IPv4 고갈 위기 및 해결방안(모바일네트워크 토의 수업)

 

주제: IPv4 고갈 위기 및 해결방안

 

 

우리가 흔히 쓰고 있는 IP 주소는 32 bits로 이루어진 IPv4입니다. IPv4는 사용할 수 있는 주소가 2^32인 약 43억 개로 한정되어 있습니다. 그래서 IP 주소가 고갈될 위기에 처해 있다는 우려가 계속되고 있습니다. 이러한 IP 주소 고갈 문제는 어떻게 해결할 수 있을까요?

 

1. 서브넷팅(Subnetting)

IP 주소는 네트워크 ID와 호스트 ID로 나눌 수 있습니다. 네트워크 ID는 ‘동의대학교 네트워크’, 또는 ‘컴퓨터공학과 네트워크’와 같이 그룹을 식별하는 부분입니다. 호스트 ID는 네트워크 그룹에 속한 단말기를 개별적으로 식별하는 부분입니다.

 

 

예를 들어, 동의대 컴퓨터공학과의 네트워크 ID가 앞 16 bits인 153.198이라고 가정해 보겠습니다. 호스트 ID는 나머지 16 bits이므로 컴퓨터공학과는 총 (2^16)-2만큼인 65534개의 IP 주소를 사용할 수 있습니다. 그런데 만약 IP 주소를 200개만 사용한다면? 나머지 65334개의 수많은 주소가 사용되지 않고 낭비되는 것입니다.

 

※ 네트워크 ID가 16 bits인 이유는?
해당 IP 주소의 네트워크 클래스가 B Class이기 때문


※ IPv4 네트워크 클래스
① A Class
    - 범위: 0.0.0.0 ~ 127.255.255.255 (최상위 1비트가 0인 경우)
    - 네트워크 영역: 상위 8비트
    - 호스트 영역: 하위 24비트

② B Class
    - 범위: 128.0.0.0 ~ 191.255.255.255 (최상위 2비트가 10인 경우)
    - 네트워크 영역: 상위 16비트
    - 호스트 영역: 하위 16비트

③ C Class
    - 범위: 192.0.0.0 ~ 223.255.255.255 (최상위 3비트가 110인 경우)
    - 네트워크 영역: 상위 24비트
    - 호스트 영역: 하위 8비트

④ D Class
    - 범위: 224.0.0.0 ~ 239.255.255.255 (최상위 4비트가 1110인 경우)
    - 예약된 클래스(멀티캐스트 용도로 사용)

⑤ E Class
    - 범위: 240.0.0.0 ~ 255.255.255.255 (최상위 4비트가 1111인 경우)
    - 예약된 클래스(연구 등 특수 용도로 사용)

 

 

이러한 낭비를 줄이기 위해 호스트 ID 영역 일부를 네트워크 ID로 사용할 수 있습니다. 이때 추가되는 네트워크 영역을 ‘서브넷(Subnet)’ 또는 ‘부분망’이라고 합니다. 그림에서는 8 bits의 서브넷이 추가되어 네트워크 ID는 24 bits가 됩니다. 호스트 ID는 나머지 8 bits가 됩니다. 즉, 학과별 네트워크마다 (2^8)-2인 254개의 IP 주소를 사용할 수 있습니다.

 

※ 네트워크별 호스트에 할당할 수 있는 IP 주소
먼저, 2를 호스트 ID의 비트 수 만큼 제곱한 뒤, 2를 뺀다.
2를 빼는 이유는 네트워크별로 2개의 IP 주소는 후술할 네트워크 주소와, 브로드캐스트 주소로 사용하기 때문이다.
( 예: 호스트 ID가 8비트인 경우, 호스트에 할당할 수 있는 IP 주소는 (2^8)-2 = 254개 )

1. 네트워크 주소
    - 네트워크 자체를 가리키는 주소(특정 호스트를 가리키지 않음)
    - 네트워크에 속한 IP 주소 중 첫 IP 주소(호스트 ID의 비트가 0으로만 구성됨)

2. 브로드캐스트 주소
    - 브로드캐스트(네트워크 내 전체 호스트에 데이터 전송)를 하기 위한 주소
    - 네트워크에 속한 IP 주소 중 마지막 IP 주소(호스트 ID의 비트가 1로만 구성됨)

 

결론적으로, 서브넷팅을 하게 되면 원래 학과 하나에만 할당할 수 있었던 IP 주소 범위를 가지고 모든 학과에 할당할 수 있으므로, IP 주소를 절약할 수 있습니다.

 

2. NAT(Network Address Translation)

NAT는 네트워크 외부 IP를 네트워크 내부에서 사용할 수 있는 IP로 변환하는 방법입니다. 외부 IP는 공인 IP, 내부 IP는 사설 IP로 불립니다.

 

 

동의대학교를 가리키는 주소가 유일하듯이, 공인 IP는 전 세계에서 유일한 IP 주소입니다. 반면, 사설 IP는 네트워크 내부에서만 유일한 주소입니다. 예를 들어, ‘정보관 811호’가 동의대학교 내부에서는 유일하지만, 외부의 다른 대학교에서도 ‘정보관 811호’가 존재할 가능성이 충분하다는 것으로 비유할 수 있습니다.

 

이 방법은 공인 IP 1회선과 네트워크 공유기 1대만 있어도 여러 호스트가 같은 네트워크를 사용할 수 있습니다. 비용이 저렴해서 가정에서는 물론 카페 등의 소규모 사업장에서도 흔히 사용하는 방법입니다.

 

3. IPv6(Internet Protocol Version 6)

IPv4에서 자릿수를 대폭 확장하여 새로운 체계의 주소를 사용하는 방법이 IPv6입니다. IPv4가 2^32개(=42억 9496만 7296개)의 주소를 가진다면, IPv6은 2^128개(=340간 2,823구 6,692양 938자 4,634해 6,337경 4,607조 4,317억 6,821만 1,456개)나 되는 천문학적인 수의 주소를 사용할 수 있습니다.

 

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앞서 설명한 두 방법은 돈을 아껴 쓰듯이 IPv4 주소를 아껴 쓰며 고갈 시점을 늦추는 것에 불과하지만, IPv6는 무한대에 가까운 주소를 씀으로써 고갈 위기를 근본적으로 해결할 수 있습니다. 그러나 IPv4 체계를 IPv6 체계로 전환하는 데 호환성 문제 등 여러 문제점이 있어, IPv6은 거의 사용되지 않고 있습니다. 하지만 미래를 위해 IPv6 체계 도입을 지금부터 조금씩이라도 준비해야 한다고 생각합니다.