[칼럼] ARP 프로토콜을 왜 사용할까요? 🤷‍♂️

2024. 4. 1.

¹ARP 프로토콜을 왜 사용할까요?🤷‍♂️

1 Address Resolution Protocol

네트워크상의 상대방 장치(컴퓨터, CCTV등)와

어떻게 통신이 이루어 질까요?

네트워크상에서 컴퓨터가 다른 컴퓨터를 찾을 때 사용하는 프로토콜이 바로 ARP인데요 컴퓨터의 어플리케이션들은 주로 IP 주소를 사용해서 서로 통신하는데, 실제로 보낼때는 MAC 주소를 사용한다고 합니다. 오늘 뉴스레터에서는 IP주소를 MAC 주소로 변환하는 역할을 하는 ARP에 대해서 알아보도록 하겠습니다.😉

네트워크 기초 이론 칼럼 목차

1. ARP 개요

ARP(Address Resolution Protocol)

ARP는 인터넷 프로토콜(IP)의 일부로서, IETF(Internet Engineering Task Force)에 의해 표준화 되었습니다. ARP 표준은 RFC826에 정의되어 있습니다. 네트워크상에서 컴퓨터가 다른 컴퓨터를 찾을 때 사용하는 프로토콜입니다. 컴퓨터의 어플리케이션들은 주로 IP 주소를 사용하여 서로 통신하는데, 실제로 데이터를 보낼때는 MAC 주소를 사용합니다. 그래서 ARP는 이러한 IP주소를 MAC 주소로 변환하는 역할을 합니다.

2. ARP 동작 방식

랜상에서 서로 다른 컴퓨터들끼리 통신을 할때 캡슐레이션(암호화)/디캡슐레이션(복호화) 및 OSI 7계층모델에서 배운 것처럼 아래와 같은 2가지 과정이 일어난다는 것을 알수 있습니다.

첫째, 어플리케이션단에서 보내고자하는 데이터를 소스 및 목적지 IP를 가지는 IP 패킷으로 헤더를 씌워서 전달합니다.

둘째, IP 패킷은 소스 및 목적지 MAC를 가지는 이더넷 프레임으로 인캡슐레이션 합니다.

송신 컴퓨터는 당연히 자신(source)의 MAC 주소를 알고 있겠지만, 목적지 MAC 주소는 어떻게 알수 있을까요? ARP 프로토콜을 실행하면 알 수가 있습니다.

[이더넷 네트워크 다이어그램]

상기 네트워크상에 2대의 컴퓨터가 있습니다. PC1 및 PC2 컴퓨터들은 IP 및 MAC 주소를 가지고 있습니다. 우리는 PC1 컴퓨터를 사용하고 있다고 생각해 보겠습니다. 윈도우의 명령창에서 ping을 실행해 봅니다.

[윈도우즈 명령창에서 ping 실행 화면]

ping은 ICMP 프로토콜과 레이어3(네트워크 레이어) IP를 사용하여 통신합니다. 내가 보내는 ping의 IP 패킷에는 source IP(192.168.1.1) 및 destination IP( 192.168.1.2) 정보가 채워져 있습니다. 다음 단계로 이더넷 프레임의 MAC 주소 영역에 source MAC(AAA) 및 destinati on AC(BBB) 주소를 채워야 하는데, 어떻게 destination MAC 주소를 알 수 있을까요? 컴퓨터는 ping을 윈도우즈 명령창에서 실행시 destination 컴퓨터의 IP 주소를 입력했기 때문에 destination IP는 알고 있습니다. 하지만 PC2의 MAC주소는 아직 모르고 있죠. 이를 ARP(Address Resolution Protocol)이라는 프로토콜을 사용해서 해결할 수 있습니다.

[윈도우즈 명령창에서 ARP 테이블 확인]

상기 PC1에서 보이는 ARP 테이블 예제에서 192.168.1.2 IP 주소만 동적으로 학습해서 00-0c-29-63-af-d0라는 MAC 주소와 매핑된 것을 알 수 있습니다. 이제 이러한 동적 학습이 어떻게 이루어 질까요? 동작 과정을 알아보겠습니다.

[STEP_1) ARP Request 패킷]

상기 네트워크 다이어그램을 통해 ARP가 어떻게 동작하는지 살펴보도록 하겠습니다. PC1에서 PC2로 핑을 보내려고 합니다. 그러나 PC2의 MAC를 알 수가 없습니다. 그래서 현재는 PC1의 ARP 테이블에 PC2의 MAC 주소가 비어 있습니다.

첫번째 순서로 PC1에서는 ARP Request라는 패킷을 생성합니다. ARP Request 패킷에는 누가 192.168.1.2 IP를 가지고 있는지 물어보고, 해당 IP를 가지고 있는 컴퓨터가 있으면 해당 컴퓨터의 MAC 주소가 무엇인지 알려달라고 합니다.

ARP Request 패킷을 보낼때 당연히 MAC 주소를 모르기 때문에 브로드캐스트 패킷으로 보내게 됩니다. destination MAC 주소에 브로드캐스트 MAC 주소(FF:FF:FF:FF:FF:FF)를 삽입하여 보냅니다. 이 브로드캐스트 ARP Request 패킷은 네트워크안에 있는 모든 컴퓨터들로 전달이 됩니다.

[STEP_2) ARP Reply 패킷]

PC2 컴퓨터는 ARP Reply 패킷으로 응답합니다. ARP Reply 패킷안에는 "내가 192.168.1.2라는 IP를 가지고 있고 내 MAC 주소는 BBB야 "라는 정보를 추가 합니다. PC1은 ARP Reply를 수신하여 자신의 ARP 테이블에 192.168.1.2와 매핑되는 MAC 주소를 추가하게 되고 PC2로 데이터를 포워딩 할 수 있게 됩니다.