IPv4 vs IPv6

IP 프로토콜

서로 호환되지 않는 LAN들 사이에 중계기를 두면 하나로 연결할 수 있다.

그러나 네트워크가 정상적으로 작동하려면 통신 연결과 프로토콜이 필요하다. 즉, 서로 다른 LAN간에 데이터를 주고받는 방식에 대한 프로토콜이 있어야 하는데, 이 새로운 프로토콜은 서로 다른 종류의 LAN을 넘어 다니면서 목적지까지 데이터를 전송해야 한다.

그래서 Inter + networking 프로토콜, 다시 말해 Internetworking Protocol인 IP가 만들어졌다.

인터넷 환경에서 네트워크 계층의 데이터 전송 프로토콜로 이용되는 IP(Internet Protocol)는 호스트 주소 표기, 패킷 분할에 관한 기능을 지원하지만, 단대단(end to end) 형식의 오류 제어나 흐름 제어 기능은 제공하지 않는다.

• 비연결 서비스를 제공한다.
• 패킷을 분할/병합하는 기능을 수행하기도 한다.
• 데이터 체크섬은 제공하지 않고, 헤더 체크섬만 제공한다.
• Best Effort 원칙에 따른 전송 기능을 제공한다.

IP주소에 대해서 설명해주세요.
네트워크 환경에서 컴퓨터(노드)간 통신하기 위해 각 컴퓨터에 부여된 네트워크상의 주소입니다.
IP는 네트워크 주소와 호스트 주소로 구분되며 하나의 네트워크 상에 여러 호스트 주소가 있을 수 있습니다.
IP는 대표적으로 IPv4와 IPv6로 나뉩니다.

IPv4와 IPv6의 차이점

IPv4와 IPv6는 인터넷 프로토콜(IP) 주소 지정 시스템의 두가지 버전이다.

✅ IP
인터넷을 통한 데이터 교환을 제공하는 일련의 통신 규칙

인터넷의 핵심은 네트워킹 기술을 통해 서로 데이터를 공유하는 수십업 개의 디바이스의 집합체이다.
IP는 넘버링 시스템을 사용하여 연결된 모든 디바이스에 고유한 식별 번호 또는 주소를 부여한다.

IPv4는 32비트 주소 형식을 사용하며 40억 개 이상의 주소 공간을 수용할 수 있다.
하지만 인터넷 및 사물 인터넷(IoT) 시스템의 확장으로 인해 IPv4의 주소 지정 범위가 충분하지 않게 되었고, 128비트 주소 형식을 사용하고 1x10^36개 이상의 주소를 수용할 수 있는 IPv6로 대체되고 있다.

IP 주소 지정은 IP 주소를 바탕으로 송수신 대상을 지정하는 것을 의미한다.

IP 단편화는 전송하고자 하는 패킷의 크기가 MTU라는 최대 전송 단위보다 클 경우, 이를 MTU 크기 이하의 복수의 패킷으로 나누는 것을 의미한다.

IPv6의 데이터그램 포맷

• 버전
  4비트 필드로 IP 버전 번호를 인식한다.

• 트래픽 클래스
  8비트 필드는 호름 내의 SMTP 이메일 같은 애플리케이션의 데이터그램보다 VoIP 같은 특정 애플리케이션 데이터그램에 우선순위를 부여하는데 사용된다.

• 흐름 레이블
  20비트 필드는 데이터그램의 흐름을 인식하는데 사용된다.

• 페이로드 길이
  16비트 필드이며 IPv6 데이터그램에서 고정 길이 40바이트 패킷 헤더 뒤에 나오는 바이트 길이이다.

• 다음 헤더
  이 필드는 데이터그램의 내용이 전달될 프로토콜을 구분한다.
  IPv4의 프로토콜 필드와 같다.

• 홉 제한

• 출발지와 목적지 주소

• 데이터
  데이터그램이 목적지에 도착하면 IP 데이터그램에서 페이로드를 제거한 후, 다음 헤더 필드에 명시한 프로토콜에 전달한다.

IPv4와 달리 사라진 필드

• 단편화 재결합
  IPv6에서는 단편화와 재결합을 출발지와 목적지만이 수행한다.
  라우터가 받는 IPv6 데이터그램이 너무 커서 출력 링크로 전달할 수 없으면, 라우터는 데이터그램을 폐기하고 오류 메시지를 송신자에게 보낸다.
  송신자는 데이터를 IP 데이터그램 크기를 줄여서 다시 보낸다.
  단편화와 재결합은 시간이 걸리므로 라우터에서 이 기능을 삭제하고 종단 시스템이 하게 하면 네트워크에서 IP 전달 속도가 증가한다.
• 헤더 체크섬
  트랜스포트 계층 프로토콜과 데이터 링크 프로토콜은 체크섬을 수행하므로 IP 설계자는 네트워크 계층의 체크섬 기능이 반복되는 것을 생략해도 될 것이라 생각했다.
• 옵션
  옵션 필드는 더 이상 표준 IP 헤더 필드가 아니다.

IPv4와 IPv6의 유사점

IPv4와 IPv6의 주요 기능은 기반 네트워킹 인프라와 관계없이 인터넷을 통해 올바른 다바이스로 라우팅되어 데이터를 보내고 받는 것이다.

라우팅 또는 패킷 흐름 식별은 모든 인터넷 통신의 기본 기술이다.

지정된 명명 시스템

세계 각국마다 고유한 이름이 있는 것처럼, IPv4와 IPv6도 인터넷에 있는 모든 디바이스의 이름을 고유하게 지정하거나 식별할 수 있도록 설계되었다. 이러한 디바이스에는 컴퓨터, 휴대폰, IoT 네트워크 디바이스가 포함된다.

코어 프로토콜

IPv4와 IPv6는 모두 Transmission Control Protocol/Internet Protocol(TCP/IP) 프로토콜에 속한다.

이 프로토콜은 1980년대 초반부터 인터넷의 표준 운영 프레임워크에 적용되고 있다. TCP/IP에는 User Datagram Protocol(UDP)도 포함되어 있다. IP 버전 4라는 이름에도 불구하고 IPv4는 최초의 인터넷 프로토콜이었다. 마찬가지로, IPv6는 1995년에 처음 지정되었지만, 2017년이 되어서야 인터넷 표준이나 TCP/IP의 일부로 공개되었다.

비연결 데이터 전송

IPv4, IPv6는 다중 패킷 라우팅을 사용하여 데이터를 작은 블록으로 분할한 후 인터넷을 통해 전송하는 비연결 프로토콜이다. IPv4와 IPv6는 각 패킷이 사용하는 경로를 결정한다.

즉, 동일한 데이터 패킷이 서로 다른 인터넷 트래픽 경로를 사용하여 인터넷을 통해 전송될 수 있다.
그리고 수신 디바이스에서 패킷이 올바른 순서로 재구성된다.
이 작업은 OSI 모델의 전송 계층에서 TCP 또는 UDP에 의해 수행된다.

기타 유사점

• 두 IP 주소는 모두 이진 숫자로 구성되며 네트워크에 연결된 컴퓨터를 식별하는 데 사용된다.
• IPv4와 IPv6 둘 다 수동 IP 할당을 지원한다.
• 두 IP 시스템 모두 패킷 헤더를 가지고 있으며 조각화된 패킷을 전송할 수 있다.
• IPv4와 IPv6 둘 다 브로드캐스팅 및 멀티캐스팅 기능이 있다.
• IPv4와 IPv6 둘 다 VLSM을 지원한다.

IPv4와 IPv6의 비교

주소 공간

IPv4의 전체 주소 공간은 2^32개의 IP 주소 공간을 가진다. IPv6는 2^128개의 주소 공간을 가진다.

IPv4 인터넷 주소는 2011년에 고갈되었다. IPv6에 많은 수의 IP 주소가 있지만 전체적으로 주소 공간이 훨씬 더 넓기 때문에 현재 추정치로 볼 때 주소 공간이 고갈될 가능성은 없다.

명명

IPv4에서 주소 이름은 4개의 10진수로 이루어진 숫자 주소(0~255)로 표시되며, 각 숫자는 8비트를 나타내고 세 개의 마침표로 구분된다.

197.0.0.1

IPv6에서 주소 이름은 숫자(0~9)와 문자(A~F)로 구성된 8개의 16진수로 표시되며, 각 숫자는 4비트를 나타내고 콜론으로 구분된다.

*2600:1400:d:5a3::3bd4*

그룹내에 있는 여러 개의 0을 빈 콜론 블록으로 압축할 수 있다.

그 외에도 IPv6에는 간소화된 헤더 형식, IPsec과 같은 기본 제공 보안 기능, 모바일 장치에 대한 향상된 지원과 같은 개선 사항이 포함되어 있습니다. 따라서 IPv6는 다소 제한된 IP 주소 문제를 제외하면 IPv4에 비해 훨씬 더 많은 이점을 가지고 있습니다.

✅ 애니캐스트 (one to one of many)
정확한 통신 대상을 정하지 않는 주소 방식
애니캐스트 통신에서 데이터 패킷은 발신자로부터 동일한 애니캐스트 주소를 공유하는 여러 수신자 중 가장 가까운 수신자로 전송된다. ‘가장 가까운 거리’는 대상에 도달하기 위한 최단 경로 또는 최저 비용을 계산하는 라우팅 프로토콜에 의해 결정된다.
같은 서비스를 하는 여러 개의 서버가 같은 애니캐스트 주소를 가질 수 있으며, 클라이언트는 그 애니캐스트 주소로 서비스 요청을 하면, 가장 효율적으로 서비스할 수 있는 또는 가장 근접한 서버가 서비스를 제공하는 것

IPv6는 IPv4에 비해 어떻게 개선되었나

주소 자동 구성

IPv4를 사용하는 경우 IP 주소 할당을 처리하고 네트워크에 연결된 시스템을 식별하려면 Dynamic Host Configuration Protocol(DHCP) 서버가 필요하다.

IPv6에는 디바이스 자체가 외부 파티나 프로토콜 없이 자체 주소를 자동 구성할 수 있는 Stateless Address Autoconfiguration(SLAAC)가 사용된다.
DHCP가 필요없기 때문에 네트워크 전체 트래픽(IP 주소 할당 트래픽, 시스템 식별 트래픽)도 줄어든다.

IPv6의 가장 큰 특징 중 하나는 앞서 언급한 상태 비저장 자동 구성이다.
이를 통해 서버 없이도 디바이스가 스스로 IP 주소를 할당할 수 있다.
대신 소유한 모든 휴대폰, 태블릿, 노트북에 고유한 디바이스의 MAC 주소를 사용하여 IP 주소가 생성된다.
따라서 동일한 네트워크에 연결된 디바이스가 서로를 더 쉽게 찾을 수 있다.

경로 계산 (보다 효율적인 라우팅)

IPv6는 IPv4보다 더 효율적으로 인터넷을 통한 라우팅을 지원하는 기능을 제공한다.

IPv6는 헤더가 길지만 가변적인 IPv4의 헤더와 달리 일관성이 있다.
이는 이러한 주소로 라우팅하는 코드가 더 간단해지고 하드웨어 처리도 덜 필요하다는 것을 의미할 수 있다.
이 경우 IPv6는 더 나은 서비스 품질과 사용자 경험을 제공할 수 있다.

향상된 보안

IPv6는 IPv4보다 프로토콜의 보안이 더 강화되었다. 여기에는 기본적으로 인터넷 프로토콜 보안(IPsec), 프라이버시 확장을 포함하는 기능을 포함한다.

IPv6는 보안을 염두에 두고 설계되었다.
기밀성, 인증 및 데이터 무결성을 제공하며 IPv4 구성 요소인 인터넷 제어 메시지 프로토콜(ICMP)은 멀웨어를 운반할 수 있으므로 기업 방화벽에서 이를 차단하는 경우가 많다.
반면에 IPv6 ICMP 패킷은 IPsec을 사용할 수 있으므로 훨씬 안전하다.

NEXT. 전송계층 TCP/UDP