IP 주소와 데이터그램

핵심 정리

데이터그램은 패킷 교환 네트워크에서 쓰이는 기본 전송 단위이다. 데이터그램은 헤더와 페이로드 섹션으로 구성되며, 연결 없는 통신 서비스를 제공한다. 네트워크는 데이터그램의 전달, 도착 시간, 도착 순서를 보장할 필요가 없으므로 순서가 바뀌거나 유실되는 상황은 상위 계층이 처리해야 한다. 데이터그램의 기본 구조를 이해하면 이후의 헤더 필드와 단편화 문제가 하나로 이어진다.

IPv4 주소는 부족 문제가 누적되어 여러 완화책이 함께 쓰인다. NAT는 사설 주소를 공인 주소로 변환해 IPv4 주소 부족을 완화하는 방법이다. DHCP는 주소를 일정 기간 임대해 재사용하므로 주소 부족을 완화하는 데 쓰인다. 이런 방식들은 주소 체계를 바꾸는 근본 해결이 아니다. 근본 해결책은 IPv6이며, IPv6는 128비트 주소 체계로 IPv4의 주소 고갈을 근본적으로 해결하는 후속 프로토콜이다.

CIDR은 IP 주소 고갈 문제 대응책으로 등장한 주소 지정 방식이다. CIDR은 IP 주소 고갈 문제를 해결하기 위해 1993년 IETF가 도입하였다. CIDR은 IP 주소를 클래스 구분 없이 지정할 수 있게 해 준다. 주소 뒤 슬래시(/) 다음에 네트워크 프리픽스의 길이를 적는 표기 방식도 함께 익혀야 한다.CIDR은 슬래시(/) 뒤에 네트워크 프리픽스의 길이를 표시한다.

IPv4 헤더의 필드는 각각 역할이 다르다. TTL 필드는 데이터그램이 거칠 수 있는 최대 라우터 수를 나타낸다. Protocol 필드는 IP 계층의 서비스를 사용하는 상위 계층 프로토콜을 나타낸다. Flags 필드는 단편화와 관련된 필드이다. 필드 이름만 보고 역할을 짐작하면 틀리기 쉬우므로 각 필드가 나타내는 값을 따로 정리해 두어야 한다.

단편화는 편리한 기능이지만 보안상 약점이 되기도 한다. Teardrop은 순서 번호를 조작한 IP 조각으로 수신 시스템의 재조합 오류를 일으키는 공격이다. Tiny Fragment Attack은 TCP 헤더를 매우 작은 IP 단편으로 나누어 첫 단편만 검사하는 패킷 필터를 우회하는 공격이다. 두 공격 모두 단편화를 악용하지만 재조합 단계를 노리는지, 검사 단계를 노리는지가 다르다.

자세히

IPv4 헤더 필드

헤더 필드는 크기와 역할을 함께 묻는다. Total Length 필드는 헤더를 포함한 데이터그램 전체 길이를 바이트 단위로 나타낸다. 헤더 길이와 전체 길이를 혼동하지 않도록 필드 이름과 기준 범위를 같이 기억해야 한다. IPv4 IP 데이터그램의 최대 길이는 65,535바이트이다. 이 값은 최대 길이라는 기준으로 기억해야 하며, 최대를 최소로 바꾸면 틀린 선지가 된다.

TTL 필드는 데이터그램이 거칠 수 있는 최대 라우터 수를 정하는 필드이므로, 시간과 관련된 값으로 보면 안 된다. 수신 호스트는 Protocol 필드 값을 보고 데이터를 어느 상위 프로토콜로 넘길지 정한다. Flags 필드는 단편화와 관련되므로 뒤의 단편화 항목과 함께 보는 것이 정리에 편하다.

CIDR과 서브넷 표기

CIDR은 클래스 단위의 고정 구분 없이 프리픽스 길이로 네트워크 크기를 정하는 방식이다. 표기 형식은 주소 뒤에 슬래시와 프리픽스 길이를 붙이는 것이다. 접두어 길이가 /25에 해당하면 서브넷 마스크는 255.255.255.128이다.

서브넷은 2진 분할로 만들어지므로 서브넷 개수는 2의 거듭제곱이다. 따라서 서브넷 수를 임의의 정수로 계산하면 안 된다. 서브넷 개수와 각 서브넷의 주소 수는 서로 반대로 움직이므로, 나누는 횟수와 남는 호스트 비트를 함께 계산해야 한다.

클래스 방식은 고정된 크기 단위에 맞춰 주소를 나눠야 했지만, CIDR은 필요한 크기만큼 프리픽스로 잘라 쓸 수 있다. CIDR을 이해할 때는 주소 공간을 몇 개로 나누는지와 각 서브넷이 얼마나 많은 주소를 갖는지를 같이 계산해야 한다.

IPv6 등장 배경과 주소 공간

IPv6는 IPv4의 주소 부족 문제를 해결하기 위해 등장하였다. IPv6는 주소 길이를 32비트에서 128비트로 확장해 주소 공간을 넓힌 프로토콜이다. IPv6는 128비트 주소 공간을 제공한다. 주소 길이가 주소 길이 128비트 늘어나면서 주소를 나눠 쓰는 방식의 부담이 줄어든다.

IPv4와 IPv6를 비교할 때는 주소 길이, 헤더 구조, 주소 유형 세 가지를 함께 정리하면 혼동이 줄어든다.