MAC

MAC 주소는 48비트 길이의 고유 식별자로, 일반적으로 16진수 12자리로 표현됩니다. 이 12자리는 다시 6개의 옥텟(octet) 또는 바이트(byte)로 구분되며, 각 옥텟은 두 자리의 16진수로 구성됩니다. 표기 시에는 하이픈(-)이나 콜론(:)으로 구분하며, 예를 들어 '00-1A-2B-3C-4D-5E' 또는 '00:1A:2B:3C:4D:5E'와 같은 형태를 가집니다.

48비트 주소 공간은 두 개의 주요 부분으로 나뉩니다. 첫 24비트(처음 3바이트)는 OUI(Organizationally Unique Identifier)로, 네트워크 인터페이스 카드를 제조한 회사를 식별하는 코드입니다. 이 코드는 IEEE(전기 전자 기술자 협회)가 제조사에 할당합니다. 나머지 24비트(마지막 3바이트)는 제조사가 자체적으로 각 장치에 고유하게 부여하는 일련 번호입니다. 이 구조 덕분에 전 세계적으로 동일한 MAC 주소를 가진 장치는 존재하지 않습니다[2].

MAC 주소의 첫 번째 옥텟의 최하위 비트(LSB)는 주소의 유형을 나타내는 중요한 플래그 역할을 합니다. 이 비트가 '0'으로 설정되면 해당 주소는 특정 단일 장치를 지칭하는 유니캐스트 주소임을 의미합니다. 반면 '1'로 설정되면 하나 이상의 장치 그룹을 대상으로 하는 멀티캐스트 주소가 됩니다. 또한, 모든 비트가 '1'인 주소(FF:FF:FF:FF:FF:FF)는 네트워크 세그먼트 내의 모든 장치에 데이터를 전송하는 브로드캐스트 주소로 사용됩니다.

MAC 주소는 OSI 모델의 데이터 링크 계층, 구체적으로는 그 하위 계층인 매체 접근 제어(MAC) 하위 계층에서 동작하는 물리적 식별자이다. 이 계층은 동일한 네트워크 세그먼트(예: 하나의 이더넷 스위치에 연결된 장치들) 내에서 직접 통신을 담당한다. MAC 주소의 주요 역할은 같은 네트워크 내에서 프레임의 출발지와 목적지를 정확히 지정하여 데이터가 올바른 장치에 도달하도록 하는 것이다.

네트워크 계층(예: IP 주소를 사용하는 계층)과의 관계에서 MAC 주소는 캡슐화 과정에서 중요한 역할을 한다. 네트워크 계층에서 생성된 IP 패킷은 데이터 링크 계층으로 전달되어 이더넷 프레임으로 캡슐화된다. 이때, 프레임의 헤더에는 목적지와 출발지의 MAC 주소가 포함된다. 최종 목적지가 같은 네트워크에 있으면, 송신 장치는 ARP(Address Resolution Protocol)를 사용하여 목적지 IP 주소에 해당하는 MAC 주소를 알아내고, 해당 MAC 주소를 목적지로 설정하여 프레임을 전송한다.

다른 네트워크로 데이터를 보내야 할 경우, 송신 장치는 패킷의 목적지 IP 주소를 확인하고, 이를 로컬 네트워크의 출구인 기본 게이트웨이(라우터)의 IP 주소로 설정한다. 그리고 ARP를 통해 게이트웨이의 MAC 주소를 조회하여, 프레임의 목적지 MAC 주소로 사용한다. 라우터는 프레임을 수신한 후 네트워크 계층 헤더를 확인하고, 최종 목적지를 향해 다음 홉(hop)으로 패킷을 전달하는 과정을 반복한다. 따라서 MAC 주소는 한 홉(하나의 네트워크 구간)을 이동할 때마다 변경되지만, IP 주소는 종단 간 통신에서 일정하게 유지된다[3].

MAC 주소는 네트워크 상에서 데이터 프레임이 전송되는 방식을 결정하는 첫 번째 옥텟의 최하위 비트(LSB)에 따라 유니캐스트, 멀티캐스트, 브로드캐스트로 구분된다. 이 구분은 데이터가 네트워크 상의 단일 장치, 특정 그룹의 장치, 또는 네트워크 내 모든 장치 중 어디로 전달되어야 하는지를 나타낸다.

유니캐스트 주소는 네트워크 인터페이스 카드에 고유하게 할당된 주소로, 프레임의 목적지 주소 필드가 유니캐스트 주소일 경우 해당 주소를 가진 정확히 하나의 장치만 그 프레임을 처리한다. 이는 대부분의 일반적인 데이터 통신에서 사용되는 방식이다.

멀티캐스트 주소는 특정 그룹에 속한 여러 장치가 공유하는 주소이다. 목적지 주소가 멀티캐스트 주소인 프레임은 해당 그룹에 가입(구독)한 모든 장치에 의해 수신된다. 이는 효율적인 대역폭 사용을 위해 동일한 데이터를 여러 수신자에게 동시에 전송해야 할 때 활용된다[5]. 브로드캐스트 주소는 미리 정의된 특수 주소(FF:FF:FF:FF:FF:FF)로, 동일한 로컬 영역 네트워크 세그먼트 내에 있는 모든 장치가 프레임을 수신하고 처리해야 함을 의미한다. 주로 네트워크 장치의 주소를 찾거나 네트워크 전체에 공지를 할 때 사용되지만, 과도한 브로드캐스트 트래픽은 네트워크 성능 저하의 원인이 될 수 있다.

MAC 주소는 크게 제조 시 할당되는 UAA(Universally Administered Address)와 사용자가 임의로 설정할 수 있는 LAA(Locally Administered Address)로 구분된다. 이 구분은 MAC 주소의 첫 번째 옥텟(8비트) 중 두 번째로 낮은 비트, 즉 U/L(Universal/Local) 비트에 의해 결정된다[6]. 이 비트가 0으로 설정되면 UAA, 1로 설정되면 LAA임을 나타낸다.

UAA는 일명 '물리 주소' 또는 '하드웨어 주소'로 불리며, 네트워크 인터페이스 컨트롤러(NIC)를 제조하는 단계에서 IEEE가 제조사에 할당한 OUI(Organizationally Unique Identifier)를 기반으로 고유하게 부여된다. 이 주소는 일반적으로 장치의 ROM에 영구적으로 기록되며, 전 세계적으로 중복되지 않도록 관리된다. 따라서 UAA는 네트워크에서 장치를 식별하는 가장 기본적이고 신뢰할 수 있는 수단으로 사용된다.

반면 LAA는 소프트웨어적으로 설정 가능한 '로컬 주소' 또는 '관리 주소'이다. 네트워크 관리자가 특정 목적을 위해 기존의 UAA를 덮어쓰도록 설정할 수 있다. LAA는 주로 네트워크 테스트, 특정 소프트웨어 라이선스 바인딩, 또는 보안상의 이유로 실제 하드웨어 주소를 숨기고자 할 때 사용된다. 그러나 LAA는 로컬 네트워크 내에서만 유효하며, 전역적 고유성을 보장하지 않는다.

대부분의 네트워크 장치는 기본적으로 UAA를 사용한다. LAA를 사용하려면 명시적으로 네트워크 인터페이스의 속성을 변경해야 한다. 일부 운영체제에서는 ifconfig나 ip link 같은 명령어를 통해 MAC 주소를 임시 또는 영구적으로 LAA로 변경할 수 있다.

MAC 주소의 할당과 관리는 IEEE가 전 세계적으로 중앙 조정하는 체계를 통해 이루어진다. IEEE는 네트워크 장비 제조사들에게 고유한 식별 코드를 부여하며, 이 코드가 바로 OUI(Organizationally Unique Identifier)이다.

OUI는 24비트(3옥텟) 길이의 16진수 숫자로 구성된다. 이는 MAC 주소의 앞 6자리(예: 00-1A-2B)에 해당한다. 제조사는 IEEE로부터 OUI를 할당받은 후, 남은 24비트(또는 확장 OUI의 경우 다른 길이)를 자체적으로 관리하여 각 네트워크 인터페이스에 고유한 주소를 부여한다[8]. 이 체계는 전 세계적으로 중복되지 않는 MAC 주소를 보장하는 데 핵심적인 역할을 한다.

IEEE는 공식 OUI 목록을 유지 관리하며, 이를 공개하여 특정 MAC 주소의 제조사를 식별할 수 있도록 한다. 이 목록은 네트워크 관리, 보안 감사, 장비 식별에 널리 활용된다. OUI 할당은 유료 서비스이며, 제조사는 필요한 OUI 풀의 크기에 따라 신청한다. 네트워크 장비의 급증으로 인해 단일 제조사가 여러 개의 OUI를 보유하는 경우도 흔하다.

IEEE 산하의 RA(Registration Authority)는 전 세계적으로 OUI를 관리하고 할당하는 유일한 기관이다. 제조사는 IEEE RA에 등록 신청을 하고, 할당받은 OUI를 기반으로 각 네트워크 장치에 고유한 MAC 주소를 부여한다.

할당 절차는 일반적으로 다음과 같은 단계로 진행된다. 먼저, 네트워크 인터페이스 카드(NIC)나 장치를 생산하는 제조사는 IEEE RA 공식 웹사이트를 통해 OUI 할당을 신청한다. 이때 신청자는 기업 정보와 필요한 주소 공간의 크기를 제출해야 한다. 신청이 승인되면 제조사는 고유한 3바이트(24비트) OUI를 할당받는다. 이후 제조사는 할당받은 OUI를 프리픽스로 사용하여, 남은 3바이트(24비트)를 자체적으로 관리하며 각 장치에 고유한 시리얼 번호를 부여하여 완전한 48비트 MAC 주소를 생성한다.

이 절차를 통해 제조사는 자신이 생산하는 모든 네트워크 장치에 전 세계적으로 중복되지 않는 UAA를 부여할 수 있다. 대규모 제조사의 경우 여러 개의 OUI 블록을 할당받을 수 있으며, 할당 비용과 정책은 IEEE RA에 의해 정해진다. 이 체계는 하드웨어 주소의 전역적 유일성을 보장하는 데 핵심적인 역할을 한다.

MAC 주소 필터링은 네트워크 접근 제어의 한 방법으로, 허용된 MAC 주소를 가진 장치만 네트워크에 연결하도록 허용하거나, 특정 MAC 주소를 가진 장치의 접속을 명시적으로 차단하는 기술이다. 이 방식은 일반적으로 무선 AP(Access Point)나 유선 네트워크 스위치에서 구현되며, 네트워크 관리자가 사전에 등록한 MAC 주소 목록(화이트리스트)을 기준으로 접근을 통제한다.

동작 원리는 비교적 단순하다. 네트워크 장비가 연결 요청을 받으면, 해당 장치의 MAC 주소를 추출하여 관리자가 설정한 목록과 비교한다. 목록에 등록되어 있으면 연결을 허용하고, 그렇지 않으면 연결을 거부한다. 반대로 블랙리스트 방식으로 특정 MAC 주소의 접속만 차단하는 설정도 가능하다. 이 기술은 주로 소규모 가정이나 사무실 네트워크에서 불법적인 접근을 차단하기 위한 1차적인 보안 수단으로 활용된다.

그러나 MAC 주소 필터링에는 몇 가지 심각한 한계가 존재한다. 가장 큰 문제는 MAC 주소 스푸핑에 취약하다는 점이다. MAC 주소는 하드웨어에 고정된 것이 아니라 네트워크 인터페이스의 소프트웨어 설정을 통해 쉽게 변경될 수 있다. 따라서 공격자는 네트워크 트래픽을 감청하여 허용된 MAC 주소를 확인한 후, 자신의 장치 MAC 주소를 그 주소로 위조하면 필터링을 우회할 수 있다. 또한, 대규모 네트워크에서 모든 장치의 MAC 주소를 등록하고 관리하는 것은 매우 번거로운 작업이 된다.

따라서 MAC 주소 필터링은 단독으로 강력한 보안 조치로 간주되지 않는다. 이는 보안의 다층적 방어 체계에서 다른 기술들과 함께 사용되어야 한다. 예를 들어, WPA2나 WPA3와 같은 강력한 무선 암호화 프로토콜과 결합하거나, 802.1X와 같은 포괄적인 인증 프로토콜을 도입하는 것이 권장된다. MAC 주소 필터링은 관리 부담 대비 제공하는 실제 보안 수준이 높지 않아, 최근에는 보조적인 수단이나 매우 제한된 환경에서의 간편한 접근 제어용으로만 사용되는 경향이 있다.

MAC 주소 스푸핑은 공격자가 네트워크 상에서 합법적인 장치의 MAC 주소를 위조하여 자신의 장치를 가장하는 행위이다. 이 공격은 주로 MAC 주소 필터링을 우회하거나, ARP 캐시 포이즈닝을 통해 트래픽을 탈취하는 데 사용된다. 공격자는 소프트웨어 도구를 이용해 네트워크 인터페이스 카드의 MAC 주소를 임의로 변경할 수 있으며, 이로 인해 스위치는 공격자의 장치를 허가된 장치로 오인하여 트래픽을 전달할 수 있다.

MAC 주소 스푸핑에 대한 주요 대응 방안은 다음과 같다.

이러한 기술적 대응과 함께 정책적 관리도 중요하다. 네트워크 관리자는 정기적으로 장치 인벤토리를 점검하고, 예상치 못한 MAC 주소의 출현을 모니터링해야 한다. 또한, MAC 주소 필터링만을 보안 수단으로 의존하는 것은 한계가 있으므로, 더 강력한 인증 방식과 결합하는 것이 권장된다. 최근에는 IPv6 환경에서 NDP 보안 확장과 같은 추가적인 보안 메커니즘이 제안되고 있다.

ARP는 네트워크 계층의 IP 주소를 데이터 링크 계층의 MAC 주소로 변환하는 프로토콜이다. 이 프로토콜은 주로 이더넷과 같은 LAN 환경에서 통신을 가능하게 하는 핵심 메커니즘으로 작동한다. 네트워크 상의 호스트나 라우터가 특정 IP 주소를 가진 장치에 데이터를 전송하려면, 최종적으로는 해당 장치의 물리적 주소인 MAC 주소를 알아야 한다. ARP는 이 변환 과정을 담당한다.

ARP의 동작 과정은 요청(ARP Request)과 응답(ARP Reply)으로 구성된다. 특정 IP 주소에 대한 MAC 주소를 알지 못하는 호스트는 네트워크 전체에 브로드캐스트 방식으로 ARP 요청 패킷을 전송한다. 이 패킷은 "이 IP 주소를 가진 장치는 자신의 MAC 주소를 알려달라"는 내용을 담고 있다. 네트워크상의 모든 장치는 이 요청을 수신하지만, 지정된 IP 주소를 가진 장치만이 ARP 응답 패킷을 유니캐스트로 발신자에게 회신한다. 응답 패킷에는 자신의 MAC 주소가 포함되어 있다. 요청을 보낸 호스트는 이 응답을 받아 IP 주소와 MAC 주소의 매핑 정보를 자신의 ARP 캐시에 일정 시간 동안 저장한다. 이를 통해 이후 통신에서는 매번 ARP 요청을 보내지 않고도 캐시된 정보를 사용할 수 있다.

ARP는 효율적인 통신을 가능하게 하지만, ARP 스푸핑과 같은 보안 위협에 취약하다. 이는 공격자가 위조된 ARP 응답을 전송하여 정상적인 IP-MAC 주소 매핑을 교란시키는 공격 방식이다[11]. 이러한 위험을 완화하기 위해 정적 ARP 항목 설정, ARP 감시 도구 사용, 동적 ARP 검증과 같은 보안 대책이 활용된다.

이더넷 프레임은 데이터 링크 계층에서 전송되는 기본 데이터 단위이다. 프레임은 네트워크를 통해 실제로 전송되는 비트의 구조화된 형태로, 헤더, 페이로드(데이터), 트레일러로 구성된다. 이 구조는 발신지와 목적지 MAC 주소를 명시하고, 데이터의 무결성을 검증하며, 네트워크 상에서의 정확한 전달을 보장한다.

이더넷 프레임의 일반적인 형식은 다음과 같은 필드들로 이루어져 있다. 구체적인 크기는 이더넷 표준에 따라 약간의 차이가 있을 수 있다.

데이터 필드의 크기는 일반적으로 46에서 1500 바이트 사이이며, 이 범위를 MTU(Maximum Transmission Unit)라고 부른다. 데이터가 46바이트 미만일 경우, 패딩(padding) 비트가 추가되어 최소 길이를 맞춘다. FCS 필드는 수신 측에서 프레임의 무결성을 확인하기 위해 사용된다. 수신 측은 동일한 알고리즘으로 CRC를 계산한 후 FCS 값과 비교하여 오류 유무를 판단한다[12].

가상 머신은 물리적 네트워크 인터페이스 카드가 없지만, 호스트 시스템의 가상화 소프트웨어(예: 하이퍼바이저)에 의해 생성된 가상 네트워크 어댑터를 통해 네트워크에 연결된다. 각 가상 네트워크 어댑터에는 물리적 어댑터와 마찬가지로 고유한 MAC 주소가 할당된다. 이 주소는 가상 머신이 가상 스위치를 통해 다른 가상 머신이나 외부 물리 네트워크와 통신할 때 이더넷 프레임의 출발지 및 목적지 주소로 사용된다.

가상 머신의 MAC 주소 할당 방식은 크게 정적 할당과 동적 할당으로 나뉜다. 정적 할당은 가상 머신 생성 시 관리자가 특정 주소를 직접 지정하거나, 가상화 플랫폼이 특정 주소 풀에서 자동으로 하나를 선택하여 고정적으로 부여하는 방식이다. 동적 할당은 가상 머신이 부팅될 때마다 가상화 플랫폼이나 내부의 DHCP 서버로부터 임시 주소를 할당받는 방식을 의미한다. 일반적으로 가상화 환경에서는 중복을 방지하고 관리를 용이하게 하기 위해 가상화 소프트웨어가 관리하는 주소 풀을 사용하여 정적 할당을 수행한다.

가상화 환경에서 MAC 주소의 중복은 심각한 네트워크 문제를 일으킬 수 있다. 따라서 주요 가상화 플랫폼들은 자체적인 OUI 범위를 사용하거나, 사용자가 정의한 주소 풀을 관리하여 중복을 방지한다. 예를 들어, VMware는 '00:50:56'으로 시작하는 OUI를 가상 머신용으로 예약해 두고 있다[13]. 또한, 중첩된 가상화나 컨테이너 환경에서는 추가적인 가상 네트워크 계층이 생성되어 더 많은 가상 MAC 주소가 필요해지며, 이에 따른 관리 복잡성이 증가한다.

가상화 환경이나 특정 네트워크 구성에서 네트워크 인터페이스에 MAC 주소를 고정적으로 할당하지 않고 필요에 따라 자동으로 할당하는 방식을 의미한다. 이 방식은 특히 대규모 데이터 센터나 클라우드 환경에서 효율적인 자원 관리와 네트워크 구성을 가능하게 한다.

동적 할당은 주로 하이퍼바이저나 네트워크 관리 소프트웨어에 의해 제어된다. 예를 들어, 가상 머신이 생성될 때마다 관리 시스템은 사전에 정의된 풀(pool)에서 사용되지 않는 MAC 주소를 하나 선택하여 해당 VM의 가상 NIC(Network Interface Card)에 할당한다. 이 과정은 중복을 방지하고 관리자의 수동 개입을 최소화한다. 할당 정책은 순차적 할당, 무작위 할당, 또는 특정 범위 내에서의 할당 등으로 구성될 수 있다.

동적 MAC 주소 할당의 주요 이점과 고려사항은 다음과 같다.

이 방식은 SDN(Software-Defined Networking) 환경과도 긴밀하게 연동된다. 네트워크 컨트롤러는 가상 머신의 생성, 이동, 삭제 라이프사이클에 맞춰 MAC 주소를 동적으로 할당하고 회수하여, 물리적 네트워크 토폴로지의 제약을 넘어선 유연한 네트워킹을 제공한다.

IPv6는 확장된 주소 공간과 함께 MAC 주소와의 통합을 위한 새로운 메커니즘을 도입했다. 가장 주목할 만한 것은 SLAAC(Stateless Address Autoconfiguration)을 위한 EUI-64 형식이다. 이 방식은 48비트 MAC 주소의 중간에 고정된 값(0xFFFE)을 삽입하여 64비트 인터페이스 식별자를 생성한다. 이를 통해 호스트는 네트워크 접두사와 결합하여 글로벌 IPv6 주소를 자동으로 구성할 수 있다.

그러나 MAC 주소를 기반으로 한 주소 자동 생성은 사생활 보호 문제를 야기한다. MAC 주소는 하드웨어에 고정되어 있어, 생성된 IPv6 주소가 네트워크를 이동해도 변경되지 않을 수 있다. 이는 장치의 물리적 위치와 활동을 장기간 추적하는 데 악용될 가능성이 있다. 이 문제를 해결하기 위해 임시 주소(Temporary Addresses)나 안정적인 비밀 값(RFC 7217)을 사용한 암호화 해시 기반의 인터페이스 식별자 생성 방식이 표준화되었다.

다음 표는 MAC 주소와 IPv6 주소 생성의 주요 연관 방식을 비교한다.

결론적으로, IPv6는 초기에는 MAC 주소를 주소 구성의 핵심 요소로 활용했지만, 보안과 프라이버스 보호 요구사항에 따라 그 의존도는 점차 줄어드는 추세이다. 현대 IPv6 구현에서는 기본 EUI-64 방식보다는 프라이버시 확장 기능을 기본적으로 활성화하는 것이 권장된다.

MAC 주소 난독화 기술은 사용자의 프라이버시 보호를 위해 장치의 실제 MAC 주소를 지속적 또는 임시적으로 다른 값으로 대체하는 기법이다. 이 기술은 특히 공공 Wi-Fi 네트워크와 같이 추적이 쉬운 무선 환경에서 사용자의 이동 경로와 습관을 모니터링하는 것을 방지하는 데 목적이 있다.

주요 운영체제는 이 문제에 대응하기 위해 자체적인 난독화 기능을 도입했다. 예를 들어, iOS 8, 안드로이드 10, 윈도우 10, 그리고 일부 리눅스 배포판은 네트워크에 탐색(Probe) 요청을 보낼 때나 특정 네트워크에 연결할 때 무작위로 생성된 MAC 주소를 사용할 수 있다. 이 무작위 주소는 일반적으로 네트워크별로 다르게 생성되어, 단일 장치가 여러 다른 장치인 것처럼 보이게 만든다.

난독화 기술은 프라이버시를 강화하지만, MAC 주소 필터링을 기반으로 한 네트워크 접근 제어를 무력화시키는 부작용이 있다. 또한, 네트워크 관리 측면에서 장치 식별과 문제 해결을 어렵게 만들 수 있다. 이러한 한계를 극복하기 위해, 일부 엔터프라이즈 환경에서는 무작위 MAC 주소를 사용하는 클라이언트도 안전하게 인증할 수 있는 대체 식별자나 802.1X와 같은 더 강력한 인증 프로토콜을 도입하고 있다.