[네트워크] IPv6

👉 IPv6 등장 배경 

IPv4 주소의 부족으로 IPv6가 등장했다.

인터넷 도입 초창기에는 인터넷에 접속하는 모든 호스트와 라우터에 고유한 IP 주소를 고정적으로 설정해야 했습니다. IP 주소를 할당하는 기관으로부터 IP 주소를 할당받지 못하면 인터넷에 접속할 수 없었습니다.

 

IPv4 주소 체계에서 사용할 수 있는 IP 주소는 약 43억 개입니다. IP주소에 대한 수요가 증가하면서 IP 주소가 부족해지기 시작했습니다. 그래서 모든 컴퓨터나 라우터에 고정적으로 고유한 IP 주소를 할당하는 것을 그만두고, 필요한 곳에 필요한 때에 필요한 수만큼 고유한 IP 주소를 할당하기 시작했습니다.

 

 

예를 들어, 24시간 인터넷에 연결되어 있어야 하는 서버는 24시간 내내 IP 주소가 필요하지만, 서버에 서비스를 요청하는 클라이언트는 서비스 요청을 위해 인터넷에 접속할 때만 IP 주소가 필요합니다. 인터넷에 연결된 컴퓨터는 서비스를 제공하는 서버보다는 클라이언트가 훨씬 많습니다. 필요한 클라이언트가 필요한 때에 IP 주소를 할당받아 인터넷에 접속할 수 있다면 같은 IP 주소를 접속 시간 별로 나눠 쓸 수 있어 효율적으로 IP 주소를 사용할 수 있습니다.

 

 

 

**라우터 :  파일, 커뮤니케이션 내용, 그리고 웹 상호 작용과 같은 단순 전송 데이터 등 여러 종류의 데이터가 포함된 패킷을 사용하여 네트워크 데이터를 전송합니다.

 

👉 NAT

NAT(Network Address Translation)는 주소가 고갈된 IPv4를 위해 태어난 기술로, 사설 IP 주소와 공인 IP 주소 간에 주소 변환을 해 사설 네트워크에서 인터넷으로 통신이 가능하게 합니다. 한마디로 NAT는 주소 변환 기술이고 주로 라우터에 의해 구현됩니다. 집이나 사무실에서 사용하는 가정용 라우터인 인터넷 공유기에도 NAT 기술이 적용되어 있습니다.

 

사설 IP 주소가 설정된 컴퓨터가 인터넷과 통신하고 싶은 경우에는 간단히 NAT 기술이 구현된 라우터를 연결하여 통신을 하면 되는 것입니다. 이때 라우터는 사설 네트워크에서 인터넷으로 들어가는 일종의 게이트웨이(gateway, 출입구) 역할을 합니다. 기본 게이트웨이*(default gateway라는 의미에서 보통 라우터에는 호스트부가 1인 IP 주소를 할당합니다.

 

*. 기본 게이트웨이는 호스트의 패킷이 외부 네트워크로 나갈 때나 외부 내트워크의 패킷이 호스트가 속한 네트워크로 들어올 때 꼭 거쳐야 하는 출입구입니다

 

위 그림에서 사설 IP 주소가 192.168.24.2인 호스트가 클라이언트가 되어 인터넷에서 서비스를 제공하는 서버, 즉 공인 IP 주소가 203.179.33.13인 호스트와 통신하는 경우 NAT으로 주소를 변환하는 과정은 다음과 같습니다.

 

클라이언트 1은 서버에게 서비스를 요청하는 내용의 IP 패킷을 만들어 전송합니다. IP 패킷의 IP 헤더에는 송신지 IP 주소 192.168.24.2, 수신지 IP 주소 203.179.33.12이라는 정보가 담겨 있습니다.

 

클라이언트 1이 전송한 IP 패킷이 NAT 지원 라우터에 도착하면 NAT에 의해 송신지 사설 IP 주소를 공인 IP 주소로 변환합니다.  NAT로 변환되는 공인 IP 주소는 202.244.73.3입니다. 이 번호가 어떻게 선택되는지는 아래에서 별도로 설명합니다. 일단 여기서는 NAT 라우터가 공인 IP 주소로 주소 변환을 한다는 것만 이해하면 됩니다.

다시 말해 NAT 라우터가 IP 헤더의 송신지 주소를 사설 IP 주소인 192.168.24.2에서 공인 IP 주소인 202.244.73.3으로 변경한 IP 패킷을 인터넷으로 전송합니다. 송신지 IP 주소를 변환할 때 라우터에는 변환 전후의 주소를 기록한 NAT 테이블이 만들어집니다.

 

 

서버에 도착한 IP 패킷에 응답하여 서버가 클라이언트 1로 서비스를 제공하는 IP 패킷을 보낼 때는 반대로 공인 IP 주소가 사설 IP 주소로 변환되는 과정을 거칩니다.

서버는 자신이 아는 수신지 주소인 공인 IP 주소 202.244.73.3로 IP 패킷을 전송합니다. 이 패킷이 라우터에 도착하면 라우터는 NAT 테이블을 이용해 수신지 공인 IP 주소를 클라이언트의 원래 주소인 사설 IP 주소 192.168.24.2로 변환합니다. 변환된 IP 헤더의 수신지에 따라 클라이언트로 IP 패킷이 전송되는 것입니다.

 

NAT 주소 변환

 

 인터넷에서는 사설 네트워크에 있는 호스트들을 대신해 NAT 라우터가 사실상 하나의 공인 IP 주소를 갖는 하나의 호스트 역할을 합니다.

따라서, 사설 네트워크의 클라이언트 1뿐 아니라 클라이언트 2, 3도 같은 공인 IP 주소를 사용하여 인터넷에 있는 서버와 통신을 하게 됩니다. 즉, 사설 네트워크의 호스트들이 하나의 공인 IP 주소를 공유하면서 인터넷으로의 통신을 할 수 있습니다.

 

NAT 기술 덕분에 하나의 공인 IP 주소로 사설 네트워크에 있는 여러 대의 호스트들이 인터넷 상에 있는 호스트와 통신할 수 있게 되어 부족한 IP 주소의 문제를 해결할 수 있게 된 것입니다.

 

공인 IP 주소로 할당할 수 있는 IP 주소가 이미 고갈되었기 때문에 현재는 사설 IP 주소와 NAT을 조합하여 사용하는 것이 일반적입니다. 집이나, 학교, 기업 내에서는 사설 IP 주소를 설정하고 인터넷과 연결하는 NAT 라우터와 인터넷에 공개된 서버에만 공인 IP 주소를 설정함으로써 부족한 IP 주소의 문제에 대응하고 있는 것입니다.

 

👉 IPv6

IPv4의 주소 고갈 문제를 지금까지 살펴본 클래스 없는 서브넷 마스크 방식의 주소 할당, 유동 IP 할당, NAT을 사용한 주소 변환 등의 방법으로 해결해 왔습니다.

 

하지만 스마트폰 등 모바일 컴퓨터의 확산에 이어 모든 사물을 인터넷으로 연결하는 사물인터넷의 등장으로 인터넷에서 필요한 IP 주소가 기하급수적으로 늘어나면서 IPv4의 주소 고갈 문제를 근본적으로 해결할 새로운 주소 체계인 IPv6를 도입하게 되었습니다.

 

32 비트의 IPv4 주소가 할당할 수 있는 IP 주소는 2의 32승인 약 43억 개였습니다. IPv6는 128 비트를 사용하기 때문에 2의 128승 개의 주소를 할당할 수 있습니다. 이는 43억을 4번 곱한 숫자로 거의 무한대의 IP 주소를 할당할 수 있게 되었습니다.

 

IPv6에서는 IP 주소 공간 확장뿐만 아니라 IPv4의 단점을 보완하여 클래스와 사설 IP 주소 및 NAT을 사용하지 않고 모든 호스트에 자동으로 공인 IP를 할당하여 보다 간단하게 주소를 설정할 수 있습니다.

 

IPv4를 기반으로 한 네트워크와 IPv6를 기반으로 한 네트워크는 서로 호환되지 않아 IP 패킷을 전송할 수 없습니다. 따라서 인터넷 상의 모든 네트워크를 IPv4에서 IPv6로 전환하는 작업을 해야 하기 때문에 IPv4가 IPv6로 전환되기까지는 오랜 시간이 걸릴 것으로 예상하고 있습니다.

 

그래서 새로운 IPv6 네트워크를 확대해나가면서도 기존 IPv4 네트워크와 IP 패킷 전송이 가능하도록, 두 주소 체계가 공존할 수 있는 전환 기술(듀얼 스택 기술, 터널링 기술, 헤더 변환 기술)을 사용하여 점진적인 전환을 꾀하고 있습니다.

함