[CS/ Network] 컴퓨터 네트워킹 하향식 접근 8판 4장 네트워크 계층: 데이터 평면 4.3 인터넷 프로토콜(IP): IPv4, 주소체계，IPv6 등

yujeongkwon·2023년 9월 26일

CS / Network

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목차
4.3 인터넷 프로토콜(IP): IPv4, 주소체계, IPv6 등 299
4.3.1 IPv4 데이터그램 포맷 299
4.3.2 IPv4 주소체계 302
4.3.3 네트워크주소변환(NAT) 311
4.3.4 IPv6 314

👁‍🗨 4.3.1 IPv4 데이터그램 포맷

데이터그램(datagram) : 인터넷 네트워크 계층 패킷
옵션 필드 제외 총 20바이트의 헤더
데이터 그램이 TCP 세그먼트를 전송한다면 단편화 되지 않은 각 데이터그램은 애플리케이션 계층의 메시지와 더불어 총 40바이트의 헤더를 전송
IPv4 데이터그램의 주요 필드
- 버전 번호: 4비트로 데이터그램의 IP 프로토콜 버전을 명시
  - 라우터는 버전 번호를 확인하여 데이터그램의 나머지 부분을 어떻게 해석할지 결정
  - 다른 버전의 IP는 다른 데이터그램 포맷을 사용
- 헤더 길이: 네 비트로 IP 데이터그램에서 실제 페이로드가 시작하는 곳 결정
  - IPv4 데이터그램은 헤더에 가변 길이의 옵션을 포함하므로 필요
  - 대부분의 IPv4 데이터그램은 옵션을 포함하지 않으므로 대체로 IPv4 데이터그램 헤더는 20바이트
- 서비스 타입（type of service, TOS）: 각 다른 유형의 IP 데이터그램을 구별
  - 실시간 데이터그램(전화)과 비실시간 트래픽（ex FTP）을 구분하는 데 유용
  - 제공될 특정 클래스 레벨은 해당 라우터의 네트워크 관리자가 결정하고 구성할 정책 문제
  - TOS 비트 중 2개는 명시적 혼잡 알림에 사용
- 데이터그램 길이: 바이트로 계산한 IP 데이터그램의 전체 길이
  - 필드의 크기는 16비트 -> IP 데이터그램의 이론상 최대 길이는 65,535바이트
  - but 1,500바이트보다 큰 경우는 거의 없으므로 최대 크기의 이더넷 프레임의 페이로드 필드에 IP 데이터그램이 장착 가능
- 식별자, 플래그, 단편화 오프셋: IP 단편화와 관련
  - 큰 IP 데이터그램이 여러 개의 작은 IP 데이터그램으로 분할
    -> 목적지로 독립적으로 전달
    -> 페이로드 데이터가 최종 호스트의 트랜스포트 계층으로 전달되기 전,
    다시 모임
  - 새로운 iP 버전인 IPv6는 단편화 사용X.
- TTL（time-to-live）： 네트워크에서 데이터그램이 무한히 순환하지 않도록 함(라우팅 루프
  - 라우터가 데이터그램을 처리할 때마다 감소
  - 필드가 0이 되면 라우터가 데이터그램을 폐기
- 프로토콜: IP 데이터그램이 최종 목적지에 도착했을 때 사용
  - IP 데이터그램에서 데이터 부분이 전달될 목적지의 트랜스포트 계층의 특정 프로토콜을 명시
- 헤더 체크섬: 라우터가 수신한 IP 데이터그램의 비트 오류를 탐지하는데 도움
  - 헤더에서 각 2바이트를 수로 처리하고 이 1 의 보수를 합산하여 계산
  - 라우터는 수신한 각 IP 데이터그램마다 헤더 체크섬을 계산하고 이 값과 데이터그램 헤더의 체크섬이 다르면 오류 상태임을 감지
  - 라우터는 보통 오류가 검출된 데이터그램을 폐기
  - TTL 필드와 옵션 필드의 값은 변경되므로 체크섬은 각 라우터에서 재계산 및 저장
  - 왜 TCP/IP는 트랜스포트 계층과 네트워크 계층에서 오류 검사를 수행하는가?
    - 1. IP 헤더만 IP 계층에서 체크섬을 수행하지만 TCP/UDP 체크섬은 전체 TCP/UDP 세그먼트를 계산
    - 1. TCP/UDP와 IP는 동일한 프로토콜 스택에 속할 필요가 없다.
      - 원리상 TCP는 IP가 아닌 다른 네트워크 프로토콜 위에서 운영될 수 있음
      - IP는 TCP/UDP로 전달되지 않는 데이터를 전달할 수 있음
- 출발지와 목적지 IP 주소
  - 종종 출발지 호스트는 2장에서 논의한 것처럼 DNS 검색을 통해 목적지 주소를 결정
- 옵션: 옵션 필드는 IP 헤더를 확장
  - 모든 데이터그램 헤더 옵션 필드에 정보를 포함하지 않는 방법으로 오버헤드를 해결하기 위해 헤더 옵션은 거의 사용되지X
    - 데이터그램 헤더가 가변 길이로 데이터 필드 시작점을 초기에 결정할 수 없어 옵션은 문제를 복잡하게 만듬
    - 일부 데이터그램은 옵션 처리 유무에 따라서 라우터에서 IP 데이터그램을 처리하는 데 필요한 시간이 크게 달라짐
    - 이런 가변 길이의 옵션은 고성능 라우터 및 호스트에서 IP 처리에 특히 중요
  - 위 이유로 IP 옵션은 IPv6에 포함되지 않음.
- 데이터（페이로드)
  - 데이터그램이 존재하는 이유
  - 대부분의 경우 목적지에 전달하기 위해 트랜스포트 계층 세그먼트（TCP나 UDP）를 포함하지만 ICMP 메시지같은 유형의 데이터를 담기도 함.

🌐4.3.2 IPv4 주소체계

호스트는 일방적으로 네트워크와 연결되는 하나의 링크를 가짐
- 호스트 IP가 데이터 그램을 보낼 때 이 링크를 통해 보냄
인터페이스 : 호스트(라우터)와 물리적 링크 사이의 경계
라우터와 인터페이스
- 라우터 : 한 링크로부터 데이터그램을 수신하여 다른 링크로 전달
  - ㄴ 2개 이상의 연결링크 필요
  - 라우터와 이런 링크 사이의 경계 또한 인터페이스
- ㄴ 각 랑크마다 하나의 인터페이스를 가지고 하나의 라우터는 여러 개의 인터페이스를 가짐
- 모든 호스트와 라우터는 IP 데이터 그램을 송수신 가능
  ㄴ=> IP는 각 호스트와 라우터 인터페이스가 IP 주소를 갖도록 요구
- 따라서 기술 면에서 IP 주소 : 인터페이스를 포함하는 호스트 라우터보다는 인터페이스와 관련이 있음
IP 주소
- 길이 : 32비트 (4바이트)
- 2^32개(대략 40억개)의 주소 사용 가능
- 일반적으로 십진 표기법 사용 : 주소의 각 바이트를 십진수로 표현하고 주소의 다른 바이트와 점(.)으로 구분
- ex) 십진 표기법 : 193.32.216.9 -> 이진수 : 11000001 00100000 11011000 00001001
모든 호스트와 라우터의 각 인터페이스는 고유한 IP 주소를 가짐
- 마음대로 주소 선택 불가
- 인터페이스의 IP 주소 일부는 연결된 서브넷이 결정
그림 4.18 IP 주소체계와 인터페이스의 예
- 왼쪽 3개의 호스트와 연결된 라우터 인터페이스는 모두 233.1.1.xxx 형식의 IP 주소를 가짐
  - = 동일한 왼쪽 24비트 사용
  - 4개의 인터페이스가 만나는 지점에 라우터 없이 하나의 네트워크에 서로 연결됨
  - ㄴ 이더넷 LAN으로 상호연결되고 이 경우 인터페이스는 이더넷 허브나 이더넷 스위치, 무선 AP로 상호 연결됨 = 서브넷
서브넷 : IP 용어, 그림에서 세 호스트들의 인터페이스들과 하나의 라우터 인터페이스로 연결된 네트워크
- 서브넷 = IP 네트워크 = 네트워크
- 그림에서 왼쪽 서브넷에 IP주소체계가 223.1.1.0/24라는 주소를 할당한다.
  - /24 부분은 서브넷 마스크라고함
  - 32비트 주소의 왼쪽 24비트가 서브넷 주소라는 것을 가리킴
- 그림 4.18에는 2개의 서브넷(223.1.2.0/24, 223.1.3.0/24)가 있음

그림 4.20

각 라우터는 3개의 인터페이스를 가짐
IP 서브넷 : 223.1.1.0/24, 223.1.2.0/24, 223.1.3.0/24
+ 라우터 R1,R2를 연결하는 인터페이스용으로 223.1.9.0/24 서브넷,
+ 라우터 R2, R3을 언결하는 인터페이스용으로 223.1.8.0/24 서브넷,
- 라우터 R3, R1을 연결하는 인터페이스용으로 223.1.7.0/24 서브넷
서브넷을 결정하려면 먼저 호스트나 라우터에서 각 인터페이스를 분리하고 고립된 네트워크를 만든다. 이 고립된 네트워크의 종단점은 인터페이스의 끝이 된다. 이렇게 고립된 네트워크 각각을 서브넷이라고 부른다. = 그림에서 흐리멍청하게 보이는 구름모양
위의 말을 적용하면 6개의 서브넷을 가짐

다수의 이더넷 세그먼트와 종단 간의 링크를 갖는 기관(회사나 학교) : 한 서브넷에서 모든 장비가 같은 서브넷 주소를 갖는 그런 서브넷을 여러 개 가질 수 있음
원칙대로라면 서로 다른 서브넷은 다른 서브넷 주소를 가져야 하지만，실제로 서브넷 주소는 종종 같은 부분이 많음 -> 그이유 ㄱ
CIDR(CIassless InterDomain Routing, 사이다(cider)
- 인터넷 주소 할당 방식
- 서브넷 주소체계 표기를 일반화
- 서브넷 주소체계로서, 32비트 IP 주소는 두 부분으로 나누고，이것은 다시 점으로 된 십진수 형태의 a.b.c.d/x를 가짐
  - x는 주소 첫 부분의 비트 수
주소의(네트워크) 프리픽스(prefix) : a.b.c.d/x 형식 주소에서 최상위 비트(most significant bit, MSB)를 의미하는 x, 이 x는 IP 주소의 네트워크 부분을 구성
한 기관은 통상 연속적인(공통 프리픽스를 갖는 주소 범위) 주소의 블록을 할당받음
- 이 경우에 기관 장비들의 IP 주소는 공통 프리픽스를 공유
- 외부 기관의 라우터는 다른 기관 내부의 목적지 주소로 데이터그램을 전달할 때, 단지 앞의 x비트들만 고려
- a.b.c.d/x 형태의 한 엔트리만으로 기관 목적지로 패킷을 전달하는 데 충분하므로, 이런 라우터들에서 포워딩 테이블의 크기를 상당히 줄여줌
주소의 나머지 32-x 비트들
- 기관 내부에 같은 네트워크 프리픽스를 갖는 모든 장비를 구별
- = 기관 내부의 라우터에서 패킷을 전달할 때 사용
- 이 하위 비트들은 앞서 언급한 것처럼 추가 서브넷 구조를 가질 수도 있음
  - ex) CIDR식 주소 a.b.c.d/21 의 첫 21 비트들은 기관의 네트워크 프리픽스
    - a.b.c.d/24는 기관 내부의 특정 서브넷으로 나타냄 = 최하위 11비트 일부를 내부 서브넷으로
클래스 주소체계
- CIDR가 채택되기 전, IP 주소의 네트워크 부분을 8, 16, 24비트로 제한
- 8,16,24비트 서브넷 주소를 갖는 서브넷을 각각 A, B, C 클래스 네트워크로 분류
- 단점
  - A 클래스(/24) 서브넷 : 2^8 — 2 = 254개(예약 2개 빼고)의 호스트 제공
  - B 클래스(/16) 서브넷 : 반면에 65,634개의 호스트를 제공
  - ㄴ=> 클래스간 갭차이 졸라큼 -> 사용하기 어렵 2000개 호스트 가진 회사는 B 줌 = 6만개 넘개 낭비
브로드캐스트 주소
- IP 주소의 또 다른 형태, 255.255.255.255
- 호스트가 목적지 주소가 255.255.255.255인 데이터그램을 보내면, 이 메시지는 같은 서브넷에 있는 모든 호스트에게 전달
- 마찬가지로 라우터는 선택적으로 이웃 서브넷에 메시지를 전달
- 일반적으로 잘 사용되지는 않음

주소 블록 획득

네트워크 관리자가 기관의 서브넷에서 사용하기 위한 IP 주소 블록을 얻는 방법 1
: 먼저 이미 할당받은 주소의 큰 블록에서 주소를 제공하는 ISP와 접촉
- ex) ISP는 주소 블록 200.23.16.0/20을 할당받았다고 가정
  - ISP는 이 주소 블록을 다음처럼 같은 크기의 작은 주소 블록 8개로 나누고，이것으로 8개 조직을 지원가능
네트워크 관리자가 기관의 서브넷에서 사용하기 위한 IP 주소 블록을 얻는 방법 2
: 최상위 국제기관
- IP 주소 공간을 관리하고 ISP와 다른 조직에 주소 블록을 할당하는 최상위 국제기관인 비영리 단체 ICANN : IP 주소 할당과 DNS 루트 서버 관리
  - 도메인 이름을 합당하고 도메인 이름 분쟁을 해결

호스트 주소 획득: 동적 호스트 구성 프로토콜

한 기관은 ISP로부터 주소 블록을 획득하여, 개별 IP 주소를 기관 내부의 호스트와 라우
터 인터페이스에 할당
- 라우터 인터페이스 주소에 대해，시스템 관리자는 라우터 안에 IP 주소를 할당
- 종종 네트워크 관리 도구를 사용해서 원격으로 수행
- 호스트에 IP 주소를 할당하는 것은 수동으로 구성이 가능하지만 일반적으로 동적 호스트 구성 프로토콜(DHCP)을 더 많이 사용
DHCP : 호스트가 （배정되는） IP 주소를 자동으로 얻도록 함.
- 네트워크 관리자는 해당 호스트가 네트워크에 접속하고자 할 때마다 동일한 IP 주소를 받도록 하거나，다른 임시 IP 주소를 할당하도록 DHCP를 설정
- 호스트 IP 주소의 할당뿐만 아니라，서브넷 마스크，첫 번째 홉 라우터(=디폴트 게이트웨이) 주소, 로컬 DNS 서버 주소 같은 추가 정보를 얻게 해줌
- 플러그 앤 플레이 프로토콜 또는 제로 구성 프로토콜로도 불림
  - DHCP 능력 덕
  - 작업을 수동으로 수행하는 네트워크 관리자에게 매우 유익
  - 많은 사용자가 이동하고, 주소들이 제한된 시간 동안에만 필요할 경우 DHCP 굿굿
- 클라이언트-서버 프로토콜
  - 클라이언트는 일반적으로 IP 주소를 포함하며 네트워크 설정을 위한 정보를 얻고자 새롭게 도착한 호스트다.
  - 가장 간단한 경우, 각 서브넷은 DHCP 서버를 가질 것
    - 만약 서버가 현재 서브넷에 없다면, DHCP 연결 에이전트（일반적으로 라우터）가 필요
    - DHCP 연결 에이전트（일반적으로 라우터）: 해당 네트워크에 대한 DHCP 서버 주소를 알려줌
그림 4.23 : 223.1.2/24에 연결된 DHCP 서버, 서브넷 223.1.1/24, 223.1.3/24에 접속될 클라이언트가 도착할 경우, 연결 에이전트로 서비스할 라우터를 보여줌
그림 4.24 : 새로운 호스트가 도착할 경우，그림 4.23에서 설정된 네트워크상에서 수
행될 DHCP 프로토콜 4단계의 과정을 보여줌
- 이 그림에서 yiaddr(your Internet address)은 새롭게 도착한 클라이언트에 할당될 주소를 나타냄.
1. DHCP 서버 발견 : 먼저 새롭게 도착한 호스트는 상호작용할 DHCP를 발견
  - DHCP 발견 메시지를 사용하여 수행됨
  - 클라이언트는 포트 67번으로 UDP 패킷을 보냄
    -> UDP 패킷은 IP 데이터그램으로 캡슐화
    이때, 호스트는 자신이 접속될 네트워크의 IP 주소, 해당 네트워크의 DHCP 서버 주소 모름
    -> DHCP 클라이언트는 DHCP 발견 메시지를 포함하는 IP 데이터그램을 생성
    - 목적지 IP 주소를 브로드캐스트 IP 주소인 255.255.255.255로 설정 + 출발지 IP 주소는 0.0.0.0으로 설정
    - ㄴ=DHCP 클라이언트는 링크 계층으로 IP 데이터그램을 보내며 이 프레임은 서브넷에 연결된 모든 노드로 브로드캐스트됨
2. DHCP 서버 제공 : DHCP 발견 메시지를 받은 DHCP 서버는 DHCP 제공 메시지를 클라이언트로 응답
  - 이때에도 다시 IP 브로드캐스트 주소 255.255.255.255를 사용하여 서브넷의 모든 노드로 이 메시지를 브로드캐스트
  - 서브넷에는 여러 DHCP 서버가 존재
  - ㄴ-> 클라이언트는 가장 최적의 위치에 있는 DHCP 서버 선택
  - 각각의 서버 제공 메시지는 수신된 발견 메시지의 트랜잭션 ID，클라이언트에 제공된 IP 주소，네트워크 마스크，IP주소 임대 기간(IP 주소가 유효한 시간)을 포함
  - 서버를 위해 설정하는 임대 시간은 일반적으로 몇 시간 또는 며칠
3. DHCP 요청 : 새롭게 도착한 클라이언트는 하나 이상의 서버 제공자 중에서 선택 -> 선택된 제공자에게 파라미터 설정으로 되돌아오는 DHCP 요청 메시지로 응답
4. DHCP ACK： 서버는 DHCP 요청 메시지에 대해 요청된 파라미터를 확인하는 DHCP ACK 메시지로 응답
클라이언트가 DHCP ACK 메시지를 받으면, 상호작용은 종료되고 클라이 언트는 DHCP 할당 IP 주소를 임대 기간 동안 사용 가능
- 클라이언트의 지속사용을 위해, DHCP는 IP 주소 임대 갱신 제공
이동성 측면에서 DHCP의 큰 결점 : 원격 애플리케이션에 대한 TCP 연결은 유지X
- 노드가 새로운 서브넷에 연결하고자 할 때마다 새로운 IP 주소를 DHCP로부터 얻기때문에

💫4.3.3 네트워크 주소 변환(NAT)

SOHO(small office, home office) 네트워크의 확산
- ㄴ-> 모든 SOHO의 IP 장치를 수용할 수 있는 주소 범위를 할당해야함
- but 이미 ISP가 SOHO 네트워크의 해당 주소 범위에 인접한 부분을 할당해버렸다면?
- 특정 홈 네트워크 소유자가 IP 주소가 어떻게 관리되는지 알고자 한다면?
ㄴ 네트워크 주소 변환(network address translation, NAT)으로 주소 할당 가능
- : IP 패킷에 적힌 소켓 주소의 포트 숫자와 소스 및 목적지의 IP 주소 등을 재기록하면서 라우터를 통해 네트워크 트래픽을 주고 받는 기술
- NAT 가능 라우터는 그림 4.25의 오른쪽처럼 홈 네트워크의 일부인 인터페이스를 가짐
- 사설 주소를 갖는 권역 : 네트워크 주소들이 그 네트워크의 내부에 있는 장비에게만 의미있는 네트워크
  - 4.25 그림에서 홈 네트워크의 4개 인터페이스 모두 같은 네트워크 주소 10.0.0.0/24를 가짐
  - 주소 공간 10.0.0.0/8은 사설망 또는 홈 네트워크와 같은 사설 개인 주소를 갖는 권역을 위해 예약된 IP 주소 공간(클래스 A,B,C) 세 부분 중의 하나
  
  /8 만큼 공간이 홈네트워크에 할당되면 존내 마누니까 우리집 홈네트어크는 /24까지만 IP가짐. 남은 /8 IP공간은 다른 사람들이랑 나눠가짐 = IP 효율적으로 나누기위해
  홈네트워크가 글로벌로 나가면 충돌될 수 있으니까 (코드 지역변수를 전역변수로 바꾸면 난리나는거처럼) NAT 라우터를 거쳐서

NAT의 중요성

많은 홈 네트워크가 같은 주소 공간 10.0.0.0/24를 사용하고 있다고 가정
주어진 홈 네트워크 내부 장비는 10.0.0.0/24 주소체계로 서로 패킷 송신 가능
but 홈 네트워크를 벗어나 글로벌 인터넷으로 가는 패킷 전달은 이 주소들을 사용X
= 네트워크 주소들이 그 네트워크의 내부에 있는 장비에게만 의미있는 사설 주소를 갖는 권역
위 때문에 글로벌 인터넷과의 송수신에서 NAT는 중요

NAT 가능 라우터에서 글로벌 인터넷과의 송수신

NAT 가능 라우터는 외부 세계에서는 라우터처럼 보이지 않고, 하나의 IP 주소를 갖는 하나의 장비로 동작
- 그림 4.25에서 홈 라우터 <-> 인터넷으로 가는 트래픽의 출발지/목적지 IP 주소는 138.76.29.7을 가져야 함.
NAT 가능 라우터는 외부에서 들어오는 홈 네트워크의 상세 사항을 숨김.
DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)
- 라우터는 ISP의 DHCP 서버로부터 주소를 얻고, NAT-DHCP-라우터로 제어되는 홈 네트워크의 주소 공간에서 DHCP 서버를 실행하여 컴퓨터에게 주소를 제공
NAT 변환 테이블 : NAT 라우터에서 WAN에서 NAT 라우터에 데이터그램들이 도착했을 때，NAT 변환 테이블에서 IP 주소와 포트 번호를 찾아 내부 호스트에 전달.

그림 4.25 예시

홈 네트워크(호스트 10.0.0.1)가 웹 서버（128.119.40.186, 포트 80）에게 웹 페이지를 요청 가정
호스트 10.0.0.1 -> NAT : 임의의 출발지 포트 번호 3345를 할당하고 LAN에 데이터그램을 전송
NAT 라우터 데이터그램 수신
- 데이터그램에 대한 새로운 출발지 포트 번호 5001을 생성
- WAN 쪽 IP 주소 138.76.29.7과 출발지 IP 주소를 변경
- 새 출발지 포트 번호 5001과 원래 출발지 포트 번호 3345를 변경
- 새 출발지 포트 번호를 생성할 때，NAT 라우터는 NAT 변환 테이블에는 없는 모든 출발지 포트 번호를 선택 가능
- 라우터 내부의 NAT에는 NAT변환 테이블의 엔트리도 추가
NAT 라우터 -> 웹서버 : NAT 라우터에 의해 처리된 HTTP 요청이 들어있는 데이터그램 전달
웹서버 데이터그램 수신 : 수정된 데이터그램 의식X
웹서버 -> NAT 라우터 : NAT 라우터의 IP 주소인 목적지 주소와 5001인 목적지 포트 번호에 대해 응답
NAT 라우터 응답 수신
- 홈 네트워크 브라우저(10.0.0.1, 포트3345)로부터 얻은 목적지(웹서버) IP 주소/포트 번호를 사용해서 NAT 변환 테이블 작성
- 데이터그램의 목적지 주소와 포트 번호를 다시 기록
NAT 라우터 -> 홈 네트워크 내부 : 데이터그램 전달

넓게 쓰이는 NAT의 반대 주장

포트 번호가 호스트 주소 지정이 아닌 프로세스 주소 지정에 사용된다
- 서버 프로세스는 잘 알려진 포트 번호에서 요청이 올 때까지 기다리고
  P2P 프로토콜의 피어는 서버로서의 역할을 할 때
  들어오는 연결을 수락해야 하기 때문에 홈 네트워크에서 실행되는 서버에 문제 발생
- NAT 순회（traversal）도구 : 한 피어가 NAT 서버 뒤에 있고 DHCP 제공 NAT 주소가 있는 다른 피어에 연결하기 위한 기술
구성 순수주의자들의 ‘철학적’ 논쟁
- 라우터는 네트워크 계층 장치를 의미하며 네트워크 계층까지만 패킷을 처리해야 한다
- but NAT는 IP 주소를 수정하는 노드를 간섭하지 않고, 포트 수보다 월씬 적은 수의 호스트가 서로 직접 소통해야 한다는 원칙을 위반

🌐 4.3.4 IPv6

32 비트 IPv4 주소공간이 빠른 속도로 고갈됨에 따라 큰 IP주소 공간인 IPv6 개발

IPv6 데이터그램 포맷

IPv6 데이터그램의 구조가 더 간결하고 간소화되었음 -> IPv4에 있지만 IPv6에는 더 이상 존재하지 않는 필드가 있음

IPv4과 IPv6에서 달라진점

확장된 주소 기능
- ip 주소 크기를 32비트 -> 128비트로 확장 : 고갈 걱정 x
- 유니캐스트，멀티캐스트 주소 + 새로운 주소 형태인 애니캐스트 주소 도입
  - 애니캐스트 주소로 명시된 데이터그램은 호스트 그룹의 어떤 이에게든 전달될 수 O
간소화된 40바이트 헤더
- IPv4의 많은 필드가 생략되거나 옵션으로 남겨짐
- 라우터는 40바이트 고정 길이 헤더에서 IP 데이터그램을 더 빨리 처리함
- 새로운 옵션 인코딩은 유연한 옵션 처리를 가능하게 함
흐름 레이블링
- IPv6는 정의하기 어려운 흐름을 가짐
- ㄴ "비 디폴트 품질 서비스나 실시간 서비스 같은 특별한 처리를 요청하는 송신자에 대해 특정 흐름에 속하는 패킷 레이블링”을 가능하게 함
  - ex) 오디오/비디오 전송은 흐름으로 처리된다. 반면에，파일 전송이나 전자메일 같은 예전의 애플리케이션은 흐름으로 처리되지 않는다. 높은 사용자 우선순위를 가지고 전달
  된 트래픽 또한 흐름처럼 처리될 수 있다.

포멧

버전 : 4비트 필드로 IP 버전 번호를 인식
- IPv6의 이 필드값은 ‘6’
- 단순히 이 필드를 ‘4’로 설정한다고 IPv4 데이터그램을 만들 수 있는 것은 아님
트래픽 클래스 : 8비트 필드로 데이터그램에 우선순위를 부여하는 데 사용된다.
- 흐름 내의 SMTP 이메일 같은 애플리케이션의 데이터그램 < VoIP 같은 특정 애플리케이션의 데이터 그램
- IPv4의 TOS 필드와 비슷한 의미
흐름 레이블 : 20비트 필드로 데이터그램의 흐름 인식
페이로드 길이 : 16 비트 필드로 IPv6 데이터그램에서 고정 길이 40바이트 패킷 헤더 뒤에 나오는 바이트 길이
- 부호 없는 정수（unsigned integer）
다음 헤더 : 데이터그램의 내용이 전달될 프로토콜(TCP or UDP)를 구분
- IPv4의 헤더에 있는 프로토콜 필드와 같음
홉 제한: 라우터가 데이터그램을 전달할 때마다 1 씩 감소
- 홉제한 수가 0보다 작아지면 라우터는 데이터그램을 버림
출발지와 목적지 주소: IPv6 128비트 주소의 다양한 형태는 RFC 4291에 있음
데이터: IPv6 데이터그램의 페이로드 부분
- 데이터그램이 목적지에 도착하면 Ip데이터그램에서 페이로드를 제거한 후, 다음 헤더 필드에 명시한 프로토콜에 전달

IPv4엔 있지만 IPv6엔 없어진 필드

단편화/재결합
- IPv6에서는 단편화와 재결합을 출발지와 목적지만이 수행
- 라우터가 받은 IPv6 데이터그램이 너무 커서 출력 링크로 전달할 수 없다면
  - 라우터는 데이터그램을 폐기
    -> '패킷이 너무 크다’라는 ICMP 오류 메시지를 송신자에게 전송
    -> 송신자는 데이터를 IP 데이터그램 크기를 줄여서 재전송
- 단편화와 재결합은 시간 걸림 -> 라우터에서 이 기능 삭제 -> 종단 시스템이 진행
  => 네트워크에서 IP 전달 속도가 증가
헤더 체크섬
- 트랜스포트 계층 프로토콜（ex TCP나 UDP）과 데이터 링크 프로토콜（ex 이더넷）은 체크섬 수행 -> 체크섬 기능이 반복 -> 생략
  - ㄴ= IP 패킷의 빠른 처리 집중
  - IPv4 헤더는 TTL 필드（IPv6의 홉 제한 필드와 유사함）를 포함하며 IPv4 헤더 체크섬을 모든 라우터마다 수행
옵션
- 완전히 사라진 것X, IPv6 헤더에서 ‘다음 헤더’ 중 하나가 될 수 있음.
  - TCP나 UDP 프로토콜 헤더가 IP 패킷에서 다음 헤더가 될 수 있는 것처럼
- 덕분에 IPv6은 고정 길이의 40바이트 IP 헤더를 가짐

IPv4에서 IPv6로의 전환

IPv4 데이터그램을 보내고 라우팅하며 받을 수 있는 새 IPv6 시스템이 있는 반면,
이미 IPv4로 구축된 시스템은 IPv6 데이터그램을 처리한 수 없음

해결안

플래그 데이（flag day）선언
- : 모든 인터넷 장비를 끄고IPv4에서 IPv6로 업그레이드하는 시간과 날짜를 정하는 것
- ㅈㄹ 말도 안됨 ㅋㅋ
터널링（tunneling）
- 터널（tunnel） : 두 IPv6 사이에 있는 IPv4 라우터들
- 대충 IPv6 데이터그램이 터널을 통과하러면 IPv6을 IPv4 데이터 필드(페이로드)에 넣어 IPv4인척 전송

터널링 동작 과정

두 IPv6 노드(ex B와 E)가 IPv6 데이터그램을 사용해서 작동한다고 가정
- 터널의 송신 측에 있는 IPv6 노드(ex B): IPv6 데이터그램을 수신
  - IPv4 데이터그램의 데이터 필드에 데이터그램을 넣음
  - IPv4 데이터그램에 목적지 주소를 터널의 수신 측에 IPv6 노드（ex E)로 작성
- IPv6 노드(ex B) -> 터널의 첫 번째 노드(ex C(IPv4))로 전송
  - 터널 내부에 있는 IPv4 라우터는 IPv4 데이터그램이 IPv6 데이터그램을 갖고 있다는 사실을 모름
- 터널 내부에 있는 IPv4 라우터는 평소대로 IPv4 데이터그램을 처리
- 터널 수신 측에 있는 IPv6 노드 : IPv4 데이터그램 수신
  - IPv4 데이터그램이 실제 IPv6 데이터그램임을 결정
  - ㄴ IPv4 데이터그램 프로토콜 번호 필드가 41임을 보면 IPv4페이로드는 IPv6 데이터그램임을 나타냄
- 이 노드는 IPv6 데이터그램으로 만든 다음에 IPv6 데이터그램을 IPv6 노드에 전송

암튼 네트워크 계층 프로토콜을 바꾼다는 것은 매우 어려움
- ㄴ= 미래에는 인터넷의 네트워크 계층에 변화가 있겠지만 이러한 변화가 애플리케이션
  계층보다는 훨씬 느린 속도로 일어날 것

yujeongkwon

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