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컴퓨터와 컴퓨터 간의 통신은 IP 주소를 기반으로 통신한다. 정확히 말하자면 IP 주소에서 ARP를 통해 MAC 주소를 찾아 MAC 주소를 기반으로 통신을 하게 된다.

🏓 ARP: Address Resolution Protocol

그렇다면 ARP란 무엇일까?

바로 IP 주소(논리적 주소)로부터 MAC 주소(물리적 주소)를 구하는 "다리 역할"을 하는 프로토콜을 말한다.

즉, ARP를 통해 가상 주소인 IP 주소를 실제 주소인 MAC 주소로 변환하게 되고, 이 변환 과정을 통해 LAN(Layer 2)에서 목적지를 제대로 찾아갈 수 있게 된다.


📌 MacOS에서 터미널에 arp -a 명령어 실행

  • 현재 ARP 캐시에 저장된 IP-MAC 주소 쌍 목록을 확인 가능하다.
? (192.168.1.1) at 00:11:22:33:44:55 on en0 ifscope [ethernet]
? (192.168.1.100) at aa:bb:cc:dd:ee:ff on en0 ifscope [ethernet]

1. IP 주소: 192.168.1.1와 192.168.1.100

2. IP 주소와 연결된 MAC 주소: 각각 00:11:22:33:44:55와 aa:bb:cc:dd:ee:ff, 이는 en0 인터페이스에 연결되어 있음

3. en0 인터페이스: 색인 번호가 0인 이더넷 인터페이스를 나타내며, 일반적으로 유선 이더넷 연결에 사용

  • 여러 이더넷 인터페이스 또는 기타 네트워크 인터페이스가 있는 경우 운영체제에서 감지한 순서에 따라 "en1", "en2"등의 레이블이 지정될 수 있다.

  • 이더넷은 장치가 근거리 통신망(LAN)을 통해 통신할 수 있도록 널리 사용되는 네트워킹 기술이다.

  • 이더넷 인터페이스: 장치를 이더넷 네트워크에 연결할 수 있게 해주는 하드웨어 구성 요소 혹은 네트워크 인터페이스 카드(NIC)


✔️ ARP의 주소를 찾는 과정

  1. 장치 A: 특정 IP 주소(예: 120.70.80.3)와 연결된 MAC 주소를 찾는 ARP Request를 브로드캐스트
  2. 장치 B: 해당 IP-MAC 매핑을 가지고 장치 A의 ARP 요청에 유니캐스트 ARP Response로 응답
  3. 장치 A: ARP Response를 수신하고 Request한 IP 주소와 일치하는 MAC 주소를 획득

- 브로드캐스트: 송신 호스트가 전송한 데이터가 네트워크에 연결된 모든 호스트에게 전송되는 방식
- 유니캐스트: 고유 주소로 식별된 하나의 네트워크 목적지에 1:1로 데이터를 전송하는 방식

*이와 반대로 RARP를 통해 실제 주소인 MAC 주소를 가상 주소인 IP 주소로 변환하기도 한다.


예시를 통해 알아보자.

예를 들어, www.google.com에 접속할 때,

  1. 첫 번째 단계는 DNS 조회를 수행하는 것이다.

    • 이 조회는 DNS 서버에서 www.google.com 도메인과 연결된 IP 주소를 검색한다.

  2. IP 주소를 얻었으면 다음 단계는 라우터의 IP 주소와 연결된 MAC 주소를 결정하는 것이다.

    • 여기에서 ARP(Address Resolution Protocol) 가 작동한다.
    • 장치는 www.google.com에 액세스하기 전에 로컬 네트워크 내에서 기본 게이트웨이 또는 라우터의 MAC 주소를 찾아야 한다.
    • 장치는 ARP를 사용하여 "누가 라우터의 IP 주소를 가지고 있습니까?"라고 묻는 ARP Request 브로드캐스트를 보낸다. 이 브로드캐스트는 라우터 자체를 포함하여 로컬 네트워크 내의 모든 장치에서 수신된다.
    • ARP Request를 받으면 해당 IP 주소를 가진 라우터는 요청을 인식하고 ARP Response을 사용하여 자신의 MAC 주소로 응답한다. 장치는 이 응답을 수신하고 라우터의 MAC 주소를 얻는다.

  3. 이제 ARP 테이블을 통해 라우터의 MAC 주소를 얻었으므로 www.google.com으로 향하는 IP 패킷을 이더넷 프레임 내에 캡슐화할 수 있다.

    • 이 프레임에는 소스 및 대상 장치의 MAC 주소가 포함된다.
    • 올바른 주소 지정 및 라우팅을 보장하기 위해 장치는 이더넷 프레임의 대상 MAC 주소를 ARP 테이블을 통해 얻은 라우터의 MAC 주소로 설정한다.

요약하면 www.google.com에 접속할 때 1) DNS 조회를 통해 IP 주소를 얻은 다음 2) ARP를 사용하여 내 라우터의 MAC 주소를 결정한다. 로컬 네트워크. ARP는 이더넷 프레임이 올바르게 지정되고 라우팅되도록 하여 www.google.com과의 성공적인 통신을 가능하게 한다. 이후의 동작과정은 추후에 더 자세히 알아보도록 하자.


그렇다면 왜 IP주소가 필요한가? MAC 주소만 있으면 되는건 아닐까?

  • IP 주소는 인터넷과 같은 외부 네트워크에 연결할 때 필수적이다.
  • 반면에 MAC 주소는 내부 네트워크 내의 통신에서 중요한 역할을 한다.
  • IP 주소를 사용하면 로컬 네트워크 외부에서 통신할 수 있으며 MAC 주소는 로컬 네트워크 자체 내에서 통신을 용이하게 한다.

그렇다면 사설망처럼 내부 네트워크 내에서도 IP주소를 쓰는 이유는 무엇일까?

  1. 무엇보다도 내부 네트워크 통신에 IP 주소를 사용하면 확장성을 얻을 수 있다.

    • 네트워크가 확장되거나 변경됨에 따라 네트워크 리소스를 효율적으로 할당하고 관리할 수 있다.
    • IP 주소를 사용하면 진화하는 네트워크 요구 사항에 유연하게 적응할 수 있다.

  2. 또 다른 이점은 라우팅 효율성이다.

    • IP 주소는 라우터가 지능적인 포워딩 결정을 내릴 수 있도록 하여 네트워크에서 가장 효율적인 통신 경로를 설정한다.
    • 라우팅 프로토콜은 대상 IP 주소를 기반으로 IP 패킷의 흐름을 최적화하여 최적의 전달을 보장한다.

  3. 또한 IP 주소는 광범위한 네트워크 서비스와 매우 호환된다.

    • DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol), DNS(Domain Name System) 등과 같은 서비스는 연결, 이름 확인 및 관리를 위해 IP 주소에 의존한다.
    • IP 주소는 이러한 서비스가 원활하게 작동할 수 있는 기반을 제공한다.

  4. 마지막으로 IP 주소는 내부 네트워크 주소 지정 및 관리에 더 적합하고 관리하기 쉬운 솔루션을 제공한다.

    • MAC 주소는 데이터 링크 계층에서 중요하지만 IP 주소는 기본 물리적 네트워크 인프라와 독립적인 논리적 주소 지정 메커니즘을 제공한다.
    • 이는 네트워크 관리 및 재구성 작업을 단순화한다.

결론적으로 IP 주소는 외부 네트워크 연결에 중요한 역할을 하고 MAC 주소는 내부 네트워크 통신에 필수적이다. 그러나 내부 네트워크 내에서 IP 주소를 사용하면 확장성, 유연성, 라우팅 효율성 및 다양한 네트워크 서비스와의 호환성을 제공하기 때문에 사용한게 된다.



Reference