있다. → 10.0.0.0/8 (10.0.0.0 ~ 10.255.255.255), 172.16.0.0/12 (172.16.0.0 ~ 172.31.255.255), 192.168.0.0/16 (192.168.0.0 ~ 192.168.255.255)

---

IP 주소의 할당

IP 주소 할당에는 크게 정적 할당과 동적 할당이 있다. 정적 할당은 수작업을 통해 이루어지고, 동적 할당은 일반적으로 DHCP라는 프로토콜을 통해 이루어진다.

정적 할당

정적 할당은 직접 수작업으로 IP 주소를 부여하는 방식으로, 정적 할당을 통해 할당된 IP 주소를 정적 IP 주소(static IP address)라고 한다. 운영체제의 종류를 막론하고 IP 주소를 수동으로 설정하는 설정 혹은 명령어가 있다.

 

[정적 IP 주소를 부여하기 위해 입력해야 하는 값]

• 게이트웨이(gateway): 일반적으로 서로 다른 네트워크를 연결하는 하드웨어적/소프트웨어적 수단을 의미한다.
  • 그 중에서도 기본 게이트웨이는 호스트가 속한 네트워크의 외부로 나가기 위한 첫 기본 경로를 의미한다.
  • 기본 게이트웨이는 네트워크 외부와 연결된 라우터(공유기)의 주소를 의미하는 경우가 많다.
  • IP 할당의 맥락에서 사용되는 '게이트웨이'라는 용어는 기본 게이트웨이를 의미하므로 게이트웨이(라우터) 주소에는 기본 게이트웨이 역할을 하는 라우터(공유기)의 주소를 적으면 된다.
• DNS 주소: 호스트가 도메인 네임을 토대로 IP 주소를 알아내기 위해 질의하는 서버의 주소를 의미한다. 기본적으로 호스트끼리 패킷을 주고받기 위해서는 IP 주소가 사용되지만, 통신을 주고받는 모든 호스트의 IP 주소를 기억하기 어렵다. 따라서 IP 주소에 대응되는 기억할 수 있는 문자열로 호스트를 식별할 수 있으며, 이를 도메인 네임이라고 부른다.
  • 호스트가 도메인 네임을 토대로, 이에 대응되는 IP 주소를 알아내려면 <도메인 네임, IP 주소> 쌍을 저장하는 서버에 질의해야 한다. 이 서버를 네임 서버, DNS 서버라고 부른다.

동적 할당

동적 할당은 프로토콜을 통해 자동으로 IP 주소를 부여하는 방식으로, 동적 할당을 통해 할당된 IP 주소를 동적 IP 주소(dynamic IP address)라고 부른다. 이 과정에서 흔히 사용되는 프로토콜이 DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)이다.

 

일상적으로 동적 IP 주소가 많이 사용되는 만큼, DHCP 또한 빈번히 사용된다. IP 주소를 동적으로 할당받고자 하는 호스트는 DHCP 서버와 메시지를 주고받으며 동적 IP 주소를 할당받을 수 있다.

DHCP 서버는 호스트에 할당 가능한 IP 주소 목록을 관리하다가, IP 주소 할당 요청을 받았을 때 IP 주소를 할당해 주는 호스트이다. 일반적으로 라우터(공유기)가 DHCP 서버 역할을 수행한다. 동적 할당과 이를 통해 부여되는 동적 IP 주소와 관련해 기억해야 할 점은 2가지가 있다.

1. 동적 IP 주소에는 사용 가능한 기간(임대 기간)이 정해져 있다.
2. 동적 IP 주소는 할당받을 때마다 다른 주소를 받을 수 있다.

DHCP로 할당받은 IP 주소는 사용할 기간(일반적으로 수 시간에서 수 일)이 정해져 있고, 사용되지 않을 경우 회수된다. 사용 기간이 끝난 IP 주소는 DHCP 서버로 반납되고, 새롭게 IP 주소를 할당받는 경우 다른 IP 주소를 할당받을 수 있다.

또한, IP 주소의 임대 기간이 끝나기 전에 임대 기간을 연장할 수도 있다. 이를 임대 갱신(lease renewal)이라고 하며, 기본적으로 임대 갱신은 자동으로 두 차례가 수행되고, 두 번의 임대 갱신이 모두 실패하면 그때 IP 주소는 DHCP 서버로 반납된다.

---

IP 전송 특징 보안: ICMP

IP는 신뢰할 수 없는 포로토콜이자 비연결형 프로토콜이다. 이러한 전송 특징을 보완하기 위한 프로토콜이 ICMP이다. IP가 신뢰할 수 없는 비연결형 프로토콜인 주된 이유는 성능에 있다.

 

신뢰성 높은 송수신을 하려면 유실된 패킷, 순서가 어긋난 패킷 등이 있는지를 점검해야 한다. 패킷에 대한 오류 제어를 수행해야 한다. 또한 연결형 송수신을 하려면 패킷을 주고받는 호스트 간 연결을 수립하고, 연결을 관리해야 한다. 이러한 과정은 더 많은 시간과 대역폭, 부하가 필요하기 때문에 곧 성능상 불리하게 작용할 수 있다.

 

따라서 IP의 신뢰할 수 없는 비연결형 전송이라는 특징이 반드시 극복해야 할 단점은 아니다. 하지만 이러한 신뢰할 수 없는 비연결형 통신이라는 특징을 보완해야 할 때가 있다. 이를 위한 방법으로는 (1) 신뢰할 수 있는 연결형 통신을 지원하는 상위 계층의 프로토콜인 TCP 이용하거나 (2) 네트워크 계층의 프로토콜로 ICMP를 이용하는 방법이다.

 

ICMP(Internet Control Message Protocol)는 IP 패킷의 전송 과정에 대한 피드백 메시지(이하 ICMP 메시지)를 얻기 위해 사용하는 프로토콜로, ICMP 메시지를 통해 패킷이 상대방에게 어떻게 전송되었는지를 알려줄 수 있어 IP 전송의 결과를 엿볼 수 있다.

 

ICMP 메시지는 크게 1) 전송 과정에서 발생한 오류 보고와 2) 네트워크에 대한 진단 정보로 유형을 나눌 수 있다.

유형	메시지
1) 오류 보고	네트워크 도달 불가(Destination network unreachable)
	호스트 도달 불가(Destination host unreachable)
	프로토콜 도달 불가, 수신지에서 특정 프로토콜을 사용할 수 없음(Destination protocol unreachable)
	포트 도달 불가(Destination port unreachable)
	단편화가 필요하지만 DF가 1로 설정되어 단편화할 수 없음(Fragmentation required, and DF flag set)
	TTL 만료(TTL expired in transit)
2) 네트워크 상의 정보 제공	Echo 요청(Echo request)
	Echo 응답(Echo reply)

 

• 네트워크 장비(가령 라우터)가 패킷을 전달받았는데, 해당 패킷을 어떤 네트워크로 전송해야 할지 알 수 없을 경우 → [네트워크 도달 불가] ICMP 메시지 되돌려 보냄
• 처리하기에 너무 큰 패킷을 전달받았는데, DF 플래그가 설정되어 있어 단편화가 불가능한 경우 → [단편화가 필요하지만 DF가 1로 설정되어 단편화할 수 없음]을 나타내는 ICMP 메시지 되돌려 보냄
• TTL 필드가 0인 경우 → 해당 패킷은 폐기되고, 패킷을 송신한 호스트에게 [시간 초과] ICMP 메시지가 전송됨
  •  IP 헤더에는 패킷의 수명을 의미하는 TTL(Time To Live) 필드가 있다.
  • 패킷은 멀리 떨어진 호스트끼리 통신할 때 여러 라우터를 거쳐 이동할 수 있는데, 패킷이 하나의 라우터를 거칠 때마다 TTL이 1씩 감소한다.
  • 패킷이 호스트 또는 라우터에 한 번 전달되는 것은 홉(hop)이라고 한다. 즉 TTL 필드의 값은 홉마다 1씩 감소한다.
  • TTL 필드의 존재 이유는 무의미한 패킷이 네트워크상에 지속적으로 남아있는 것을 방지하기 위함이다.

---

IP 주소와 MAC 주소의 대응: ARP

패킷의 송수신 과정에서도 IP 주소와 MAC 주소를 함께 사용하지만 MAC 주소보다 IP 주소를 우선적으로 활용한다. 이때 상대 호스트의 IP 주소는 알고, MAC 주소는 모르는 상황에서 사용되는 프로토콜이 ARP(Address Resolution Protocol)이다.

ARP는 IP 주소와 MAC 주소를 함께 활용하는 통신 과정에서 동일 네트워크 내에 있는 송수신 대상의 IP 주소를 통해 MAC 주소를 알아내는 프로토콜이다.

 

ARP 프로토콜의 동작 과정인 IP 주소를 통해 모르는 MAC 주소를 알아내는 과정은 ARP 요청 메시지와 ARP 응답 메시지를 통해 이루어진다. ARP 요청은 브로드캐스트 메시지이기 때문에 네트워크 내에 모든 호스트가 이를 수신한다.

1. '이 IP 주소를 가진 호스트와 통신하고 싶은데, 이 호스트의 MAC 주소는 무엇인가?'라는 ARP 요청을 브로드캐스트 메시지로 네트워크 내에 모든 호스트로 전송한다.
2. 수신한 호스트는 ARP 요청 메시지에 포함된 IP 주소를 확인해 자신과 관련이 없는 IP 주소일 경우에는 무시하고, 자신의 IP 주소일 경우에는 ARP 응답 메시지를 전송한다.
3. ARP 응답 메시지에는 응답 메시지를 보내는 호스트의 MAC 주소가 포함되어 있다.

이때, 호스트 입장에서 ARP 요청 메시지와 ARP 응답 메시지를 주고받으며 알게 된 <IP 주소, MAC 주소> 쌍으로 기억해 두는 것이 좋다. 이러한 정보는 ARP 테이블에 저장된다. ARP 테이블 항목은 일정 시간이 지나면 삭제되고, 임의로 삭제할 수도 있다.

---

참고 자료

이것이 취업을 위한 컴퓨터 과학이다 with CS 기술 면접