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DHCP vs 고정 IP 차이, 산업 장비가 고정 IP를 쓰는 이유

요약
DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)는 네트워크에 연결된 장비에 IP 주소·서브넷 마스크·게이트웨이를 자동으로 나눠 주는 프로토콜입니다.
사무용 PC는 DHCP로 충분하지만 센서·게이트웨이·PLC처럼 다른 시스템이 먼저 찾아와 접속하는 산업 장비는 주소가 바뀌면 바로 통신이 끊깁니다.
이 글에서는 DHCP의 4단계 할당 과정과 임대 갱신 시점(임대 기간의 50%·87.5%), 고정 IP와 DHCP 예약의 차이, 장비를 교체할 때 IP 때문에 생기는 문제와 점검 순서를 정리합니다.

모니터링 화면에서 센서 몇 대가 갑자기 "통신 없음"으로 바뀌었는데 현장에 가 보면 장비는 멀쩡히 켜져 있는 경우가 있습니다. 원인을 따라가 보면 공유기를 재부팅했거나 정전 뒤 장비가 다시 켜지면서 DHCP가 전과 다른 주소를 준 일이 적지 않습니다.

수집 서버는 여전히 예전 주소로 장비를 부르고 있으니 응답이 올 리 없습니다. 이런 일을 막으려고 산업 현장에서는 장비 주소를 고정해 두는데 고정하는 방법이 두 가지(장비에 직접 입력, DHCP 예약)이고 각각 장비를 교체할 때 챙길 것이 다릅니다.

1. DHCP란?

DHCP는 네트워크 장비가 켜질 때 DHCP 서버에 주소를 요청하고 서버가 비어 있는 주소를 일정 기간 빌려 주는 방식입니다. 이 기간을 임대 기간(lease time)이라고 하며 기간이 끝나기 전에 장비가 연장을 요청해야 같은 주소를 계속 쓸 수 있습니다.

규격은 IETF RFC 2131에 정의되어 있습니다. DHCP 메시지는 UDP로 오가며 장비(클라이언트)가 서버로 보낼 때는 67번 포트, 서버가 장비로 보낼 때는 68번 포트를 씁니다. 회사나 공장에서는 보통 공유기, 방화벽, L3 스위치 또는 윈도우·리눅스 서버가 DHCP 서버 역할을 맡습니다.

2. 고정 IP(정적 IP)란?

고정 IP는 장비 설정 화면에 IP 주소·서브넷 마스크·게이트웨이·DNS를 사람이 직접 입력해 두는 방식입니다. 장비는 DHCP 서버에 묻지 않고 입력된 주소를 그대로 쓰기 때문에 공유기가 꺼졌다 켜져도 주소가 바뀌지 않습니다.

여기서 말하는 고정 IP는 사내망 안에서 장비 주소를 고정한다는 뜻입니다. 인터넷 회선 업체가 주는 공인 고정 IP와는 다른 이야기이며 공인·사설 주소의 구분은 공인IP vs 사설IP, 유동IP vs 고정IP 글에 정리해 두었습니다. 사내망에서는 RFC 1918이 정한 사설 대역(10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12, 192.168.0.0/16) 안에서 주소를 정합니다.

3. DHCP와 고정 IP는 어떻게 다르게 동작할까?

3-1. DHCP 주소 할당 4단계 (DORA)

Discover, Offer, Request, Ack 네 단계가 차례로 이어지는 절차도

그림 1. 장비와 DHCP 서버가 네 개의 메시지를 주고받아 IP 주소를 확정합니다.

DHCP 주소 할당은 네 개의 메시지로 끝납니다. 장비가 Discover로 서버를 찾으면 서버가 Offer로 쓸 주소를 제안하고 장비가 Request로 그 주소를 쓰겠다고 답하면 서버가 Ack로 확정합니다. 앞 글자를 따서 DORA라고 부릅니다. RFC 2131은 장비가 주소를 받은 뒤 ARP 등으로 같은 주소를 쓰는 장비가 없는지 확인하도록 권하며 이미 쓰이는 주소라면 장비는 Decline 메시지로 서버에 알려야 합니다.

3-2. 임대 갱신 시점은 어떻게 계산할까?

RFC 2131의 기본값으로 장비는 임대 기간의 50%가 지난 시점(T1)에 원래 서버에 연장을 요청합니다. 응답이 없으면 87.5% 시점(T2)에 네트워크 전체로 다시 요청하고 임대 기간이 다 끝날 때까지 연장되지 않으면 주소를 내려놓습니다.

예를 들어 임대 기간이 24시간이면 T1은 24 × 0.5 = 12시간, T2는 24 × 0.875 = 21시간입니다. DHCP 서버가 고장 나도 장비는 최대 24시간까지는 기존 주소로 버티지만 그 사이에 서버가 살아나지 않으면 주소를 잃습니다. 임대 기간은 서버 설정마다 다르므로 현장의 DHCP 서버 설정값으로 같은 계산을 해 보면 됩니다.

항목 DHCP (자동 할당) 고정 IP (장비에 직접 입력)
주소 정하는 곳 DHCP 서버 장비 설정 화면
주소 변경 가능성 임대 만료·서버 재설정 때 바뀔 수 있음 사람이 바꾸기 전에는 그대로
DHCP 서버가 멈추면 임대 기간이 끝나면 주소를 잃음 영향 없음
설치 작업량 꽂으면 바로 연결 장비마다 주소 입력 필요
주소 중복 위험 서버가 관리해 낮음 관리 대장이 없으면 높음
어울리는 장비 사무용 PC, 노트북, 스마트폰 센서, 게이트웨이, PLC, 수집 서버, 프린터

4. 산업 장비는 왜 고정 IP를 쓸까?

산업 장비가 고정 IP를 쓰는 가장 큰 이유는 통신 방향입니다. Modbus TCP 같은 방식에서는 수집 서버나 SCADA가 장비의 IP 주소로 먼저 접속해 값을 읽어 가는데 이때 장비 주소가 바뀌면 서버 설정을 함께 고치기 전까지 데이터가 비어 버립니다. Modbus TCP의 동작은 Modbus TCP 산업용 통신 프로토콜 글을 참고하면 됩니다.

  • 주소로 찾아오는 설정이 많음 : 수집 서버의 장비 목록, 방화벽 허용 규칙, 포트포워딩, 상위 시스템 연동 설정이 모두 IP 주소를 기준으로 적혀 있습니다.
  • DHCP 서버에 대한 의존 제거 : 공장망에서 공유기나 DHCP 서버가 고장 나면 사무망과 생산망이 같이 멈출 수 있는데 고정 IP 장비는 이 영향을 받지 않습니다.
  • 기록 추적 : 통신 로그와 알람 이력에 남은 주소가 늘 같은 장비를 가리키므로 사고 뒤 원인을 찾기 쉽습니다.
  • 단독망 운영 : 인터넷과 끊긴 설비망에는 DHCP 서버가 아예 없는 경우가 많아 주소를 직접 넣는 것이 유일한 방법입니다.

외부에서 사내 장비에 접속하는 구성이라면 포트포워딩 규칙도 내부 IP를 가리키므로 주소가 바뀌는 순간 원격 접속이 끊깁니다. 설정 방법은 포트포워딩과 원격 모니터링 접속 설정 글에 있습니다.

5. DHCP 예약이란? 고정 IP와 무엇이 다를까

DHCP 예약은 DHCP 서버에 "이 MAC 주소를 가진 장비에는 항상 이 IP를 준다"라고 등록해 두는 방식입니다. RFC 2131은 이를 관리자가 주소를 정하고 DHCP는 전달만 하는 수동 할당(manual allocation)으로 설명합니다. 서버는 장비가 보낸 클라이언트 식별자(client identifier)로, 그것이 없으면 하드웨어 주소(MAC)로 장비를 구분합니다.

장비 쪽 설정은 DHCP 그대로 두고 주소 관리를 서버 한 곳에서 하므로 장비가 수십 대일 때 편합니다. 다만 장비가 여전히 DHCP 서버에 기대고 있어서 서버가 오래 멈추면 고정 IP와 달리 임대 만료 뒤 주소를 잃을 수 있습니다.

구분 DHCP 예약 장비에 고정 IP 입력
주소 관리 위치 DHCP 서버 한 곳 장비마다 따로
게이트웨이·DNS 변경 서버에서 바꾸면 갱신 때 반영 장비마다 다시 입력
DHCP 서버 장애 영향 임대 만료 뒤 주소를 잃을 수 있음 없음
장비 교체 시 할 일 서버의 예약 MAC 주소를 새 장비 것으로 변경 새 장비에 기존 주소를 그대로 입력
어울리는 현장 IT 부서가 DHCP 서버를 관리하는 사무·물류 현장 설비 단독망, DHCP 서버가 없는 현장

6. 고정 IP 주소 계획은 어떻게 세울까?

고정 IP를 쓸 때 가장 흔한 사고는 DHCP가 나눠 주는 범위 안의 주소를 장비에 직접 넣는 경우입니다. 처음에는 문제가 없다가 어느 날 DHCP 서버가 같은 주소를 노트북에 주면서 두 장비가 번갈아 끊기는 IP 충돌이 생깁니다. 그래서 고정 주소 구간과 DHCP 구간을 겹치지 않게 미리 나눠 둡니다.

192.168.10.0/24 망이라면 쓸 수 있는 주소는 192.168.10.1~192.168.10.254의 254개입니다. 이를 아래처럼 나누면 주소만 보고도 장비 종류를 알 수 있습니다. 서브넷과 게이트웨이 계산은 서브넷 마스크와 게이트웨이, /24 뜻과 같은 망 계산법 글에서 다룹니다.

주소 구간 (예시) 개수 용도
192.168.10.1 1 게이트웨이 (공유기·방화벽)
192.168.10.2~19 18 스위치, 수집 서버, NAS
192.168.10.20~99 80 센서, 게이트웨이, PLC (고정 IP)
192.168.10.100~199 100 DHCP 자동 할당 (PC·노트북)
192.168.10.200~254 55 여유분, 시험용

구간을 정했으면 DHCP 서버의 할당 범위를 100~199로 좁혀 두고 장비별 주소·MAC 주소·설치 위치·설치일을 적은 IP 관리 대장을 만듭니다. 대장이 없으면 몇 년 뒤 어떤 주소가 비어 있는지 아무도 모르는 상태가 됩니다.

7. 장비를 교체할 때 IP 때문에 생기는 문제와 주의점

센서나 게이트웨이를 새 제품으로 바꾸면 MAC 주소가 함께 바뀝니다. MAC 주소는 장비마다 공장에서 정해져 나오기 때문에 같은 모델이라도 값이 다르고 이 차이가 교체 작업에서 생기는 IP 문제 대부분의 원인입니다.

설정 기록, 기존 장비 분리, 새 장비 설정, DHCP 예약 MAC 변경, 통신 확인, 관리 대장 수정의 6단계 절차도

그림 2. MAC 주소가 바뀌므로 기존 장비 분리와 예약·대장 갱신을 함께 챙깁니다.

교체 절차는 여섯 단계로 정리할 수 있습니다. 기존 장비의 IP·서브넷 마스크·게이트웨이·통신 설정을 기록하고 기존 장비를 망에서 분리한 뒤 새 장비에 같은 설정을 넣습니다. DHCP 예약을 쓰는 현장이라면 서버의 예약 MAC 주소를 새 장비 것으로 바꿉니다. 그다음 ping과 수집 서버 화면으로 통신을 확인하고 마지막으로 IP 관리 대장의 MAC 주소와 교체일을 고칩니다.

  • 기존 장비를 먼저 분리 : 새 장비를 같은 주소로 먼저 꽂으면 두 장비가 같은 IP를 쓰는 충돌이 생깁니다. 반드시 기존 장비를 뺀 다음 연결합니다.
  • 예약 MAC 주소 갱신 : DHCP 예약을 고치지 않으면 새 장비는 DHCP 구간의 아무 주소나 받고 예약된 주소는 빈 채로 남습니다.
  • 새 장비의 초기 주소 확인 : 출고 상태의 장비는 제조사가 정한 기본 IP로 켜지거나 DHCP로 동작합니다. 설명서에서 초기 주소를 먼저 확인하고 노트북을 그 대역에 맞춰 연결해 설정합니다.
  • ARP 캐시 : 스위치·서버·방화벽은 IP와 MAC의 짝을 잠시 기억해 둡니다. 교체 직후 통신이 안 되다가 몇 분 뒤 붙는다면 이 기억이 남아 있던 경우가 많으며 서버에서 ARP 캐시를 지우거나 새 장비를 재부팅하면 빨리 풀립니다.
  • MAC 기반 보안 설정 : 스위치 포트 보안이나 방화벽이 MAC 주소로 접속을 막고 있다면 IT 담당자에게 새 MAC 주소 등록을 요청해 둡니다.
  • 시간 설정 : 새 장비의 NTP 서버 주소도 기존과 같게 넣어야 기록 시각이 어긋나지 않습니다. 동기화 원리는 NTP 시간 동기화 원리 글을 참고하면 됩니다.

8. 자주 생기는 IP 문제와 해결

증상 흔한 원인 점검·해결
장비 주소가 169.254.x.x로 나옴 DHCP 서버에서 주소를 못 받아 스스로 링크 로컬 주소를 정함 DHCP 서버 동작, 케이블, 스위치 포트 확인 또는 고정 IP 입력
두 장비가 번갈아 끊김 IP 충돌 (고정 주소가 DHCP 구간과 겹침) 관리 대장으로 중복 확인, DHCP 범위 조정
같은 망에서는 되는데 원격에서 안 됨 고정 IP 입력 때 게이트웨이를 빠뜨림 게이트웨이·DNS 값 다시 입력
정전·재부팅 뒤 일부 장비만 끊김 DHCP로 다른 주소를 받음 고정 IP 또는 DHCP 예약으로 전환
교체 직후 몇 분간 응답 없음 주변 장비의 ARP 캐시에 기존 MAC이 남음 ARP 캐시 삭제, 장비 재부팅

169.254.0.0/16 대역은 RFC 3927이 정한 IPv4 링크 로컬 주소로, 윈도우에서는 APIPA라고 부릅니다. 이 주소는 라우터를 넘어가지 못하므로 장비가 이 주소를 갖고 있다면 수집 서버와는 통신할 수 없다고 보면 됩니다.

9. 관련 산업용어

■ 임대 기간 (Lease Time)
DHCP 서버가 장비에 주소를 빌려 주는 기간입니다. 장비는 기본적으로 이 기간의 50% 시점에 연장을 요청합니다.

■ MAC 주소
네트워크 장비마다 정해진 하드웨어 주소입니다. DHCP 예약은 이 값을 기준으로 같은 장비를 알아봅니다.

■ ARP (Address Resolution Protocol)
IP 주소를 보고 그 주소를 쓰는 장비의 MAC 주소를 알아내는 프로토콜입니다. DHCP 장비가 받은 주소의 중복 여부를 확인할 때도 씁니다.

■ IP 충돌
같은 망에서 두 장비가 같은 IP 주소를 쓰는 상태입니다. 두 장비 모두 통신이 불안정해집니다.

■ APIPA (링크 로컬 주소)
DHCP 서버를 찾지 못한 장비가 스스로 정하는 169.254.x.x 주소입니다. 같은 망 안에서만 쓸 수 있습니다.

10. 자주 묻는 질문

Q. 센서는 DHCP로 쓰면 안 되나요?
DHCP 예약을 걸어 두면 써도 됩니다. 예약 없이 자동 할당만 쓰면 재부팅이나 임대 만료 때 주소가 바뀔 수 있어 수집 서버가 장비를 찾지 못합니다.

Q. DHCP 예약과 고정 IP 중 무엇이 더 안정적인가요?
DHCP 서버 장애까지 생각하면 장비에 직접 넣는 고정 IP가 더 안정적입니다. 대신 DHCP 예약은 주소를 한 곳에서 관리할 수 있어 장비가 많은 현장에서 편합니다.

Q. DHCP 임대 기간 24시간이면 언제 갱신하나요?
12시간 뒤에 처음 갱신을 요청합니다. 실패하면 21시간 시점에 다시 요청하고 24시간이 지나도 연장되지 않으면 주소를 내려놓습니다.

Q. IP 주소가 169.254로 시작하면 무슨 뜻인가요?
장비가 DHCP 서버에서 주소를 받지 못했다는 뜻입니다. DHCP 서버와 케이블 연결을 확인하거나 장비에 고정 IP를 입력합니다.

Q. 장비를 같은 모델로 교체하면 IP 설정을 안 해도 되나요?
아니요, 다시 해야 합니다. MAC 주소가 바뀌므로 고정 IP는 새 장비에 다시 입력하고 DHCP 예약은 서버의 MAC 주소를 고쳐야 합니다.

11. 마무리

DHCP는 주소를 자동으로 빌려 주는 편리한 방식이지만 주소가 바뀔 수 있고 DHCP 서버에 기댄다는 약점이 있습니다. 수집 서버가 먼저 찾아가는 센서·게이트웨이·PLC는 고정 IP나 DHCP 예약으로 주소를 묶어 두는 편이 안전합니다. 고정 주소 구간과 DHCP 구간을 겹치지 않게 나누고 장비별 IP·MAC 주소를 관리 대장에 적어 두는 것이 충돌을 막는 가장 확실한 방법입니다. 장비를 교체할 때는 기존 장비를 먼저 분리하고 새 장비의 MAC 주소를 예약과 대장에 반영하는 두 가지를 빠뜨리지 않도록 합니다.

참고 기준 : IETF RFC 2131 「Dynamic Host Configuration Protocol」(1997), IETF RFC 1918 「Address Allocation for Private Internets」(1996), IETF RFC 3927 「Dynamic Configuration of IPv4 Link-Local Addresses」(2005)

태그 : DHCP, 고정IP, 정적IP, DHCP예약, IP예약, 임대기간, DORA, MAC주소, IP충돌, APIPA, 사설IP, 산업용네트워크, 장비교체, IP관리대장, 센서네트워크