ARP란 무엇인가? 120% 쉽게 이해하기
1. ARP란 무엇인가?
1.1 ARP(주소 결정 프로토콜) 소개
ARP, 또는 주소 결정 프로토콜(Address Resolution Protocol)은 네트워크에서 사용되는 주소 변환 프로토콜로, IP 주소와 물리적인 MAC(Media Access Control) 주소 간의 매핑을 제공한다. 이러한 주소 매핑은 네트워크 장치 간의 원활한 통신을 가능케 하며, 이 과정을 수행하는 핵심 프로토콜 중 하나이다. ARP는 간단하면서도 중요한 역할을 수행한다. 네트워크 상에서 장치가 다른 장치와 통신하고자 할 때, 해당 장치의 IP 주소를 알아내어 그에 상응하는 MAC 주소를 찾아야 한다. 이를 위해 다음과 같은 단계로 동작한다.
1) ARP 요청 (ARP Request): 특정 IP 주소에 대한 MAC 주소를 알고자 하는 장치는 주소 결정 프로토콜 요청을 브로드캐스트로 전송한다. 이 요청에는 목표 IP 주소가 포함되어 있다.
2) ARP 응답 (ARP Reply): 주소 결정 프로토콜 요청을 수신한 장치 중 목표 IP 주소를 가지고 있는 장치는 자신의 MAC 주소를 포함한 ARP 응답을 전송한다. 이 응답은 브로드캐스트로 전달된 모든 장치에게 도달하며, 해당 IP 주소에 대한 MAC 주소 매핑을 업데이트한다.
3) ARP 테이블 업데이트: ARP 응답을 받은 장치는 수신한 MAC 주소를 자신의 ARP 테이블에 저장한다. 이로써 향후 통신 시 해당 IP 주소에 대한 MAC 주소를 ARP 테이블에서 확인할 수 있게 된다.
1.2 ARP의 중요성과 기능
ARP는 네트워크에서 논리적인 주소인 IP 주소를 물리적인 주소인 MAC 주소로 변환하는 역할을 담당한다. 이는 데이터를 패킷 단위로 주고받는 네트워크에서 필수적인 프로토콜로, 효율적이고 정확한 주소 매핑이 없으면 통신이 원활하게 이루어지지 않는다. ARP를 통해 주소를 결정하고 네트워크 상에서의 효과적인 통신을 가능케 함으로써, 다양한 장치 간의 상호 연결성을 확보한다.
1) 주소 결정 (Address Resolution)
ARP의 핵심 기능은 IP 주소와 MAC 주소 간의 매핑을 통해, 두 장치 간의 효과적인 통신을 가능케 하는 것이다. IP 주소는 논리적인 주소체계이며, 네트워크 레이어에서 사용된다. 그러나 실제 데이터 전송은 물리적인 주소인 MAC 주소를 기반으로 이루어지기 때문에, ARP를 통해 주소를 결정하면 논리적인 주소와 물리적인 주소 간의 매핑을 수행할 수 있다.
2) 효율적인 통신
ARP는 통신하고자 하는 상대의 IP 주소를 알고 있는 경우 이에 상응하는 MAC 주소를 신속하게 찾아내어 데이터 전송을 가능케 한다. 주소 결정을 통해 효율적인 통신이 이루어지면, 네트워크의 대역폭을 최대한 활용하고 지연을 최소화할 수 있다. 이는 네트워크 성능 향상과 사용자 경험 개선에 기여한다.
3) ARP 캐시의 역할
자주 사용되는 주소 매핑 정보를 ARP 캐시에 저장하여 불필요한 요청을 방지하고 효율성을 높인다. ARP 캐시를 통해 이전에 결정한 주소 매핑 정보를 재사용함으로써 네트워크 트래픽을 감소시키고 응답 시간을 단축할 수 있다.
4) 네트워크의 확장성과 호환성:
ARP는 네트워크에서 다양한 장치 간의 상호 연결성을 확보하며, 여러 종류의 장치와 프로토콜을 지원한다. ARP의 표준화된 프로토콜은 다양한 장치 및 운영체제 간의 호환성을 보장하며, 네트워크의 확장성을 높여준다.
2. ARP 동작 원리
2.1 ARP 테이블과 주소 매핑
ARP 동작의 핵심은 ARP 테이블을 통한 주소 매핑이다. ARP 테이블은 각 장치가 가지고 있는 IP 주소와 해당 IP 주소에 대응하는 MAC 주소를 기록한 표이다. 이 테이블은 장치가 다른 장치에 대한 통신을 시도할 때마다 업데이트되고 관리된다.
1) 주소 매핑의 업데이트: ARP는 네트워크에서 통신이 발생할 때마다 ARP 테이블을 업데이트한다. 장치는 통신할 때 목표 장치의 IP 주소를 사용하며, ARP는 이 IP 주소에 대응하는 MAC 주소를 찾아 테이블에 기록한다.
2) 주소 매핑의 유효 시간: ARP 테이블의 각 항목은 유효 시간을 가지고 있다. 이 시간이 지나면 해당 항목은 만료되며, 재사용하기 위해서는 새로운 요청을 통해 갱신되어야 한다.
2.2 ARP 요청과 응답 과정
ARP는 특정 IP 주소에 대응하는 MAC 주소를 찾기 위해 ARP 요청과 ARP 응답의 두 단계를 거친다. ARP 요청과 응답 과정을 통해 장치들은 자신이 원하는 목표 장치의 MAC 주소를 알 수 있게 되며, 효과적인 통신이 가능케 된다.
1) ARP 요청
- 장치 A에서 ARP 요청 생성: 장치 A는 목표 장치의 IP 주소를 알고 있지만 해당 IP 주소에 대응하는 MAC 주소를 모를 때 ARP 요청을 생성한다.
- ARP 요청을 브로드캐스트: ARP 요청은 브로드캐스트 주소로 전송되어 네트워크 상의 모든 장치에게 도달한다.
- 목표 장치의 응답 대기: 목표 장치는 자신의 IP 주소에 해당하는 ARP 요청을 받고, 자신의 MAC 주소와 함께 ARP 응답을 생성한다.
- ARP 응답 전송: 목표 장치는 ARP 응답을 다시 브로드캐스트로 전송하여 해당 IP 주소에 대응하는 자신의 MAC 주소를 알리게 된다.
2) ARP 응답
- 장치 B에서 ARP 응답 생성: 목표 장치 B는 ARP 요청을 받고, 자신의 IP 주소와 MAC 주소를 포함한 ARP 응답을 생성한다.
- ARP 응답을 브로드캐스트: ARP 응답은 브로드캐스트 주소로 전송되어 네트워크 상의 모든 장치에게 도달한다.
- ARP 테이블 업데이트: ARP 응답을 받은 장치는 자신의 ARP 테이블을 업데이트하여 목표 장치의 IP 주소와 MAC 주소를 기록한다.
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