SUBNET

서브넷의 등장 배경

흔히 사용되는 IPv4 주소 체계는 클래스를 나누어 IP를 할당한다. 하지만 이 방식은 매우 비효율적이다. 예를 들어 어떤 기관에 A 클래스를 할당한다고 하면 16,777,214개의 호스트를 할당할 수 있게 되는데, 이 기관이 100개의 호스트를 할당한다고 하더라도 16,777,114개의 호스트가 낭비되게 된다. 이러한 비효율성을 해결하기 위해 네트워크 장치들의 수에 따라 효율적으로 사용할 수 있는 서브넷(subnet)이 등장하게 되었다.

 

IP클래스

서브넷(subnet)과 서브넷 마스크(subnet mask)

서브넷은 IP 주소에서 네트워크 영역을 부분적으로 나눈 부분 네트워크를 뜻한다. 이러한 서브넷을 만들 때 사용되는 것이 바로 서브넷 마스크이다. 즉, 서브넷 마스크는 IP 주소 체계의 Network ID와 Host ID를 분리하는 역할을 한다. 

 

예를 들어 C 클래스는 기본적으로 앞의 24비트는 Network ID, 뒤의 8비트는 Host ID를 나타낸다. 이때 서브넷 마스크를 이용하면 원본 네트워크를 여러 개의 네트워크로 분리할 수 있다. 이러한 과정을 서브넷팅(subneting)이라고 한다.

 

서브넷팅을 자세히 알아보기 전에 기본 서브넷 마스크(Default Subnet mask)에 대해 알아보자.

기본 서브넷 마스크

 

각 클래스마다 기본 서브넷 마스크는 위 표와 같다(D, E클래스는 사용하지 않음). 이러한 기본 서브넷 마스크를 이용하면 IP 주소의 Network ID와 Host ID를 구분할 수 있다. IP주소에 서브넷 마스크를 AND 연산하면 Network ID가 된다.

 

기본 서브넷 마스크의 이용

 

예를 들어 C클래스인 192.168.32.0 이라는 IP주소가 있다고 하자. C클래스의 기본 서브넷 마스크는 255.255.255.0 이므로 AND연산을 하면 192.168.32.0이 나오고 이것이 바로 Network ID이다. 이때 서브넷 마스크의 Network ID부분은 1이 연속적으로 있어야 하고 Host ID부분은 0이 연속적으로 있어야 한다.

 

예시의 IP주소를 보면 192.168.32.0/24 처럼 /24 같은 표시가 붙어있는 것을 확인할 수 있다. 이것은 서브넷 마스크의 bit 수(왼쪽에서부터 1의 개수)를 나타낸다. 즉 /24는 해당 IP의 서브넷 마스크의 왼쪽에서부터 24개가 1이라는 것을 의미한다. 

 

그런데 애초에 IP클래스들은 Network ID를 나타내는 부분과 Host ID를 나타내는 부분이 이미 구분되어 있는데 굳이 서브넷 마스크가 필요한 이유가 무엇일까? 위에서도 설명했지만 서브넷팅을 하여 효율적인 네트워크의 사용을 위해서다.

 

서브넷팅(subnetting)

서브넷팅은 IP 주소 낭비를 방지하기 위해 원본 네트워크를 여러개의 서브넷으로 분리하는 과정을 뜻한다. 서브넷팅은 서브넷 마스크의 bit 수를 증가시키는 것이라고 생각하면 이해가 편하다. 서브넷마스크의 bit수를 1씩 증가시키면 할당할 수 있는 네트워크가 2배수로 증가하고 호스트 수는 2배수로 감소한다.

 

예를 들어 C클래스인 192.168.32.0/24를 서브넷 마스크의 bit수를 1 증가시켜서 192.168.32.0/25로 변경한다고 하자.

서브넷팅 예시

192.168.32.0/24는 원래 하나의 네트워크였다. 이때 할당 가능한 host의 수는 2^8-2=254개이다. 여기서 2개를 빼는 이유는 첫번째 주소인 192.168.32.0은 Network Address로 쓰이고 마지막 주소인 192.168.32.255는 Broadcast로 쓰이기 때문에 호스트에 할당할 수 없기 때문이다. 

 

이 때 서브넷 마스크의 bit 수를 1증가시켜서(서브넷팅) 192.168.32.0/25로 변경하게 되면 Network ID부분을 나타내는 부분이 24비트에서 25비트로 증가하고 Host ID를 나타내는 부분이 8개 비트에서 7개 비트로 줄어든다. 즉 할당 가능한 네트워크 수가 2개로 증가하고 각 네트워크(서브넷)당 할당가능한 호스트수는 2^7-2 = 126개로 줄어든다. 또한 서브넷 마스크가 255.255.255.128로 변한 것을 확인할 수 있다. 

서브넷의 구성

위 그림을 보면 네트워크의 수가 어떻게 2개로 늘어났는지 이해하기 쉬울 것이다.

정리하자면 다음과 같다.

• 192.168.32.0 : 서브넷1의 Network Address
• 192.168.32.1~192.168.32.126 : 서브넷1의 host 할당 가능한 부분
• 192.168.32.127 : 서브넷1의 Broadcast Address 
• 192.168.32.128 : 서브넷2의 NetworkAddress
• 192.168.32.129~192.168.32.254 : 서브넷2의 host 할당 가능한 부분
• 192.168.32.255 : 서브넷2의 Broadcast Address 

C클래스를 예시로 들었지만 A,B 클래스도 똑같은 방식을 적용하면 된다. 

 

서브넷팅 예제

서브넷팅에 대해 이해했어도 문제를 보면 헷갈릴 수 있다. 몇가지 예제를 풀어보며 이해를 돕자.

 

P1) 211.100.10.0/24 네트워크를 각 서브넷당 55개의 Host를 할당할 수 있도록 서브넷팅 한다고 하자.

a) 서브넷 마스크를 구하시오.

풀이 : HostID 비트를 생각하면 쉽다. Host ID를 나타내는 비트가 6개라면 2^6-2=62개의 호스트를 할당할 수 있으므로 충분하다. 그렇다면 32개의 비트 중 26개가 서브넷 마스크의 bit개수이므로 1111111.11111111.11111111.11000000 가 서브넷 마스크가 될 것이다. 즉 255.255.255.192이다.

답 : 255.255.255.192

 

b) 서브넷의 개수를 구하시오.

풀이 : 기존 Network ID를 나타내는 비트보다 2개의 비트를 더 표현한다. 즉 2^2=4 개의 서브넷이 가능하다.

답 : 4개

 

c) 첫 번째 서브넷의 broadcast 주소를 구하시오.

풀이 : 이진법으로 생각해야 편하다. 211.100.10.0을 이진법으로 변환하면 11010011.01100100.00001010.00000000인데 첫 번째 서브넷이라고 했으므로 11010011.01100100.00001010.00111111 이 broadcast 주소이다. 즉 211.100.10.63

답 : 211.100.10.63

 

d) 마지막 서브넷의 network address를 구하시오.

풀이 : 마찬가지로 이진법으로 생각해야 편하다. 마지막 서브넷이므로 11010011.01100100.00001010.11000000이 정답이다. 즉 211.100.10.192

답 : 211.100.10.192

 

e) 두 번째 서브넷의 사용 가능한 IP 범위를 구하시오.

풀이 : 이진법으로 생각하면 편하다. 두번째 서브넷이므로 11010011.01100100.00001010.01000000부터 시작하는데, 이때 11010011.01100100.00001010.01000000과 11010011.01100100.00001010.01111111은 network address와 broadcast address 이므로 제외하면, 답은 211.100.10.65~211.100.10.126 

답 : 211.100.10.65~211.100.10.126 

 

P2) 195.168.12.0/24 네트워크를 8개의 네트워크로 사용할 수 있도록 서브넷팅 한다고 하자.

a) 어떤 서브넷 마스크가 효율적인가?

풀이 : 8개의 서브넷을 만들려면 서브넷 마스크 bit개수를 3개 늘려야 할 것이다. (2^3=8) 즉, 서브넷 마스크는 11111111.11111111.11111111.11100000 가 된다. 즉 255.255.255.224

답 : 255.255.255.224

 

b) 서브넷의 개수를 구하시오

풀이 : 위에서 구했듯이 8개이다.

답 : 8개

 

c) 첫번째 서브넷의 broadcast 주소를 구하시오.

풀이 : 이진법으로 생각해야 편하다. 195.168.12.0을 이진법으로 변환하면 11000011.10101000.00001100.00000000 인데 첫번째 서브넷이라고 했으므로 11000011.10101000.00001100.00011111 이 broadcast 주소이다. 즉 195.168.12.31

답 : 195.168.12.31

 

d) 마지막 서브넷의 network address를 구하시오.

풀이 : 마찬가지로 이진법으로 생각해야 편하다. 마지막 서브넷이므로 11000011.10101000.00001100.11100000이 정답이다. 즉 195.168.12.224

답 : 195.168.12.224

 

e) 두번째 서브넷의 사용 가능한 IP 범위를 구하시오.

풀이 : 이진법으로 생각하면 편하다. 두번째 서브넷이므로 11000011.10101000.00001100.00100000 부터 시작하는데, 이때 11000011.10101000.00001100.00100000과 11000011.10101000.00001100.00111111은 network address와 broadcast address 이므로 제외하면, 답은 195.168.12.33~195.168.12.62

답 : 195.168.12.33~195.168.12.62

 

 

Forward Table 발전 정리

- 맨 처음에는 목적지 주소와 포트번호로 식별을 했다.

- ip주소 체계를 사용하게 되면 네트워크주소를 사용하게 되었다.

- 이전에서는 포트로가면 하나의 노드만 있었지만 지금은 나가도 여러 노드가 있을 수 있다. 그래서 next hop이 생겼다.

- 다른 네트워크로 가야한다면 거쳐야하는 라우터 주소 동일 네트워크라면 인터페이스 번호를 주도록 확장했다.

- 서브넷 마스크로 가변적으로 네트워크 주소를 쪼갰기 때문에 새로운 subnetted network 주소와 서브넷 마스크를 기록할 필요가 생겼다.

- 포워드 테이블은 라우터만 가지고 있는게 아니다. 같은 구조로 일반 호스트들도 테이블을 가지고 있다. 

 

 

 

IP 넘버와 SUB마스크를 and 연산했을 때 SUBNET 넘버가 나온다. 이걸로 테이블을 본다.