IPv4 주소 체계

데이터 링크 계층에서 MAC 주소로 같은 네트워크 내의 장치를 식별한다는 것을 배웠습니다.

하지만 서울에 있는 컴퓨터가 미국 서버에 데이터를 보내려면 MAC 주소만으로는 부족합니다.

전 세계 네트워크를 횡단하며 목적지를 찾아가려면, 논리적 주소 체계가 필요합니다.

그것이 바로 IP(Internet Protocol) 주소입니다.

IPv4의 핵심 역할은 출발지와 목적지 호스트를 32비트 주소로 식별하고, 라우터가 목적지 네트워크를 향해 데이터그램을 넘겨가게 하는 것입니다.

신뢰성, 순서 보장, 재전송은 IPv4 자체가 아니라 TCP 같은 상위 계층이 맡습니다.

IP 주소의 구조

IPv4 주소는 32비트로 구성됩니다.

8비트씩 4개로 나누어 점으로 구분하는 점 십진 표기법(Dotted Decimal Notation)을 사용합니다.

예를 들어 192.168.1.100은 이진수로 11000000.10101000.00000001.01100100입니다.

IP 주소는 두 부분으로 나뉩니다.

네트워크부(Network Part)는 해당 장치가 속한 네트워크를 식별합니다.

이 경계는 주소만으로 정해지지 않고 서브넷 마스크나 프리픽스 길이가 필요합니다. 라우터는 목적지와 일치하는 경로 중 가장 긴 프리픽스를 선택합니다.

호스트부(Host Part)는 해당 네트워크 내에서 특정 장치를 식별합니다.

그림의 AND를 직접 풀기: /26의 마지막 마스크 옥텟은 11000000입니다. 주소의 마지막 옥텟 01100100과 AND하면 01000000 = 64가 남습니다. 따라서 192.168.1.100/26의 네트워크는 192.168.1.64/26이며, 호스트부 6비트의 값은 100100 = 36입니다. 네트워크 시작 64에 오프셋 36을 더하면 원래 주소 100으로 돌아옵니다. 끝 주소는 64 + 63 = 127이고 일반 호스트 범위는 .65~.126입니다.

독립 계산: 같은 주소의 마지막 옥텟만 200으로 바꾸어 192.168.1.200/26을 만들었습니다. 200 = 11001000을 사용해 네트워크 주소·호스트부 오프셋·전체 주소 범위를 구하세요. .100과 같은 /26에 속하는지도 판단하세요.

클래스 기반 주소 체계

초기 인터넷에서는 IP 주소를 다섯 개의 클래스(Class)로 나누어 관리했습니다.

클래스별 IP 구조
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Class A: 0xxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx
         │네트워크│     호스트 (24비트)        │
         1.0.0.0 ~ 126.255.255.255

Class B: 10xxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx
         │  네트워크 (16비트) │ 호스트 (16비트)│
         128.0.0.0 ~ 191.255.255.255

Class C: 110xxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx
         │  네트워크 (24비트)        │호스트(8)│
         192.0.0.0 ~ 223.255.255.255

Class D: 1110xxxx — 멀티캐스트 (224~239)
Class E: 1111xxxx — 실험용 (240~255)

이 클래스 체계는 오늘날에는 거의 사용되지 않습니다.

클래스 A 하나에 1,600만 개의 주소가 할당되는데, 대부분의 기관이 그만큼 사용하지 않아 엄청난 주소 낭비가 발생했기 때문입니다.

현재 라우팅과 주소 할당에서는 주소의 첫 비트만 보고 마스크를 추론하지 않습니다.

192.168.1.0/24처럼 프리픽스 길이를 주소와 함께 명시하는 CIDR 방식이 기준입니다.

사설 IP와 공인 IP

사설망에서 외부 서비스에 접속할 때는 흔히 NAT를 사용하며, 프록시나 터널 같은 구성도 가능합니다. 공인 주소의 비용은 ISP·클라우드의 할당 정책에 따라 달라집니다.

RFC 1918 사설 IP 대역

표의 수는 블록에 포함된 전체 주소 수입니다. 실제 호스트 수는 나눈 서브넷과 예약 규칙에 따라 달라집니다.

다음 코드는 IPv4 입력용 예제입니다. 출력의 사설 IP는 ipaddress.is_private 속성 이름을 단순화한 것이며 RFC 1918 포함 여부와 같지 않습니다. 이 속성은 전역 도달 가능성 분류를 따르므로 링크 로컬·루프백 등도 포함할 수 있습니다. 100.64.0.0/10은 is_private와 is_global이 모두 False이며 Python 버전별 분류 수정도 확인해야 합니다.

"""IP 주소의 종류를 분류"""
import ipaddress

def classify_ip(ip_str):
    """IP 주소를 분류하여 정보 출력"""
    ip = ipaddress.ip_address(ip_str)

    info = {
        "주소": str(ip),
        "이진수": format(int(ip), "032b"),
        "사설 IP": ip.is_private,
        "루프백": ip.is_loopback,
        "멀티캐스트": ip.is_multicast,
        "링크 로컬": ip.is_link_local,
    }

    # 클래스 판별 (역사적 분류)
    first_octet = int(ip_str.split(".")[0])
    if first_octet == 0:
        info["클래스"] = "특수 (0/8)"
    elif first_octet <= 126:
        info["클래스"] = "A"
    elif first_octet == 127:
        info["클래스"] = "특수 (루프백)"
    elif first_octet <= 191:
        info["클래스"] = "B"
    elif first_octet <= 223:
        info["클래스"] = "C"
    elif first_octet <= 239:
        info["클래스"] = "D (멀티캐스트)"
    else:
        info["클래스"] = "E (실험용)"

    for k, v in info.items():
        print(f"  {k}: {v}")
    print()

test_ips = [
    "192.168.1.100",
    "10.0.0.1",
    "8.8.8.8",
    "172.16.0.1",
    "127.0.0.1",
    "224.0.0.1",
    "169.254.1.1",
]

for ip in test_ips:
    classify_ip(ip)

특수 주소

# 자신의 IP 주소 확인
ip addr show               # Linux
ipconfig                   # Windows

# 공인 IP 확인
curl -s ifconfig.me

# 기본 게이트웨이 확인
ip route | grep default     # Linux
route print                 # Windows

# IP 주소 관련 문제 진단
# APIPA(169.254.x.x)라면 → DHCP 임대 획득 경로 조사
# 외부 IP 조회가 실패하면 → DNS·연결·조회 서비스부터 확인

IP 헤더 주요 필드

TTL(Time To Live)은 패킷이 네트워크에서 무한 순환하는 것을 방지합니다.

라우터는 전달할 때 TTL을 최소 1 감소시키며 만료된 패킷을 폐기합니다. 통상 홉 수 제한처럼 동작합니다.

Linux의 64, Windows의 128은 흔한 초기값이며 설정에 따라 달라집니다.

traceroute는 이 TTL을 1부터 순차적으로 늘려가며 경로의 각 라우터를 확인하는 도구입니다.

다음 절에서는 네트워크부와 호스트부의 경계를 유연하게 조절하는 서브넷과 CIDR를 살펴보겠습니다.