[Network] IP: IPv4, IPv6, CIDR

network-ip, IP address, IP 주소, IPv4, IPv6, CIDR notation, IP

정의

IP (Internet Protocol) 주소 는 인터넷에서 노드를 식별하는 논리 주소다. IPv4 (32bit) 와 IPv6 (128bit) 두 버전이 현재 병존한다.

IP 는 OSI 7 Layer 의 L3 (Network Layer) 에서 동작하며, 라우터가 패킷을 목적지까지 전달하는 기반이 된다.

IPv4

4 개 8bit 옥텟: 192.168.1.1. 총 2^32 (약 43억 개), 이미 고갈 상태.

주소 구조 (CIDR)

IP:      192  .  168  .   1   .   1
Binary: 11000000.10101000.00000001.00000001
        |<--- 네트워크 부분 (prefix) --->| 호스트|

192.168.1.0/24 표기에서 /24 는 앞 24 bit 가 네트워크 식별자, 뒤 8 bit 가 호스트 주소임을 의미한다.

특수 주소 범위

범위	CIDR	용도
사설 A	10.0.0.0/8	대규모 사내망
사설 B	172.16.0.0/12	중규모 네트워크
사설 C	192.168.0.0/16	홈 라우터 기본
루프백	127.0.0.0/8	localhost
링크 로컬	169.254.0.0/16	APIPA (DHCP 실패 시 자동 할당)
멀티캐스트	224.0.0.0/4	그룹 전송
브로드캐스트	255.255.255.255/32	서브넷 전체 전송

CIDR 서브넷 계산

CIDR	서브넷 마스크	호스트 수	용도
/8	255.0.0.0	16,777,214	대형 사내망 (Class A)
/16	255.255.0.0	65,534	중형 사내망 (Class B)
/24	255.255.255.0	254	일반 서브넷 (Class C)
/28	255.255.255.240	14	소형 서브넷
/30	255.255.255.252	2	P2P 링크
/32	255.255.255.255	1	단일 호스트

서브넷 계산 예시

VPC 10.0.0.0/16 분할:
  Public subnet:  10.0.1.0/24   → 254 호스트
  Private subnet: 10.0.2.0/24   → 254 호스트
  DB subnet:      10.0.3.0/24   → 254 호스트
  Reserved:       10.0.4.0/24 ~ 10.0.255.0/24

IPv6

128bit 주소, 16진수 8 그룹으로 표기: 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334

연속된 0 그룹 축약: 2001:db8:85a3::8a2e:370:7334

IPv4 vs IPv6 비교

특성	IPv4	IPv6
비트 수	32	128
주소 수	약 43억	약 3.4 x 10^38
표기	점 표기 192.168.1.1	콜론 16진수 ::1
헤더 크기	20 byte (가변)	40 byte (고정)
NAT 필요	필수 (주소 부족)	불필요
서브넷 기본	가변	/64 (LAN 하나)
체크섬	헤더에 포함	제거됨 (상위 계층 위임)

IPv6 특수 주소

주소	의미
::1	loopback (IPv4 의 127.0.0.1)
fe80::/10	link-local (라우터를 넘지 않음)
fc00::/7	unique local (사설 주소, IPv4 의 10.0.0.0/8 유사)
ff00::/8	멀티캐스트
2000::/3	글로벌 유니캐스트 (공인 주소)

Public vs Private

flowchart LR
    subgraph LAN["사내 / 가정 LAN (사설 IP)"]
        PC1["PC1: 192.168.1.10"]
        PC2["PC2: 192.168.1.11"]
        Phone["모바일: 192.168.1.50"]
    end
    NAT["NAT 라우터\n공인: 203.0.113.5"]
    Internet["인터넷"]
    PC1 --> NAT
    PC2 --> NAT
    Phone --> NAT
    NAT --> Internet

Public IP: 인터넷에서 직접 라우팅 가능. ISP 가 할당.

Private IP: 로컬 네트워크 전용. 외부에서 직접 접근 불가. NAT 를 통해 공인 IP 와 매핑.

NAT (Network Address Translation)

IPv4 고갈 문제를 보완하기 위해 라우터가 내부 사설 주소를 외부 공인 주소로 변환한다.

sequenceDiagram
    participant PC as PC192168110
    participant R as RouterNAT
    participant S as WebServer
    PC->>R: SRC=192.168.1.10:4000 DST=1.2.3.4:80
    R->>S: SRC=203.0.113.5:12345 DST=1.2.3.4:80
    note over R: NAT 테이블에 매핑 기록
    S->>R: SRC=1.2.3.4:80 DST=203.0.113.5:12345
    R->>PC: SRC=1.2.3.4:80 DST=192.168.1.10:4000

NAT 는 연결 추적(connection tracking) 이 필요하며, Stateful Firewall 과 함께 동작한다.

자세한 내용: NAT.

DHCP

동적 IP 할당 프로토콜. 4단계 DORA 플로우:

sequenceDiagram
    participant C as Client
    participant D as DHCPServer
    C->>D: DHCPDISCOVER (broadcast)
    D->>C: DHCPOFFER (IP 제안, lease 시간)
    C->>D: DHCPREQUEST (제안 수락)
    D->>C: DHCPACK (확정, lease 시작)
    note over C,D: IP 임차 기간 만료 전 갱신 필요

• Discover: 클라이언트가 브로드캐스트로 DHCP 서버 탐색
• Offer: 서버가 사용 가능한 IP 와 임차 기간 제안
• Request: 클라이언트가 특정 IP 를 요청
• Acknowledge: 서버가 IP 할당 확정

IP 패킷 구조 (IPv4)

 0       4       8      16      24      32 bit
 +-------+-------+-------+-------+-------+
 |Version|  IHL  |  ToS  |    Total Len  |
 +-------+-------+-------+---------------+
 |     Identification    |Flags|Frag Offs|
 +-------+-------+-------+-------+-------+
 |   TTL |Protocol|    Header Checksum   |
 +-------+-------+-------+-------+-------+
 |           Source Address              |
 +-------+-------+-------+-------+-------+
 |        Destination Address            |
 +-------+-------+-------+-------+-------+
 |         Options (optional)            |
 +-------+-------+-------+-------+-------+

주요 필드:

• TTL (Time to Live): 라우터 통과 시마다 1 감소. 0 이 되면 패킷 폐기하고 ICMP Time Exceeded 전송 (루프 방지, traceroute 원리)
• Protocol: 상위 계층 식별 (TCP=6, UDP=17, ICMP=1)
• Flags + Fragment Offset: MTU 초과 패킷을 단편화 (분할) 하기 위한 필드

실전 예시

AWS VPC 서브넷 설계

VPC:            10.0.0.0/16       (65,534 개 IP)
  Public AZ-a:  10.0.1.0/24       (254 개, 인터넷 게이트웨이)
  Public AZ-b:  10.0.2.0/24       (254 개, 인터넷 게이트웨이)
  Private AZ-a: 10.0.11.0/24      (254 개, NAT 게이트웨이)
  Private AZ-b: 10.0.12.0/24      (254 개, NAT 게이트웨이)
  DB AZ-a:      10.0.21.0/24      (254 개, 외부 접근 불가)
  DB AZ-b:      10.0.22.0/24      (254 개, 외부 접근 불가)

IPv4/IPv6 이중 스택 (Dual Stack)

현재 인터넷은 IPv4 와 IPv6 를 동시 운용한다. 서버는 두 주소 모두 수신하고, 클라이언트는 Happy Eyeballs (RFC 8305) 로 더 빠른 쪽을 선택한다.

# 서버 측 이중 스택 리슨 확인
ss -tn -l '( sport = :80 or sport = :443 )'
# IPv6 형식으로 IPv4 도 포함: ::ffff:0.0.0.0

# IPv6 연결 확인
curl -6 https://ipv6.google.com

네트워크 디버깅 커맨드

# IP 주소 확인
ip addr show           # Linux
ifconfig               # macOS / 구형

# 라우팅 테이블
ip route show
route -n               # 구형

# ICMP ping (L3 연결성)
ping 1.1.1.1
ping6 2606:4700:4700::1111   # IPv6

# 경로 추적 (TTL 활용)
traceroute 1.1.1.1

함정

참고

• NAT
• CIDR / 서브네팅
• DNS
• TCP, UDP

관련 위키

• NAT - 사설 IP 의 인터넷 연결 방법
• CIDR / 서브네팅 - 서브넷 분할 상세
• DNS - 도메인 to IP 매핑
• TCP, UDP - IP 위 전송 계층
• OSI 7 Layer - L3 Network 계층 맥락