IPv4, IPv6 차이점 위주로

IPv6의 등장 배경

주소 공간 부족

IPv4는 중간중간에 Private용 등으로 예약된 주소영역과 연구용으로 사용되는 E 클래스 영역을 빼면 약 2억 5천만개 정도 사용할 수 있다.

많아보일 수도 있지만 IP 주소를 사용하는 장비들이 엄청난 속도로 증가하고 있기 때문에 사용할 수 있는 주소가 대부분 고갈된 상태이다.

이에 대한 해결방안으로 NAT, 서브넷 마스크, DHCP 등이 있지만 말 그대로 주소가 부족해서 나온 해결책 중 하나이고 근본적인 원인을 해결하지는 못한다.

오히려 주소관리와 네트워크가 더 복잡해지는 단점이 있기도 하다.

그 외

• IPv4가 가지고 있는 복잡한 헤더

• 효율적이지 못했던 보안 기능

IPv6 특징 (IPv4와의 차이점 위주로)

위에서 언급한 IPv4의 한계 및 문제점들을 개선하기 위해 기존 IPv4를 대체하면서도 훨씬 개선된 새로운 IP 방식이 필요하게 되었는데 IPv6가 바로 그 방식이다.

주소 공간

앞에서 언급 했듯이 32비트 주소 체계를 사용하는 IPv4에서는 실질적으로 사용 가능한 주소의 개수는 약 2억 5천만개이다.

IPv6는 128비트 주소 체계를 가진다.
ex) 2dfc:0:0:0:0217:cbff:fe8c:0

2^128 = 340282366920938463463374607431768211456

지구에 존재하는 사람 1명당 10^28를 나눌 수 있을 정도니 주소 부족에 대한 걱정은 안해도 된다.

가용 가능한 주소 공간이 넓어짐에 따라 다음과 같은 이점이 있다.

• 진정한 End-to-End Reachability 실현

  사용 가능한 주소가 엄청 많기 때문에 전 세계의 네트워크 어디에서나 주소를 변경하지 않고, 즉 고유의 주소를 가지고 접속이 가능하다. (NAT 같은거 필요 없음)

• 주소의 계층화를 통한 간편한 주소 관리

  • 처음 16bit: 상용 주소 구분
  • 17~23bit: 대륙 구분
  • 23~32bit: 대륙에 있는 ISP 구분
  • 32~48bit: 하나의 사이트 (회사나 기관, 학교) 구분
  • 48~64비트: 각 LAN을 구분

• aggregation

  여러 개의 트래픽을 하나로 묶어주는 것이 가능해진다. 같은방향으로 가는 트래픽을 구분해서 하나로 묶어 보내게 되면 네트워크의 트래픽을 훨씬 줄일 수 있다.

  예를 들어 미국에서 누군가 한국 주소를 번지수까지 적어서 편지를 보낼 때 주소를 다 확인해 보는 게 아니고 한국으로 가는 건 모두 모아서 한국의 대표 우체국(라우터)로 보낸다.

Stateless Auto Configuration

Stateful Auto Configuration이란 어떤 state를 계속 유지하면서 자동 구성을 지원해준다는 말이다. 예를들면 DHCP가 특정 서버에서 테이블을 관리하면서 IP 주소를 관리하는 방식이다.

IPv4 에서는 Stateful Auto Configuration은 지원이 됐다.

그러나 Stateless Auto Configuration은 IPv6 에서만 지원이 된다.
즉, 특정 서버가 없이도 라우터 등에서 자동으로 호스트의 IP를 구성이 가능하다.

PC가 새로 네트워크에 접속했을 때 이 PC가 가지고 있는 48비트의 MAC address를 가지고 64비트 주소로 만든다. 그 다음에 자기가 속한 네트워크에 있는 라우터에게 앞에있는 64비트(Prefix) 를 전송받아 총 128비트짜리 IPv6 주소를 만들어낸다.

따라서 호스트 입장에서는 따로 해줄게 없다. 그냥 연결만 하면 바로 네트워크와 연결될 수 있다.

(IPv6 에 Stateful Auto Configuration이 없는 것은 아님. 호스트에 대한 구체적인 세팅이 필요한경우 Stateful Auto Configuration 방식을 사용함)

브로드 캐스트 대신 멀티캐스트

IPv4 에서 골칫거리 중 하나는 브로드캐스트였다.
무조건 모든 곳으로 원하든 원치 않던 전송해버리기 때문에 많은 양의 네트워크 트래픽을 잡아 먹는다.

하지만, ARP 같은 곳에도 쓰이기 때문에 필요악 같은 존재였다.

IPv6에서는 브로드캐스트 대신 멀티캐스트가 그 역할을 한다.
IPv4에서도 멀티캐스트가 존재하지만 IPv6에서는 그 기능이 훨씬 강화되었다.

IPv6의 멀티캐스트는 4비트의 Scope ID라는 것을 사용한다.
이 Scope ID는 멀티캐스트의 전송영역을 지정해줄 수 있는 역할을 한다. 따라서 같은 멀티캐스트라도 IPv6 에서는 어디까지 받을 수 있게 전송할 것인가를 정해줄 수 있다.

간단해진 헤더 정보

IPv4와 비교하여 IPv6의 헤더 정보는 많이 간단해졌다.
기존에는 Source address 와 Destination address가 32비트면 됐지만 IPv6에서는 그 4배인 128비트가 되니까 헤더 정보를 효과적으로 줄일 필요가 있었다.

또한 IPv4에서 만들어 사용해보니까 '이런 건 필요 없겠구나..' 하는 헤더정보를 과감하게 제거하였다.

헤더 정보를 많이 간소화했기 때문에 패킷 처리가 빨라지고 라우팅 성능이 향상 되었지만 주소 길이가 4배로 늘어나 주소 확인에는 다소 시간이 걸린다는 단점도 있다.

IPSec 지원 (보안 강화)

IPSec은 Host-to-Host와 Network-to-Network 간의 데이터 흐름을 암호화 시키는 프로토콜 이다.

IPv4는 IPSec이 옵션으로 지원된다.
하지만 IPv6는 IPSec이 디폴트이고 IPSec을 지원하는 확장 헤더가 존재하기 때문에 IPSec을 쉽게 적용할 수 있다.

레퍼런스

https://pandaria.tistory.com/76?category=519643

https://yjshin.tistory.com/entry/IPv4%EC%99%80-IPv6%EC%9D%98-%EC%B0%A8%EC%9D%B4%EC%A0%90

https://xn--3e0bx5euxnjje69i70af08bea817g.xn--3e0b707e/jsp/resources/vsix/structureExpand.jsp

후니의 쉽게 쓴 시스코 네트워킹