[과제] 네트워크 I - IPv4 vs. IPv6

다음 답변은 KG아이티뱅크 2학기 3기수 네트워크 I  수업의 과제에 대한 개인적인 답변입니다.

이에 받은 점수와 무관하게 학기를 마무리하며 개인적으로 기록을 남기고자 포스팅합니다.

 

주제

IPv4와 IPv6에 대한 조사.
1. IPv6가 등장하게 된 배경에 대해 조사해 봅시다.
2. IPv6로 바로 바뀌지 않는 이유는 무엇인지 조사해 봅시다.
3. IPv4는 언제쯤 사라지게 될지 조사해 봅시다.

 

답변

IP (Internet Protocol, 인터넷 프로토콜)이란, 효과적인 정보 교환을 위해 정해진 규칙의 집합인 통신 규약의 대표적인 예이다[1]. 케이블 규격, IP 주소 지정 방법, 상대를 찾기 위한 방법, 상대에 도달하는 과정, 웹 표시의 순서 등 여러 인터넷 관련 프로토콜을 모은 것 [2]을 IP 프로토콜이라 하는 것이다. IP는 여러 플랫폼에서 구동하는 기기들이 인터넷에 연결되어 있는 한 서로 효과적으로 통신할 수 있도록 하는데, 이 때 서로를 탐색하기 위하여 각각의 기기가 ‘IP 주소’를 가져야 한다. 이 IP는 테스트 버전 격인 1에서 3버전을 거쳐, 1981년부터 4번째 IP버전, 혹은 IPv4가 전반적으로 쓰이고 있다.

 

IPv4는 32-비트 길이로 구성된 주소이며, 32비트를 사용하기에 232 (약 43억개)의 유한한 주소를 할당할 수 있다. 이 주소는 .(dot)으로 구분된 옥텟 (Octet, 8bit / 1byte)을 10진수 네 자리로 알아보기 쉽게 표기한다. IPv4는 인터넷 주소자원 관리기관에서 지정한 네트워크 주소 (Network Address)와, 네트워크 상의 개별 호스트를 식별하기 위한 호스트 주소 (Host Address)로 이루어진다. 여기서 네트워크와 호스트 주소의 크기에 따라 A, B, C, D, E 클래스로 나누어 구분하며, 이 중 A, B, C가 일반 사용자용, D는 멀티캐스트용, E는 연구용으로 사용된다.

 

하지만 전세계적으로 인터넷이 상업적 목적으로 사용되며 IP 주소에 대한 수요가 폭발적으로 증가하면서, 기존에 군사 및 학술 목적으로 고안되었던 IPv4가 빠르게 고갈되고 있다. 또한 IPv4는 데이터의 정확한 전달을 보장하지 않고, 패킷 중복 전달이나 순서 오류를 야기할 수 있으며, 클래스 할당 방식으로 주소 공간 낭비가 발생하고, 암호화 기능과 자원 예약 등의 기능을 갖추지 않았다. 따라서 인터넷 주소 고갈 문제를 해결하고, 다양한 부가적 기능을 제공하기 위해, IPv6가 표준화되었다.

 

1996년 표준화된 IPv6는 기존 IPv4의 길이를 4배 확장한 128-비트 (2128, 약 43억 x 43억 x 43억 x 43억) 길이 주소로 구성돼 있다. 이는 16비트씩 8부분으로 : (colon)으로 구분되며, 16진수로 표시된다. 앞쪽 64비트는 네트워크 주소 (Network Address)로, 뒤쪽 64비트는 네트워크에 연결된 장치 등에 부여하는 인터페이스 주소 (Interface Address)로 구분된다. 유니캐스트, 멀티캐스트, 애니캐스트 주소로 분류 가능하고, 일반 정보를 포함하는 기본헤더와, 특정 기능의 사용을 가능케 하는 확장헤더로 구성되어 있다. 이런 IPv6는 확장된 주소공간, 네트워크 규모 및 단말기 수에 따른 순차적 주소 할당, 실시간 트래픽 플로우 구분, 암호화 및 전송 확인 기능 등의 장점을 바탕으로 발전된 프로토콜을 제공하는 것이다.

 

기존의 IPv4에서 IPv6로 변환은 기존 시스템에 문제가 없도록 자연스럽게 이루어져야 하며, 이를 위해 크게 세 가지의 방식이 제안되었다. 첫 번째는 한 장비에 IPv4와 IPv6를 동시에 운용하며, 통신하는 상대에 따라 해당 IP 스택을 선택하는 이중스택 (Dual Stack)기술이다. 두 번째는 프로토콜의 패킷을 캡슐화 / 역캡슐화하여 변경하는 터널링 (Tunneling), 그리고 세 번째는 게이트웨이를 통해 IPv4와 IPv6의 헤더를 상호 변환하는 헤더 변환 (Header Translation)이다. [1]

 

다만 IPv4에서 IPv6의 전환은 빠르게 이루어지지 않고 있다. 가장 큰 이유는 전환에 소요되는 비용으로 들 수 있겠다. 안정적인 환경 구축을 위해서는 통신망 인프라가 갖춰줘야 되고, 이를 위해 국가와 연구소, 기관별 적절한 역할 분담과 계획이 필요하다. 여러 보안 서비스들이 여전히 IPv6를 지원하도록 개선되지 않았고, 개선을 위해서는 인력과 자원이 든다. 반면 IPv4 기반에서도, 클래스에 따라서가 아닌 호스트의 수에 따라 알맞은 크기의 IP주소를 할당하는 CIDR (Classless Inter-Domain Routing), 공유기 사용을 통한 IP주소 공유, 동적 주소 할당 등으로, IPv4 고갈 속도가 크게 염려할 상황이 아니다. 이런 상황에 굳이 추가 비용을 들여 IPv6으로 빠르게 전환할 필요가 없어 전환이 느려지는 것이다. 2020년 11월 현재 IPv6 보급률이 가장 높은 국가는 인도로, 60% 정도가 보급되었고, 대한민국은 8% 정도에 불과하다. [4]

 

IPv4는 이미 2011년에 신규 할당 중지가 선언되었고, 2015년에는 북미에서 IPv4 주소가 고갈되었다. [5] 하지만 이미 할당된 주소들은 계속 사용되며, 유지 및 관리되고 있다. IPv6의 많은 장점들에도 불구하고, 이들이 IPv4의 사용을 전면 중지하는 막대한 비용을 뛰어 넘을 정도인 지는 판단이 어렵다. 따라서 IPv4의 사용 중지는 예측이 어렵고, 개인적인 의견으로는 30년은 더 걸리지 않을까 싶다. IPv6가 1996년 표준화되었음에도 불구하고, 약 20년이 지난 지금도 대한민국에서의 보급률은 10%가 채 되지 않기 때문이다. 더군다나 IPv6 세계 1위 인도도 2019년부터는 보급률이 크게 증가하지 않았고, 2015년에 IPv4가 고갈된 북미 지역, 미국도 2018년 이후 IPv6 보급률에 큰 변화가 없는 것[5]을 보면 IPv6로의 전환은 아주 천천히 이루어지고 있는 것으로 사료되기 때문이다.

 

 

 

 

출처:

[1] 학점은행제 네트워크 I 교안. 아이티뱅크, 2020

[2] 센 우에노. 그림으로 배우는 HTTP & Network Basic. 영진닷컴, 2020.

[3] “한국인터넷정보센터(KRNIC).” KISA, xn--3e0bx5euxnjje69i70af08bea817g.xn--3e0b707e/jsp/resources/ipv4Info.jsp.

[4] “IPv6 보급률 시각화 자료.” Akamai, 2020, www.akamai.com/kr/ko/resources/our-thinking/state-of-the-internet-report/state-of-the-internet-ipv6-adoption-visualization.jsp.

[5] Lawson, Stephen. “It's Official: North America Is out of New IPv4 Addresses.” PCWorld, IDG News Service, 24 Sept. 2015, www.pcworld.com/article/2986292/its-official-north-america-is-out-of-new-ipv4-addresses.html.