공인·사설 IP 주소 / 정적·동적 IP 주소

✔ 공인 IP 주소 (public IP address)

• 전 세계에서 고유한 IP 주소
• 네트워크 간의 통신, 인터넷을 이용할 때 사용하는 IP 주소
• 공인 IP 주소는 ISP나 공인 IP 주소 할당 기관을 통해 할당

 

✔ 사설 IP 주소 (private IP address)

• 사설 네트워크에서 사용하기 위한 IP 주소
• 사설 IP 주소로 사용하도록 특별히 예약된 IP 주소 공간

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)

• 사설 IP 주소의 할당 주체는 일반적으로 라우터(공유기)
• 사설 IP 주소는 호스트가 속한 사설 네트워크에서만 유효한 주소
• 얼마든지 다른 네트워크상의 사설 IP 주소와 중복 가능
• 일반적으로 네트워크 간 통신은 사설 IP 주소가 아닌 공인 IP 주소를 통해 이루어짐

 

✔ NAT (Network Address Translation)

• IP 주소 변환 기술: 주로 사설 IP 주소(네트워크 내부)와 공인 IP 주소(네트워크 외부)를 변환
• 대부분의 라우터와 (가정용) 공유기는 NAT 기능 내장
  - 사설 네트워크의 패킷 속 사설 IP 주소는 공유기를 거쳐 공인 IP 주소로 변경
  - 외부 네트워크의 패킷 속 공인 IP 주소는 공유기를 거쳐 사설 IP 주소로 변경
• NAT를 통해 사설 IP 주소를 사용하는 여러 호스트는 적은 수의 공인 IP 주소를 공유 가능

 

공인 IP 주소와 사설 IP 주소 확인

• 현재 IP(IPv4) 주소 조회 - ipconfig(윈도우) / ifconfig(맥OS)
  - 만일 10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12, 192.168.0.0/16 중 하나가 보인다면 이는 사설 IP 주소
• 네이버 검색창에 '내 IP 주소'를 입력하거나 구글 검색창에 'what is my ip address'를 입력
• 네이버나 구글은 사설 IP 주소가 아닌 공인 IP 주소를 인식하기 때문에 공인 IP 주소를 표시

 

정적 IP 주소와 동적 IP 주소

✔ 정적 할당

• 호스트에 직접 (수작업으로) IP 주소를 부여하는 방식
• 이렇게 할당된 IP 주소를 정적 IP 주소(static IP address)라고 함

 

정적 IP 주소 부여

• 윈도우나 맥OS 등의 네트워크 설정에서 IP 주소를 수동으로 설정
• 일반적으로 부여하고자 하는 IP 주소, 서브넷 마스크, 게이트웨이(라우터) 주소, DNS 주소를 입력

 

✔ 기본 게이트웨이(default gateway)

• 게이트웨이(gateway)의 일반적 의미: 서로 다른 네트워크를 연결하는 하드웨어/소프트웨어적 수단
• 호스트가 속한 네트워크 외부로 나가기 위한 기본적인 첫 경로(첫 번째 홉)
• 네트워크 외부와 연결된 라우터(공유기)의 주소를 의미하는 경우가 많음
• IP 할당의 맥락에서 사용된 '게이트웨이'라는 용어는 기본 게이트웨이(라우터(공유기)의 주소)를 의미

 

모든 IP 주소를 정적으로 할당할 수 있을까?

• 호스트 수가 많아질 경우 관리 곤란
• 의도치 않게 잘못된 IP 주소를 입력할 수도 있고, 중복된 IP 주소를 입력할 수도 있음

 

✔ 동적 할당

• 호스트에 IP 주소를 프로토콜을 활용해 자동으로 할당하는 방식
• IP 동적 할당에 사용되는 대표적인 프로토콜: DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)
• 이렇게 할당된 IP 주소를 동적 IP 주소(dynamic IP address)라고 함

 

DHCP를 통한 IP 주소 할당

• 클라이언트와 DHCP 서버 간 메시지 송수신을 통해 할당이 이루어짐
• 클라이언트: IP 주소를 할당받고자 하는 호스트
• DHCP 서버: 호스트에게 IP 주소를 제공하는 호스트
  - DHCP 서버의 역할은 일반적으로 라우터(공유기)가 수행
  - 특정 호스트에 DHCP 서버 기능을 추가할 수도 있음
  - DHCP 서버는 클라이언트에게 할당 가능한 IP 주소 목록을 관리하다, 클라이언트 요청시 IP 주소를 할당

-  DHCP로 할당받은 동적 IP 주소는 사용할 기간(임대 기간)이 정해짐
- "DHCP로 IP 주소를 할당 받는 것 = 'IP 주소를 임대한다'"
- 일반적으로 수 시간 ~ 수 일
- 임대 기간이 끝난 IP 주소는 다시 DHCP 서버로 반납

 

IP 주소 할당 과정에서 주고받는 메시지

 

1) DHCP Discover (클라이언트 -> DHCP 서버)

• DHCP 서버를 찾는 메시지
• 브로드캐스트로 전송
• 클라이언트는 아직 IP 주소를 할당받지 못함: 송신지 IP 주소는 0.0.0.0으로 설정

2) DHCP Offer (DHCP 서버 -> 클라이언트)

• 클라이언트에게 할당 가능한 IP 주소 정보를 제안하는 메시지
• 할당 가능한 IP 주소, 서브넷 마스크, 임대 기간 등의 정보 포함

3) DHCP Request (클라이언트 -> DHCP 서버)

• DHCP Offer 메시지에 대한 응답
• 브로드캐스트로 전송

4) DHCP Acknowledgment (DHCP ACK) (DHCP 서버 -> 클라이언트)

• 최종 승인과 같은 메시지
• DHCP ACK 메시지를 수신한 클라이언트는 할당받은 IP 주소를 자신의 IP 주소로 설정 후 임대 기간 동안 IP 주소 사용

 

사용 기간이 모두 끝나면?

• IP 주소를 DHCP 서버에 반납
• 원칙적으론 다시 DHCP Discover - DHCP Offer - DHCP Request - DHCK ACK 주고받아 IP 주소 재할당

 

✔ 임대 갱신(lease renewal)

• IP 주소의 임대 기간이 끝나갈 때 임대 기간을 연장하는 것
• 임대 기간이 끝나기 전에 기본적으로 두 차례 자동 수행
• 자동 임대 갱신이 모두 실패하면 그때 IP 주소 반납

 

✔ 예약 주소

• 특수한 목적을 위해 예약된 IP 주소

✔ 127.0.0.1

• 루프백 주소(loopback address), 로컬 호스트(localhost)
• 자기 자신을 가리키는 특별한 주소
• 루프백 주소로 전송된 패킷은 자기 자신에게 되돌아옴
  - 부메랑 역할을 수행하는 주소
  - 테스트나 디버깅 용도로 사용

 

✔ 0.0.0.0/8

• 호스트가 IP 주소를 할당받기 전에 임시로 할당되는 IP 주소
  e.g.) DHCP Discover 메시지를 전송하는 시점의 클라이언트 IP 주소
• 특별히 지칭할 IP 주소가 없을 때 사용되는 IP 주소
  - 호스트 입장에서 마땅히 자신을 지칭할 IP 주소가 없을 때

 

✔ 0.0.0.0/0

• 0.0.0.0/8과 유사하지만 다른 의미를 지니는 주소
• '모든 임의의 IP 주소'
• 주로 라우팅에서 디폴트 라우트(default route)를 나타내기 위해 사용
  - 디폴트 라우트: 패킷을 어떤 IP 주소로 전달할지 결정하기 어려운 경우 기본적으로 패킷을 전달할 경로
  - "어디로 패킷을 전달해야 할지 명확하지 않으면 여기로 패킷을 이동시켜라"

 

출처

개발자를 위한 컴퓨터공학 2: 혼자 공부하는 네트워크