IPv6

3. IPv6의 특징

IPv6는 기존 IPv4에 비해 다음과 같은 주요 특징을 가진다.

• IP 주소 확장: IPv4의 32비트 주소 공간에서 벗어나 128비트 주소 공간을 제공한다. 이를 통해 폭발적으로 증가하는 인터넷 사용에 대비할 수 있다.
• 호스트 주소 자동 설정: IPv6 호스트는 네트워크에 접속하는 즉시 자동적으로 네트워크 주소를 부여받는다. 이는 네트워크 관리자가 IP 주소를 수동으로 설정해야 했던 IPv4에 비해 중요한 이점이다.
• 패킷 크기 확장: IPv4에서 패킷 크기는 64킬로바이트로 제한되었지만, IPv6의 점보 페이로드 옵션을 사용하면 특정 호스트 사이에 큰 크기의 패킷을 주고받을 수 있다.
• 효율적인 라우팅: IP 패킷 처리를 신속하게 할 수 있도록 고정 크기의 단순한 헤더를 사용하며, 확장 헤더를 통해 네트워크 기능 및 옵션 기능 확장이 용이하다.
• 플로 레이블링(Flow Labeling): 플로 레이블(flow label) 개념을 도입하여 특정 트래픽(실시간 통신 등)에 대해 높은 품질의 서비스를 제공할 수 있다.
• 인증 및 보안 기능: 패킷 출처 인증, 데이터 무결성 및 비밀 보장 기능을 IP 프로토콜 체계에 반영하였다. IPv6 확장 헤더를 통해 적용할 수 있다.
• 이동성: IPv6 호스트는 네트워크의 물리적 위치에 제한받지 않고 같은 주소를 유지하면서 자유롭게 이동할 수 있다.

3. 1. 주소 공간 확장

3. 2. 주소 자동 설정

• 관리 비트: 라우터 광고에서 자동 구성된 주소에 의존하는 대신 DHCP를 사용하여 추가 주소를 얻을지 여부를 나타낸다.
• 기타 비트: 호스트가 DHCP를 통해 다른 정보를 얻을지 여부를 나타낸다. 다른 정보는 호스트가 연결된 서브넷에 대한 하나 이상의 접두사 정보 옵션, 접두사의 수명 및 두 개의 플래그로 구성된다.^[30]
• 온링크: 이 플래그가 설정되면 호스트는 특정 서브넷의 모든 주소를 온링크로 처리하고 지정된 수명 동안 라우터로 보내는 대신 패킷을 직접 보낸다.
• 주소: 이 플래그는 호스트가 실제로 전역 주소를 생성하도록 지시한다.

3. 3. 패킷 처리 효율성 향상

3. 4. 보안 기능 강화

3. 5. 이동성 지원

4. IPv6 주소

IPv6는 128비트 주소 공간을 제공하여, IPv4의 32비트 주소 공간보다 훨씬 더 많은 주소를 사용할 수 있다. IPv4 주소 공간은 약 43억 개(2³²)의 주소를 제공하는 반면, IPv6는 약 3.4x10³⁸개(2¹²⁸)의 주소를 제공하여 사실상 무한대에 가까운 주소 할당이 가능하다.^[97][101]

IPv6 주소는 16비트씩 8개 그룹으로 나누어 16진수로 표기하며, 각 그룹은 콜론(`:`)으로 구분한다. 예를 들어, `2001:0db8:0000:0000:0000:ff00:0042:8329`와 같이 표기한다.

IPv6는 주소 표현 비트 수가 IPv4(32비트)보다 4배(128비트) 더 크지만, 생성 가능한 주소 공간은 IPv4에 비해 2⁹⁶배 더 크다. 이러한 방대한 주소 공간은 앞으로 등장할 대규모 유비쿼터스 통신 장치들이 상호 통신하는 데 필요한 주소를 충분히 제공할 수 있다. 냉장고, TV, 스피커 등 다양한 가전제품들이 인터넷을 통해 통신할 수 있도록 IPv6 주소를 할당할 수 있다.

128비트 주소 공간은 지구 표면의 모든 10m² 면적에 1개씩 IPv6/48 네트워크를 제공할 수 있을 정도로 크다. 이렇게 많은 주소가 필요 없을 것이라는 주장도 있지만, IPv6는 주소 고갈 방지뿐만 아니라 네트워크를 작은 단위로 나누어 라우팅 속도를 높이는 목적도 가지고 있다.

IPv6 네트워크는 2의 제곱수 크기를 갖는 IPv6 주소들의 집합이다. 네트워크 주소는 네트워크 프리픽스 뒤에 '/' 기호와 비트 수를 붙여서 나타낸다. 예를 들어, `2001:1234:5678:9ABC::/64`는 `2001:1234:5678:9ABC::`부터 `2001:1234:5678:9ABC:FFFF:FFFF:FFFF:FFFF`까지의 주소를 갖는 네트워크를 나타낸다.

IPv6 주소는 다음과 같은 규칙을 통해 축약하여 표현할 수 있다.

• 각 그룹에서 앞쪽에 위치한 0은 생략할 수 있다. (예: `0042` → `42`, `0000` → `0`)
• 연속된 0의 그룹은 `::`로 대체할 수 있다. 단, 이 축약은 주소 내에서 한 번만 사용해야 한다.

• 초기 주소: `2001:0db8:0000:0000:0000:ff00:0042:8329`
• 선행 0 제거: `2001:db8:0:0:0:ff00:42:8329`
• 연속된 0 생략: `2001:db8::ff00:42:8329`
• 루프백 주소 축약: `0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0001` → `::1`

또한, URL에서 IPv6 주소를 사용할 때는 대괄호로 묶어야 한다. (예: `http://[2001:db8:4006:812::200e]`)

4. 1. 주소 표기법

IPv6에서는 128비트를 표기할 때 IPv4와 같은 표기에서는 중복되기 때문에 주소의 값을 16비트 단위로 콜론(`:`)으로 구분하여 16진수로 표기한다.^[94]

IPv6의 128비트 주소공간은 16비트(2옥텟)를 16진수로 표현하여 8자리로 나타낸다.

: 2001:0db8:85a3:08d3:1319:8a2e:0370:7334

대부분의 자리가 0의 숫자를 갖게 되므로, 0000을 하나의 0으로 축약하거나, 혹은 연속되는 0의 그룹을 없애고 ':' 만을 남길 수 있다. 따라서 아래의 IPv6 주소들은 모두 같은 주소를 나타낸다.

• 2001:0DB8:0000:0000:0000:0000:1428:57ab
• 2001:0DB8:0000:0000:0000::1428:57ab
• 2001:0DB8:0:0:0:0:1428:57ab
• 2001:0DB8:0::0:1428:57ab
• 2001:0DB8::1428:57ab

또한 맨 앞자리의 0도 축약할 수 있다. 따라서 2001:0DB8:02de::0e13는 2001:DB8:2de::e13로 축약할 수 있다.

그러나 0을 축약하고 ':'로 없애는 규칙은 두 번 이상 적용할 수 없다. 만약 두 번 이상 적용하는 것이 허용되어 2001::25de::cade와 같은 표현이 가능하다면, 의미가 불분명해지기 때문이다.

4. 2. 주소 종류

IPv6 주소에는 다음과 같은 종류가 있다.

• 유니캐스트 주소: 하나의 인터페이스를 식별한다. 여러 개의 인터페이스(LAN 보드 등)가 장착된 컴퓨터는 인터페이스 수만큼 유니캐스트 주소를 갖는다.
• 멀티캐스트 주소: 여러 노드에 할당되며, 이 주소로 전송된 패킷은 복제되어 해당 주소에 참여하는 모든 노드에 배송된다. `ffxxx:`로 시작하며, 응답에는 유니캐스트 주소가 지정된다. 송신원이 멀티캐스트 주소인 패킷은 라우터가 중계해서는 안 된다. IPv6에는 브로드캐스트 주소가 없지만, 필요한 경우 모든 노드 멀티캐스트 주소(`ff02::1` 등)를 사용한다.
• 애니캐스트 주소: 여러 노드에 할당되지만, 패킷은 네트워크 상에서 가장 가까운 노드 중 하나에만 배송된다는 점이 멀티캐스트와 다르다.

과거에는 사이트 로컬 스코프도 있었지만 거의 사용되지 않고 폐지되었다.

IPv6 노드의 네트워크 인터페이스에는 반드시 링크 로컬 주소 (`fe80::` 접두사)가 부여된다. 일반적으로 인터페이스 ID로부터 생성되지만, 링크 내에서 유일하다면 수동으로 설정할 수도 있다.

4. 3. 특수 주소

• `::/128` - 모든 비트가 0으로 설정된 특수 주소이다. IP 미설정 상태의 발신 주소로 사용되며, '미정의 주소(Unspecified Address)'라고도 한다. 보통 `::`로 축약 표기한다. 이 주소는 노드에 아직 주소가 할당되지 않았음을 의미한다.^[27]
• `::1/128` - 자기 자신을 가리키는 루프백 주소이다. 프로그램에서 이 주소로 패킷을 전송하면, 네트워크는 해당 패킷을 전송자에게 다시 반송한다. IPv4의 `127.0.0.1` 주소와 동일하며, 보통 `::1`로 축약한다. IPv6에서 루프백 주소는 이 주소로 한정된다.^[28]
• `::/96` - IPv4 호환 주소를 위해 사용되는 주소 공간이다.
• `::ffff:0:0/96` - IPv4 매핑 주소를 위해 사용되는 주소 공간이다.
• `fc00::/7` - IPv6 유니캐스트를 위한 주소 공간이다.
• `fe80::/10` - 링크 로컬 주소를 위한 주소 공간이다. IPv4의 자동 설정 IP 주소인 `169.254.x.x`에 해당한다. 호스트는 DHCP 서버와 같은 외부 구성 요소 없이도 링크 로컬 주소를 자동 구성할 수 있다.^[29]
• `fec0::/10` - site-local address를 위한 주소 공간이었으나, 2004년 10월 RFC3879에서 폐기되어 더 이상 사용되지 않는다.
• `ff00::/8` - IPv6 멀티캐스트를 위한 주소 공간이다. IPv6에서는 IPv4의 브로드캐스트가 더 이상 지원되지 않고, 대신 멀티캐스트를 사용한다.

4. 4. IPv4 주소와의 호환

IPv4 주소는 IPv6 주소로 변환하여 표현할 수 있다. IPv4 주소를 IPv6 주소로 나타내는 방법은 다음과 같다.

• 표준 IPv6 표기: IPv4 주소 192.0.2.52는 16진수로 0xC0000234가 된다. 이를 IPv6 주소로 변경하면 0000:0000:0000:0000:0000:0000:C000:0234가 되고, 줄이면 ::C000:0234가 된다.
• IPv4 호환 주소: IPv4와의 호환성과 가독성을 위해 '::' 만을 붙여 ::192.0.2.52와 같이 쓸 수 있다. 그러나 이 방법은 더 이상 사용되지 않아 폐기될 예정이다.
• IPv4 매핑 주소: IPv6 프로그램에게 IPv4와의 호환성을 유지하기 위해 사용하는 방법으로, 처음 80비트를 0으로, 다음 16비트를 1로 설정하고, 나머지 32비트에 IPv4 주소를 기록한다. 이 주소공간에서는 마지막 32비트를 10진수로 표기할 수 있다. 따라서 192.0.2.52는 ::ffff:192.0.2.52와 같이 쓸 수 있다.^[46]

하이브리드 듀얼 스택 IPv6/IPv4 구현에서는 IPv4 매핑 IPv6 주소라는 특수한 주소 클래스를 인식한다. 이러한 주소는 일반적으로 표준 IPv6 형식의 96비트 접두사로 작성되며, 나머지 32비트는 IPv4의 점 십진 표기법으로 작성된다.

이 그룹의 주소는 80비트 접두사가 0이고, 다음 16비트는 1이며, 나머지 최하위 32비트는 IPv4 주소를 포함한다. 예를 들어, ::ffff:192.0.2.128은 IPv4 주소 192.0.2.128을 나타낸다. 이전 형식인 "IPv4 호환 IPv6 주소"는 ::192.0.2.128이었지만, 이 방법은 더 이상 사용되지 않는다.

IPv4와 IPv6 프로토콜 스택 간의 상당한 내부적 차이점 때문에 IPv6 스택의 프로그래머에게 제공되는 일부 하위 수준 기능은 IPv4 매핑 주소와 함께 사용할 때 동일하게 작동하지 않는다. 일부 일반적인 IPv6 스택은 IPv6 및 IPv4 스택이 별도의 구현이기 때문(예: 마이크로소프트 윈도우 2000, XP 및 서버 2003)이거나 보안 문제(OpenBSD) 때문에 IPv4 매핑 주소 기능을 구현하지 않는다. 이러한 운영 체제에서는 프로그램이 사용하는 각 IP 프로토콜에 대해 별도의 소켓을 열어야 한다. 리눅스 커널, NetBSD 및 FreeBSD와 같은 일부 시스템에서는 이 기능이 소켓 옵션 IPV6_V6ONLY에 의해 제어된다.^[47]

64:ff9b::/96 접두사 주소는 NAT64 전환 방법에 사용되는 IPv4 포함 IPv6 주소 클래스이다. 예를 들어, 64:ff9b::192.0.2.128은 IPv4 주소 192.0.2.128을 나타낸다.

5. IPv6 전환 기술

IPv6은 IPv4를 즉시 대체하지 않고, 두 프로토콜은 상당 기간 동안 공존할 것으로 예상된다. 따라서 IPv6 호스트가 IPv4 서비스에 접근하고, 격리된 IPv6 호스트와 네트워크가 IPv4 인프라를 통해 서로 통신할 수 있도록 IPv6 전환 메커니즘이 필요하다.^[36]

IPv6 전환 기술에는 듀얼 스택, 터널링, 주소 변환 등이 있다. 실비아 하겐에 따르면, 장치에 IPv4와 IPv6을 듀얼 스택으로 구현하는 것이 IPv6으로 마이그레이션하는 가장 쉬운 방법이다.^[37] 터널링은 IPv4 네트워크 내에 IPv6 트래픽을 캡슐화하거나 그 반대로 하는 방식이지만, 최대 전송 단위(MTU)를 줄이고 경로 MTU 발견을 복잡하게 만들며, 지연을 증가시킬 수 있어 완전한 해결책은 아니다.^[38][39] 주소 변환은 서로 다른 프로토콜을 사용하는 네트워크 간의 통신을 가능하게 하는 기술로, IPv6 전환에는 NAT64와 같은 기술이 사용된다.

5. 1. 듀얼 스택 (Dual Stack)

5. 2. 터널링 (Tunneling)

• 설정 터널링: 6Bone에서 주로 사용하는 방법으로 두 라우터 간(혹은 호스트 간)의 IPv4 주소를 통해 수동으로 정적인 터널을 설정하는 방식이다.
• 자동 터널링: IPv4-호환 주소를 이용하여 수동 설정 없이 IPv4 구간을 통과할 때 IPv4 호환 주소에 내포되어 있는 IPv4 주소를 통해 자동으로 터널링을 하는 방식이다.

• Tunnel의 양단간의 장비는 반드시 두 개의 프로토콜을 지원하는 장비(Dual Stack)이어야 한다.
• Tunnel의 양단간의 장비에서는 반드시 변환 프로토콜 번호를 허용해야 하기 때문에 보안상 문제가 발생한다. (IPv6의 프로토콜이 41번이므로, Tunnel 양단 장비에서 41번 프로토콜을 허용해야 터널링 구성 가능)
• Tunneling에 의한 패킷 크기 증가로 패킷의 분할될 수 있으며 이는 장비의 부하량을 증가 시킨다.

• 6over4
• 6to4 (): 품질이 보장되지 않고 패킷 도청 등의 보안 문제가 발생하기 쉬워 RFC 7526에 따라 역사적인 기술이 되었다.
• Teredo ()
• ISATAP ()
• 6rd ()
• 6in4

• 4in6
• DS-Lite ()
• MAP-E, MAP-T ()
• 4rd ()

5. 3. 주소 변환 (NAT-PT)

• SIIT (Stateless IP/ICMP Translation)
• TRT (Transport Relay Translator)
• ALG (Application Level Gateway)

6. IPv6 도입 현황 및 전망

IPv6의 도입은 전 세계적으로 꾸준히 증가하고 있으며, 특히 이동통신, 클라우드 컴퓨팅, 사물 인터넷(IoT) 등 신기술 분야에서 활용이 확대되는 추세이다. 구글 통계에 따르면 2024년 현재 IPv6를 통한 접속 비율은 약 50%에 달한다.^[43]

한국에서는 KT, SK브로드밴드, LG유플러스 등 주요 통신사들이 IPv6 서비스를 제공하고 있으며, 정부 주도의 IPv6 확산 정책도 추진되고 있다. 특히, KT의 기가 인터넷 등에서 IPv6 PPPoE 연결이 제공되면서 IPv6가 일반적으로 보급될 수 있는 기반이 마련되었다.^[62]

7. IPv6 관련 문제점 및 과제

• 홉 바이 홉 옵션: 경로를 통과하는 라우터에서 처리되는 옵션을 저장한다.
• 목적지 옵션: 최종 목적지 노드에서 처리되는 옵션을 저장한다.
• 경로 헤더: 소스 라우팅에 사용되며, 경로를 통과하는 IP 주소를 저장한다. IPv4의 라우팅 헤더와 거의 유사하다.
• 조각 헤더: 조각 정보를 저장한다. IPv6에서는 중간 라우터가 패킷을 분할 및 재구성하지 않고 송신원에서만 수행한다. 송수신 호스트는 경로 MTU 발견을 통해 전송 패킷 크기를 조정한다.
• 인증 헤더: IPsec AH의 인증 데이터를 저장한다.
• 페이로드 암호화 헤더: IPsec ESP의 정보를 저장한다. 암호화된 패킷은 IP 헤더와 이 ESP 헤더를 제외하고 암호화된다.

7. 1. 보안 문제

7. 2. IPv4-IPv6 상호 연동 문제

• 듀얼 스택 (Dual Stack): 장비에 IPv4와 IPv6 주소를 모두 할당하여 양쪽 프로토콜과 통신할 수 있도록 하는 방식이다.^[37] 실비아 하겐에 따르면, 듀얼 스택은 IPv6로 전환하는 가장 쉬운 방법이다.^[37] 듀얼 스택 IP 구현은 컴퓨터나 네트워크 장치의 운영 체제에 완전한 IPv4 및 IPv6 프로토콜 스택을 제공하여, 듀얼 스택 호스트가 IPv6 및 IPv4 네트워크에 동시에 참여할 수 있게 한다.
• 터널링 (Tunneling): IPv4 네트워크 내에 IPv6 트래픽을 캡슐화하거나, 그 반대로 캡슐화하여 통신하는 방식이다. 하지만 터널링은 최대 전송 단위(MTU)를 줄이고 경로 MTU 발견을 복잡하게 만들며, 지연을 증가시킬 수 있어 불완전한 해결책으로 여겨진다.^[38][39]
• 주소 변환 (Translation): IPv6/IPv4 변환기(Translator) 장치를 통해 프로토콜을 변환하는 방식이다.^[90] 예를 들어, 프록시 방식은 OSI 참조 모델의 애플리케이션 계층에서 프로토콜 변환을 수행하여 네트워크 계층인 IP 프로토콜의 차이를 숨긴다.

7. 3. 인식 부족 및 기술 지원 미흡

8. 결론

IPv6는 인터넷의 지속적인 성장과 발전을 위해 필수적인 기술이다. IPv6 도입은 주소 고갈 문제 해결, 네트워크 성능 향상, 보안 강화 등 다양한 이점을 제공한다.

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_[73] 문서 IETF RFC 8064
_[74] 문서 NIC交換または端末廃棄までの期間
_[75] 문서 インターフェイスIDが不変のため、接続ネットワーク変更後も追跡可能
_[76] 문서 セキュリティ確保のための手段と匿名性への依存批判
_[77] 문서 匿名アドレスと一時アドレスの特性
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_[79] 문서 携帯電話ネットワーク接続時の状況
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_[81] 웹사이트 国内スマホユーザーを“IPv6デフォルト化”する計画が明らかに、携帯キャリア大手3社が2017年夏ごろ対応開始 https://internet.wat[...] 2017-04-11
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