숫자체계(number system) (decimal...

동양공전 정보통신과 김교일

숫자 체계(Number System)

• 십진법(Decimal System)- 0부터 9까지의 10개 숫자를 사용

- 맨 아래가 일(1=100)의 자리, 그 위는 십(10=101)의 자리, 그위는 백(100=102)의 자리, 그 다음은 천(1000=103)의 자리…

- 각 자리의 수는 그 자리값에 해당하는 것이 몇 개 있는지를나타냄(예:200= 102이 2개)

- 1,245 = 1×103+2×102+4×101+5×100

- 각 자리 마다 0부터 9까지의 수를 이용하여 세어나가다가 9 이후로 그 자리가 1이 증가하면 수를 0으로 바꾸로 하나 위자리를 1증가시킴.

- 0+1=1, 1+1=2, 2+1=3, 3+1=4, … , 8+1=9, 9+1=10

더 이상 사용할 숫자가 없다 해당 자리수를 0으로 하고 윗자리를 1증가


숫자 체계(Number System) - 계속

• 이진법(Binary System)- 0부터 1까지의 2개 숫자를 사용

- 맨 아래가 일(1=20)의 자리, 그 위는 21의 자리, 그 위는 22의자리, 그 다음은 23의 자리…

- 각 자리의 수는 그 자리값에 해당하는 것이 몇 개 있는지를나타냄(예:100= 22이 1개)

- 1101 = 1×23+1×22+0×21+1×20 = 8+4+0+1 = 13 - 각 자리 마다 0부터 1까지의 수를 이용하여 세어나가다가 1 이후로 그 자리가 1이 증가하면 수를 0으로 바꾸로 하나 위자리를 1증가시킴.

- 0+1=1, 1+1=10, 10+1=11, 11+1=100



숫자 체계(Number System) - 계속

• 16진법(Hexadecimal System)- 0~9,A,B,C,D,E,F까지의 16개 숫자를 사용

- 맨 아래가 일(1=160)의 자리, 그 위는 161의 자리, 그 위는162의 자리, 그 다음은 163의 자리…

- 각 자리의 수는 그 자리값에 해당하는 것이 몇 개 있는지를나타냄(예:D00= 162이 13개)

- 0x05DC = 0×163+5×162+13×161+12×160 = 0+5×256+13×16+12×1 = 1,500

- 각 자리 마다 0부터 F까지의 수를 이용하여 세어나가다가 F 이후로 그 자리가 1이 증가하면 수를 0으로 바꾸로 하나 위자리를 1증가시킴.

- 0+1=1,1+1=2,…,9+1=A,A+1=B,…,E+1=F,F+1=10



옥텟, 니블 그리고 비트

• 비트(bit)

-컴퓨터의 가장 기본적인 정보단위

-이진수의 한 자리

• 옥텟(octet)

-8개의 비트의 모임

-byte와 동일시 하기도 하나 1 byte가 8bit가 아닌 시스템도존재

• 니블(nibble)

-옥텟의 반, 즉 4bit

-하나의 16진 숫자로 나타낼 수 있다.(예: 1011 → B )


IP 주소가 왜 필요한가?

• 네트워크 장치는 기본적으로 MAC(물리)주소로 통신한다. 왜?

MAC주소

네트워크 인터페이스 계층(랜카드)은 프레임의

수신처 MAC주소를 보고 프레임을 수신할지

무시할지 결정.

IP주소를 보고 결정하지 못하는 이유는?


IP 주소가 왜 필요한가? - 계속

• 이더넷과 프레임릴레이는 MAC주소 형태가 다르다.

• 주소 변환이 간단하지 않다.

• 항상 변환해 주려면 모든 형태의 MAC주소에 대한 변환기가있어야… → 비현실적, 비경제적

• MAC주소는 계층적 구조가 아니어서 배달이 대략 난감…

• MAC주소와 상관없이 사용할 수 있는 계층적 구조의 주소를만들자 → IP 주소 (이를 물리주소와 상대되는 개념으로 논리주소라고 부른다)

• 따라서 IP주소는 네트워크 인터페이스(랜카드)에 결합(연결) 되어 있는 논리적인 주소라 할 수 있다.

• TCP/IP 네트워크에 연결된 각 IP장치들을 구분하는데 사용된다.


IP 주소

• 점으로 구분된 4개의 숫자로 이루어져 있다.

• 각 숫자는 한 바이트(=8bit)의 길이를 갖는다.

• 따라서 각 숫자는, 0~255까지의 값을 갖는다.

• 예를 들면, 126.136.118.123 와 같이 나타낸다.

• 이진수로, 01111110.10001000.01110110.01111011 처럼나타낼 수도 있다.

• 앞에서부터 일정 개수의 비트는 네트워크들을 구분하는데사용되며(네트워크 비트들) 그 나머지는 네트워크내에서 각인터페이스들을 구분하는데 사용된다(지역 비트들).

고척1동 우편번호의 경우, 동양공업전문대학152-714, 123전자타운 152-722, 34~51번지152-823, 52~57번지 152-824, 58~62번지 152-825 등과 같다. 여기서 152는 구로구를의미하며(구로구라는 네트워크) 뒤 세 숫자는 구로구내 특정지역(특정 인터페이스)에 할당된번호이다.


여기에서 잠깐!

• IP주소 = 네트워크 비트들 + 지역 비트들

로 볼 수 있다고 했는데, 여기에서 네트워크란?

• TCP/IP수업에서 네트워크란 별도의 말이 없으면 LAN과

동일한 개념으로 보면 된다.

• 네트워크 비트는 어떤 값을 갖지만 지역비트가 모두 0인

IP주소를 네트워크주소라고 한다. 예)203.249.39.0

• 하나의 네트워크 주소를 할당받으면 그 네트워크주소를 갖는

IP주소는 모두 할당받게 되는 것이다. 예)203.249.39.0을

받았다는 것은 203.249.39.0~203.249.39.255를 사용할

권리를 가짐.


IP 주소 - 계속

• IP주소 = 네트워크 비트들 + 지역 비트들

• 한 네트워크를 서브넷(subnet)이라는 작은 부분들로 나누어관리하는 것이 보통이다.

• 지역비트의 일부로 서브넷을 구별하는 데 사용.

→ IP주소 = 네트워크비트들 + 서브넷비트들 + 호스트비트들

• IP주소 = 네트워크필드 + 서브넷필드 + 호스트필드

• 호스트 인터페이스(랜카드)에 할당되는 IP주소의 어떤 필드라도 모두 1의 값을또는 모두 0의 값을 가지는 경우는 없다.

• 목적지 IP주소의 호스트부분이 모두 1의 값을 갖는다면 이는 IP레벨의브로드캐스트(방송) 이다.

• IP주소의 호스트 부분이 모두 0이라면 이는 해당 서브넷 또는 네트워크 자체를나타낸다.


여기에서 또 잠깐!

• 한 네트워크를 서브넷(subnet)이라는 작은 부분들로 나누어관리하는 것이 보통이다.

라고 했는데, 여기에서 서브넷이란?

• 하나의 네트워크 주소를 받으면 원래 하나의 LAN에 그

범위의 주소를 모두 사용하는 것으로 생각했다. 예를 들어

203.249.39.0을 받으면 한 LAN에 249.39.1부터

203.249.39.254까지를 사용함.

• 그런데 이 주소를 두 개 이상의 범위로 더 세분화하여 각각을

별도의 LAN에 사용할 수 있는데 이렇게 세분화된 IP주소

범위들 각각을 서브넷이라고 하며 이 작업을 서브넷팅이라 함.


클래스 A

• IP주소의 첫째 비트가 0인 주소 → 첫 바이트 값 = 1~127

• 127.X.X.X는 루프백(loop-back)시험에 사용

• 첫 바이트=네트워크비트들, 나머지 3바이트(24bit)=지역비트들

• 따라서 클래스 A 네트워크의 수는 126개(하나의 네트워크는하나의 기관에 할당하는 것이 원칙)

• 지역비트를 모두 호스트필드로 쓴다면, 224-2= 16,777,214개의주소가 가능(x.0.0.1~x.255.255.254)

• 호스트수가 너무 많아 서브넷으로 나누어 관리할 필요.

• 클래스 A주소는 큰 기관에 할당되었다.(예: MIT, 포드 등)


클래스 B

• IP주소의 첫째 비트가 1이고 두번째 비트가 0인 주소 → 첫바이트 값 = 128~191

• 첫 두 바이트(16bit) =네트워크비트들, 나머지 두 바이트(16bit) =지역비트들

• 클래스B 네트워크 수는, 214= 16,384개

• 지역비트를 모두 호스트필드로 쓴다면, 네트워크 당 216-2= 65,534개의 주소가 가능

• 호스트수가 여전히 너무 많아 서브넷으로 나누어 관리할 필요.

• 클래스 B주소는 중간 크기의 기관에 할당되었다.(종합대학 등)


클래스 C

• IP주소의 첫 두 비트가 1이고 세번째 비트가 0인 주소 → 첫바이트 값 = 192~223

• 첫 세 바이트(24bit) =네트워크비트들, 나머지 한 바이트(8bit) =지역비트들

• 클래스C 네트워크 수는, 221= 2,097,152개

• 지역비트를 모두 호스트필드로 쓴다면, 네트워크 당 28-2= 254개의 주소가 가능

• 서브넷으로 나누어 관리할 필요가 거의 없음. 필요에 따라선서브넷팅 가능

• 클래스 C주소는 너무 작아 보통 여러 개의 클래스 C 주소를할당받아 사용한다.


클래스 D

• IP주소의 첫 3비트가 1이고 네번째 비트가 0인 주소 → 첫바이트 값 = 224~239

• 데이터그램을 여러 호스트들의 그룹에 한 번에 보낼 때 사용 →멀티캐스트 주소라고 함

• 복수의 사용자들의 그룹이 사용하므로 개별 인터페이스(호스트) 에 할당하는 것이 아님.

• 서브넷팅을 할 수도 없다.

• 첫 4비트가 모두 1이면 클래스E 주소이나 현재 사용이 보류되어있다.


서브넷팅을 해야 하는 경우

• 워크그룹들이 서로 멀리 떨어져 있다.

• 기능적으로 다른 부분들과 분리될 필요가 있다.

• 특정 워크그룹의 트래픽이 다른 그룹에 영향을 준다.

• 특정 그룹이 보안상 분리될 필요가 있다.

• 기능영역이 재조정 되었다(재 서브넷팅).

• 서로 다른 매체 프로토콜(이더넷과 토큰링 등)이 서로 연결

• 라우터로 두 네트워크를 연결하였다.

• 브리지로 연결된 네트워크가 이제는 느려졌다.


IP통신의 논리적 절차 – 단계 1

• IP통신은 논리적으로 3단계를 거친다고 볼 수 있다.

• 첫 단계는 발신자와 수신자가 같은 네트워크에 있는지 조사하는것이다.

• 우선 수신자 IP주소의 클래스를 조사한다. 왜?

• 이제 두 주소의 네트워크 부분을 비교하면 된다.

• 두 주소가 같은 네트워크에 있는가?- 아니오 → 데이터그램은 게이트웨이로 보내진다.- 예 → 두 주소가 같은 서브넷에 속하는지를 조사한다.


서브넷팅

10111111 . 11111111 . 11000001 . 00101100

191 255 193 44

11111111 . 11111111 . 11111100 . 00000000

255 255 252 0

IP 주소

서브넷마스크

네트워크를 구분 서브넷을 구분 호스트를 구분

이하가 호스트를 구분하는 주소다여기까지가 (서브넷포함) 네트워크를 구분하는 주소다


서브넷 마스크(Subnet Mask)

• 한 서브넷의 호스트들은 모두 같은 서브넷마스크를 가지고있어야 한다.

• 서브넷 마스크는 (네트워크비트+서브넷비트: 1로 표시)와(인터페이스, 즉 호스트, 비트: 0으로 표시)를 구분해 준다.

• 첫 바이트는 항상 255의 값을 갖는다(기본마스크에 더해지는것이므로. 기본마스크=네트워크비트들을 표시하는 마스크)

• 마스크의 1의 갯수로 나타내기도 한다. -191.255.0.0/22 = 191.255.0.0은 처음 22개 비트가네트워크와 서브넷필드로 사용되는 네트워크주소이다.

-191.255.193.44/22 = IP주소 191.255.193.44는 처음 22개비트를 네트워크+서브넷을 구분하는데 사용한다.


서브넷의 계산

• 마스크의 비트값이 정해졌을 때의 가능한 서브넷의 수. 여기서n은 서브넷비트의 수이다.

• 마스크의 비트값이 정해졌을 때의 가능한 호스트의 수. 여기서n은 호스트비트의 수이다.

2n-2

2n-2

• 서브넷팅을 할 때 고려해야 할 사항은

-필요한 서브넷의 수는 얼마인가?-제일 큰 서브넷에서 필요한 인터페이스의 최대 개수는얼마인가?


IP 라우팅 규칙

• 로컬 라우팅(Local Routing)-데이터그램이 송신자와 수신자 사이에 다른 장치를 거치지않고 직접 전달되는 것.

-송신자와 수신자가 같은 물리네트워크에 존재해야 한다.

• 간접 라우팅(Indirect Routing)-송/수신자 사이에서 다른 장치가 개입하여 데이터크램을전달

-송/수신자가 서로 분리된 물리네트워크에 있는 경우


IP 라우팅 규칙 - 계속

• 송/수신자 주소가 서로 다른 클래스이면

-데이터그램은 라우터에게 보내진다.

• 송/수신자 주소가 같은 클래스이나 다른 네트워크라면


• 송/수신자 주소가 같은 네트워크이나 다른 서브넷이라면


• 위의 어느 경우에도 해당하지 않으면

-데이터그램은 직접 전달된다.

공통점은?


IP 라우팅 규칙 - 계속

• 송/수신자 주소가 같은 서브넷에 있지 않으면,-데이터그램은 라우터에게 보내진다.

• 송/수신자 주소가 같은 서브넷에 있으면,-데이터그램은 직접 전달된다.


같은 서브넷에 있는가?

• 두 주소가 한 서브넷에 있으려면, 두 주소는 같은 네트워크의같은 서브넷에 있어야 하므로 서브넷 마스크의 비트값이 1인위치의 값들이 서로 같아야 한다.

• 어떤 IP주소의 서브넷 마스크의 비트값이 1인 위치의 값을알아내려면 주소와 서브넷 마스크를 AND연산하면 된다.

IP주소1

IP주소1의서브넷마스크

=

결과1

IP주소2

IP주소2의서브넷마스크

=

결과2

둘은 동일해야 한다

비 교


(예제) 같은 서브넷에 있는가?

• 송신자 IP주소 = 161.55.121.33• 수신자 IP주소 = 161.55.131.49• 서브넷마스크 = 255.255.248.0

• 송신자 = 10100001.00110111.01111001.00100001• 마스크 = 11111111.11111111.11111000.00000000• 결과 1 = 10100001.00110111.01111000.00000000

• 수신자 = 10100001.00110111.10000011.00110001• 마스크 = 11111111.11111111.11111000.00000000• 결과 2 = 10100001.00110111.10000000.00000000

결과1 ≠ 결과2 이므로 송신자와 수신자는 같은 서브넷에 있지 않다.


(연습) 같은 서브넷에 있는가? (연습지를 제출하세요)




1.

2.

3.


서브넷 설계

• 네트워크에 필요한 서브넷의 개수• 어느 한 서브넷에 존재하는 호스트의 최대 개수

두 요소를 만족 시키도록 서브넷필드 할당 비트수를 설계

• 네트워크주소 = 149.69.0.0• 서브넷 개수 = 1,325개• 서브넷당 최대 호스트 수 = 13개

• 네트워크주소 = 204.238.7.0• 서브넷 개수 = 12개(고정)• 서브넷당 최대 호스트 수 = 6개(증가할 여지 있음)

1.

2.


서브넷 설계시 고려할 점

• 네트워크에 필요한 서브넷의 개수

• 각 서브넷의 호스트의 개수

• 향후 네트워크의 성장


서브넷 설계 – 호스트 주소할당

• 서브넷주소=호스트 필드가 모두 0• 호스트를 위한 첫번째 주소=호스트필드의 마지막 값이 1• 호스트를 위한 마지막 주소= 서브넷 방송주소 -1• 서브넷 방송주소 = 호스트 필드가 모두 1

우선 각 서브넷에 대해 다음 4가지의 주소를 정의한다.

• 네트워크주소 = 204.238.7.0• 서브넷마스크 = 255.255.255.240예제

호스트필드 이진 값

서브넷주소 0000첫 IP 0001

마지막 IP 1110브로드캐스트 1111


서브넷팅으로 인해 잃어버리는 주소들

• 각 서브넷에서 호스트 필드의 모든 비트가 0인 주소


• 서브넷 필드의 모든 비트가 0인 경우 그에 속한 모든 주소


서브넷을 많이 만들면 만들수록 사용가능한 IP주소의수가 감소한다. 다음은 잃어버리는 주소들이다.


연습문제

• 어느 회사의 네트워크 관리자가172.16.0.0의 주소를 할당받아 왔다. 이 회사는 각각의 부서를 하나의서브넷으로 구성하고자 한다. 이회사는 옆의 표와 같이 조직되어있다.

(1)이 회사가 할당 받은 주소의클래스는 무엇인가? (5점)(2) 서브넷당 할당가능한 호스트수를 최대한 확보한다는 원칙하에서브넷 마스크의 값을 구하라. (서브넷팅과정을 수식을 포함하여기술하라.) (10점)

번호 부서명 호스트수

1 인사부 1,000

2 경리부 1,000

3 개발부 1,000

4 생산부 1,000

5 영업부 1,000

6 홍보부 1,000

7 품질관리부 1,000

8 후생부 1,000


연습문제(계속)

번호 서브넷주소 호스트주소범위 서브넷방송주소

1

2

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

(3) 이제 (2)의 서브넷팅 결과 생기는 처음 2개의 서브넷과 마지막2개의서브넷에 대해 각 서브넷주소, 할당가능한 호스트주소의 범위, 서브넷방송주소를 아래에 정리하여 적어라.



(4) 이제 각 부서들에 IP주소를 할당해 주도록 하라.

번호 부서명 할당된 IP주소(범위)

1 인사부

2 경리부

3 개발부

4 생산부

5 영업부

6 홍보부

7 품질관리부

8 후생부


서브넷 설계

• 네트워크에 필요한 서브넷의 개수• 어느 한 서브넷에 존재하는 호스트의 최대 개수

두 요소를 만족 시키도록 서브넷필드 할당 비트수를 설계

• 네트워크주소 = 149.69.0.0• 서브넷 개수 = 1,325개• 서브넷당 최대 호스트 수 = 13개

• 네트워크주소 = 204.238.7.0• 서브넷 개수 = 12개(고정)• 서브넷당 최대 호스트 수 = 6개(증가할 여지 있음)

1.

2.


서브넷 설계 예제 1

네트워크주소 = 149.69.0.0, 서브넷 개수 = 1,325개, 서브넷당 최대 호스트 수 = 13개


서브넷 설계 예제 2

네트워크주소 = 204.238.7.0, 서브넷 = 12개(고정),서브넷당 최대 호스트 수 = 6개(증가가능)


서브넷 설계시 고려할 점

• 네트워크에 필요한 서브넷의 개수

• 각 서브넷의 호스트의 개수

• 향후 네트워크의 성장


서브넷 설계 – 호스트 주소할당

• 서브넷주소=호스트 필드가 모두 0• 호스트를 위한 첫번째 주소=호스트필드의 마지막 값이 1• 호스트를 위한 마지막 주소= 서브넷 방송주소 -1• 서브넷 방송주소 = 호스트 필드가 모두 1

우선 각 서브넷에 대해 다음 4가지의 주소를 정의한다.

• 네트워크주소 = 204.238.7.0• 서브넷마스크 = 255.255.255.240예제

호스트필드 이진 값

서브넷주소 0000첫 IP 0001

마지막 IP 1110브로드캐스트 1111


서브넷팅으로 인해 잃어버리는 주소들





서브넷을 많이 만들면 만들수록 사용가능한 IP주소의수가 감소한다. 다음은 잃어버리는 주소들이다.


연습문제

• 어느 회사의 네트워크 관리자가172.16.0.0의 주소를 할당받아 왔다. 이 회사는 각각의 부서를 하나의서브넷으로 구성하고자 한다. 이회사는 옆의 표와 같이 조직되어있다.

(1)이 회사가 할당 받은 주소의클래스는 무엇인가? (5점)(2) 서브넷당 할당가능한 호스트수를 최대한 확보한다는 원칙하에서브넷 마스크의 값을 구하라. (서브넷팅과정을 수식을 포함하여기술하라.) (10점)

번호 부서명 호스트수

1 인사부 1,000

2 경리부 1,000

3 개발부 1,000

4 생산부 1,000

5 영업부 1,000

6 홍보부 1,000

7 품질관리부 1,000

8 후생부 1,000



번호 서브넷주소 호스트주소범위 서브넷방송주소

1

2

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

(3) 이제 (2)의 서브넷팅 결과 생기는 처음 2개의 서브넷과 마지막2개의서브넷에 대해 각 서브넷주소, 할당가능한 호스트주소의 범위, 서브넷방송주소를 아래에 정리하여 적어라.



(4) 이제 각 부서들에 IP주소를 할당해 주도록 하라.

번호 부서명 할당된 IP주소(범위)

1 인사부

2 경리부

3 개발부

4 생산부

5 영업부

6 홍보부

7 품질관리부

8 후생부

숫자체계(number system) (decimal...

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