[Network] IP 기본 개념(feat: 사설 IP, 공인 IP, NAT, 탄력적 네트워크 인터페이스, 라우팅 테이블)

🔗 IP란?

• IP(Internet Protocol)란 인터넷에 연결된 장치들을 식별할 수 있도록 각각의 장비에게 부여되는 고유 주소
• 예를 들어, 내가 우리집에서 다른 친구의 집으로 택배를 보내준다고 했을 때, 우리 집의 주소와 택배를 보내려는 친구의 주소를 정확히 기재해야 하는 것처럼, 인터넷에서 데이터를 요청하고 응답할 때에도 보내고 받을 주소가 필요한 것이다.
• 인터넷 상의 “주소”가 IP이다.
• 이 IP 주소는 IPv4, IPv6 2가지 종류가 있다. 그러나 일반적으로 IP 주소라고 하면, IPv4를 의미한다.

📍 IPv4(이전)

• IP version 4의 약자
• 전 세계적으로 사용된 첫 번째 인터넷 프로토콜
• IP는 일반적으로 172.16.254.1(이진수→10101100.00010000.1111110.0000001)과 같이 4개의 점으로 분리된 10진수 형식. → IP는 32bit로 이루어진 주소

 

📍 IPv6(최신)

• IPv6의 32비트 주소 체계를 128비트 크기로 확장한 차세대 인터넷 프로토콜 주소

• IPv6은 128비트 즉, 2^128개의 주소를 가지고 있어 거의 무한대로 쓸 수 있다.
• 네트워크 속도, 보안 측면 뿐이 아닌 여러 측면에서 뛰어나지만, 기존의 주소 체계에서 변경하는 것이 비용이 많이 들어 아직 완전히 상용화 되지 않음.

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🔗 사설 IP 개념의 등장

• IPv6의 기존 주소체계 변경의 비용 문제 때문에 현재까지도 일반적으로 사용되고 있는 IPv4의 약 43억개의 주소는 이미 고갈된지 오래. ⬅️ 그렇다면 왜 IP주소가 고갈되어서 문제가 된다는 얘기는 들어본 적이 없는 걸까?

➡️ 사설 IP 개념의 등장(기존의 주소체계에서 일종의 수학적인 트릭을 고안해서 사용)

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🔗 공인 IP / 사설 IP / 고정 IP / 유동 IP

• 사설 IP를 설명하기 전에 아이피는 4가지 종류로 나뉜다. 나누는 방식에 따라 고정 IP, 유동 IP, 공인 IP, 사설 IP로 나누어진다.

📍 고정 IP

• 변하지 않고 컴퓨터에 고정적으로 부여된 IP
• 한번 부여되면 IP 반납을 하기 전까지는 다른 장비에 부여할 수 없는 고유의 IP로 보안성이 우수하기 때문에 보안이 필요한 업체나 기관에서 사용한다.

📍 유동 IP

• 변하는 IP
• 인터넷 사용자 모두에게 고정 IP를 부여해 주기는 힘들기 때문에, 일정한 주기 또는 사용자들이 인터넷에 접속하는 매 순간마다 사용하고 있지 않은 IP 주소를 임시로 발급해 주는 IP이다.
• 대부분의 사용자는 유동 IP를 사용한다.

📍 공인 IP

• IP 주소는 임의로 우리가 부여하는 것이 아니라 전 세계적으로 ICANN이라는 기관이 국가별로 사용할 IP 대역을 관리하고, 우리나라는 한국인터넷진흥원(KISA)에서 국내 IP 주소들을 관리하고 있다.
• 이것을 ISP(Internet Service Provider의 약자로 KT, LG, SKT와 같이 인터넷을 제공하는 통신업체)가 부여받고, 우리는 위 회사에 가입을 통해 IP를 제공받아 인터넷을 사용하게 되는 것이다. 이렇게 발급받은 IP를 공인 IP라고 한다. -> ISP가 인터넷에 연결된 각 기기에 할당하는 "고유한 IP 주소". 인터넷에 공개적으로 노출되며, 다른 인터넷 사용자와 통신할 수 있게 해준다. 
• 전세계에서 "유일"한 ip주소

📍 사설 IP

• 공유기를 사용한 인터넷 접속 환경일 경우 공유기까지는 공인 IP 할당을 하지만, 공유기에 연결되어 있는 가정이나 회사의 각 네트워크 기기에는 사설 IP를 할당한다.
• 즉, 사설 IP는 어떤 네트워크 안에서만 내부적으로 사용되는 고유한 주소이다. 사설 IP는 보통 내 컴퓨터에서 사용하는 로컬 IP라고도 불리운다.
• 공인 IP는 전 세계에서 유일하지만, 사설 IP는 하나의 네트워크 안에서 유일하다. 공인 IP는 외부, 내부 상관없이 해당 IP에 접속할 수 있으나, 사설 IP는 내부에서만 접근이 가능하다.

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🔗 사설 IP & 사설망 원리

📍 사설망(Private Network)

• 공개적으로 접근할 수 없는 제한된 범위(한 기관, 회사, 가정 등) 내에서 사용되는 컴퓨터 네트워크
• 일반적으로 하나의 사설망에는 사설 IP를 부여받은 기기들과 NAT기능을 갖춘 Gateway(NAT Gateway)로 구성
• 사설망은 공공 인터넷과 격리되어 외부에서 직접 접근이 불가능. 이는 해당 네트워크의 보안을 위해 중요
• 사설망은 지정된 대역의 아이피만 사용이 가능하다. 이 주소 범위는 공공 인터넷에서 사용하는 주소 범위와 겹치지 않는다. 주로 사용하는 사설망 IP 주소 범위로는 192.168.x.x / 10.x.x.x / 172.16.x.x 부터 172.31.x.x 까지가 있다.

→ 사설망은 공유기를 사용한 인터넷 접속 환경일 경우 공유기까지는 공인 IP 할당을 하지만, 공유기에 연결되어 있는 가정이나 회사의 각 네트워크 기기에는 사설IP를 할당하여 그룹으로 묶는 방법이다. (2학년 1반의 1번과 2학년 2반의 1번이 번호가 같더라도 다른 것처럼)

• 쉽게 비유하자면, 일종의 반장을 뽑는 것과 같다. 학교의 회의에 참여하는데 모든사람이 참여할수 없으니 대표 주자인 반장이란걸 뽑는다. 그리고 그 반장은 대표로 나가서 학생들의 의견을 대신 전달하며, 학교 회의 내용을 다시 학생들에게 전달한다.

→ 사설망이라는 개념을 쓰면 같은 아이피 번호를 중복해서 마구 사용할 수 있고, 이것은 IP의 절약과 연관된다.

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🔗 NAT(Network Address Translation)

• 중복되는 사설 IP를 외부 인터넷과 문제없이 통신할 수 있도록 하는 방법
• 인터넷 주소 번역 기능.
• 사설망 ↔ 외부 통신 방법

• 공유기(라우터)에 연결되어있는 사내 컴퓨터들의 사설 IP를 받아와 유일한 공인 IP로 변환하여 외부 인터넷으로 공인 IP 주소 정보를 보내는 것.
• 외부 인터넷은 어떤 사내 컴퓨터에서 요청을 보냈는지 알 수 없지만, 응답이 오면 라우터(공유기)가 요청한 정보들을 다 기억하고 있기 때문에 요청한 사내 컴퓨터로 외부 인터넷에서 보낸 응답을 넘겨준다.
• NAT에는 3가지 종류가 있다.
  • Dynamic NAT: 1개의 사설 IP를 가용 가능한 공인 IP로 연결(공인 IP그룹에서 현재 사용 가능한 IP를 가져와서 연결)
  • Static NAT: 하나의 사설 IP를 고정된 하나의 공인 IP로 연결(AWS Internet Gateway가 사용하는 방식)
  • PAT(Port Address Translation): 많은 사설 IP를 하나의 공인 IP로 연결(NAT Gateway가 사용하는 방식)

Dynamic NAT

-> 한개의 사설 IP를 하나의 사용 가능한 공인 IP로 변환시켜 외부 인터넷과 통신

-> 사설IP(N) : 공인IP(M)

Static NAT

-> 한개의 사설 IP를 하나의 고정된 사설 IP로 변환시켜 외부 인터넷과 통신 

-> 사설IP(1) : 공인IP(1)

PAT(Port Address Translation)

-> 사설망 안의 여러 사설 IP를 하나의 공인 IP로 연결.(위의 영업부 예시와 같다. 예를 들면 피씨방이나 사무실에서 주로 사용). 여러 사설 IP를 하나의 공인 IP로 서로 변환해서 주고받아야 하니 라우터의 라우팅 테이블에 어떤 사설 IP가 외부 인터넷으로 요청을 보냈는지의 정보를 가지고 있다.(port를 사용해 정보를 저장)

-> 사설IP(N): 공인IP(1)

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🧷 공인 IP 주소 유형

- 공용 IPv4 주소

• 탄력적 IP 주소를 통해 수동으로 할당
• 서브넷 수준에서 공인 IP 주소 자동 할당 설정을 통해 자동으로 할당

- 탄력적 IP 주소

• AWS 계정과 연결됨
• 언제든지 할당 및 재매핑 가능
• 추가 요금이 적용 가능하다. 

* 탄력적 IP는 인터넷을 통해 접속할 수 있는 공인 IP로써, 인스턴스에 연결할 수 있는 서비스. 

* 인스턴스는 기본적으로 껐다가 다시 키면 IP가 변경되는데, 이것을 고정으로 쓰려면 탄력적 IP를 할당해주어야 함. 한 번 할당받은 IP의 경우에 삭제하기 전까지 유지가 가능.

* 계정의 모든 VPC에 대한 인스턴스 또는 네트워크 인터페이스에 탄력적 IP 주소를 연결할 수 있음.

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🧷 탄력적 네트워크 인터페이스

• 네트워크 인터페이스: 통신 사업자 네트워크와 사설 통신망 사이의 인터페이스
• 탄력적 네트워크 인터페이스: 인스턴스에 네트워크 인터페이스를 연결하여 사설 IP 주소, 탄력적 IP 주소 및 보안 그룹을 지정.
• 탄력적 네트워크 인터페이스는 다음을 지원하는 가상 네트워크 인터페이스
  • 인스턴스에 연결
  • 인스턴스에서 분리하고 다른 인스턴스에 연결하여 네트워크 트래픽 리디렉션’
• 새 인스턴스에 연결될 때 속성이 그대로 적용
• VPC의 각 인스턴스마다 기본 네트워크 인터페이스가 있어서 VPC의 IPv4 주소 범위에 속하는 사설 IPv4 주소 범위에 속하는 사설 IP 주소가 이 인터페이스에 할당.

탄력적 네트워크 인터페이스

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🧷 라우팅 테이블 및 경로

• 라우팅 테이블에는 서브넷에서 네트워크 트래픽을 보내도록 구성할 수 있는 규칙(또는 경로) 세트가 포함
• 각 경로는 대상 위치와 대상을 지정
• 기본적으로 모든 라우팅 테이블에는 VPC 내부 통신을 위한 로컬 경로가 포함.
• 각 서브넷은 라우팅 테이블(최대 1개)과 연결되어야 함.

라우팅 테이블

• 대상 위치: 서브넷에서 트래픽을 전달하려는 CIDR 블록
• 대상: 대상 트래픽이 전송되는 처리 리소스

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📂 정리

• 43억개의 IPv4의 주소들은 이미 고갈되었고, 그 문제로 128비트의 주소를 가진 IPv6이 등장하였지만, 기존의 주소 체계에서 IPv6으로 변경하는 것의 비용 문제 때문에 현재까지도 IPv4를 사용하고 있다.
• 그리고 이 주소체계의 주소가 고갈된 문제를 해결하기 위해 일종의 수학적인 트릭을 고안해서 사용하는 사설 IP 개념이 등장하여 이 문제를 해결하였다.
• 사설 IP는 공인 IP마다 부여되는데, 사설 IP가 중복된다고 하더라도 공인 IP가 다르면 그것은 서로 전혀 다른 목적지 주소를 나타내게 된다. 공인 IP는 전 세계에서 유일하기 때문이다.
• 이 중복되는 IP를 구분하기 위해서 공유기가 NAT를 해주며 사설 IP를 유일하게 식별 가능한 공인 IP로, 공인 IP를 사설 IP로 변환해주는 번역기 역할을 하여 중복되는 사설 IP가 문제 없이 외부 인터넷과 요청과 응답을 주고받을 수 있도록 해주면서 IPv4의 주소 고갈 문제를 해결한다.

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📚 Refernces

🌐 IP 기초 (사설IP / 공인IP / NAT) 개념 정말 쉽게 정리

🌐 IP 기초 (사설IP / 공인IP / NAT) 개념 정말 쉽게 정리

https://blog.naver.com/lunarispars/221438417359

[ GNS3 ] NAT 개념, 설정, 명령어 총정리 (static, dynamic, nat-pat )