[IPv6 강좌] 프롤로그 : 차세대 인터넷

[IPv6 강좌] 프롤로그 : 차세대 인터넷 ①

출처 : 온더넷, 2005년 3월호

IPv4 주소의 한계성을 극복하고, 홈네트워크 서비스의 발전 기반을 마련할 IPv6로의 전환은 중요한 당면 과제 중 하나로 등장했다. 총 10회에 걸친 강좌를 통해 IPv6 네트워크 구축을 위한 여러 사항을 살펴본다. 이번호는 그 첫회로 IPv6의 특징과 IPv6로의 전환을 해야 하는 이유 등에 대해 소개한다.



김진규 | 한국전산원 차세대인터넷팀 김진규

유비쿼터스, 홈네트워크, RFID/USN과 같은 용어가 최근 들어 언론에 자주 오르내리고 있다. 이들은 상호보완적인 용어인데, 모든 사물이 인지되며 통신이 가능한 상태의 기술 수준을 이야기 하는 것이다. 그러면 이런 기술이 궁극적으로 구현되기 위해 가장 먼저 필요한 것은 무엇일까.

여러 가지 답이 있겠지만, 가장 적절한 답은 통신 대상을 하나하나 구별할 수 있는 '구분자'이다. 그러면 이런 구분자가 세계적으로 통일되도록 하려면 어떻게 해야 하나. 답은 '주소체계'가 만들어져야 한다는 것이다.

현재 전세계적으로 가장 효율적인 주소체계는 무엇일까. 그것은 바로 IP(Internet Protocol)이다. 우리가 IP라고 얘기하는 현 인터넷 주소의 정확한 명칭은 IPv4이다. 그러면 현재의 IPv4를 그대로 사용하면 우리가 가려고 하는 다음 세상이 올 수 있을까. 결론은 '궁극적으로 보아서 불가능 하다'이다. 이번호에서는 '왜 불가능한지'에 대해 알아보자. 그 이유가 바로 '왜 IPv6로 가야하는지'에 대한 답이 될 것이다.

 

IP 주소 부족문제 해결할 IPv6

인터넷은 전세계 수억 대의 컴퓨터와 그 이상의 개인·기업 사용자로 연결된 세계 최대의 통신 네트워크로, 단순히 컴퓨터와 컴퓨터를 연결하는 초기의 통신 네트워크의 차원을 벗어나 현재는 모든 개인을 하나로 묶는 광범위한 정보 인프라의 역할을 하고 있다.

이렇게 인터넷이 점점 고도화 되면서 우리가 직접사람을 만나서 수동으로 처리했던 모든일들이 인터넷을 통해서 처리될 수 있는 환경으로 진행하고 있다. 다양한 애플리케이션의 급격한 발전에 따라서 전 지구상의 모든 사물에 대해서도 통신을 가능케 할 수 있는 유비쿼터스 네트워크의 개념도 생성됐다.

그러나 현재 사용하고 있는 32비트 IPv4 주소는 약 43억(232) 개의 주소 개수를 가지고 있다. 여기에 더해 초기의 비효율적인 할당으로 인해 유효한 주소 개수마저 급격하게 줄어들고 있다. 이렇게 IP 환경은 한정적인 주소를 갖고 있음에도 불구하고, 인터넷 호스트, 이동전화(IMT-2000, CDMA, PCS 단말 등), 스마트 정보가전(인터넷 TV, 스마트 오븐, 냉장고 등), 가정에서의 인터넷 접속 단말(ADSL, 케이블 네트워크 등) 수는 계속 증가하고 있어서 주소 부족 문제가 심각하게 대두되고 있다.

물론 주소 부족 문제를 해결하기 위한 임시적인 해결책으로 기존 IPv4 주소 공간을 효율적으로 재구성하는 CIDR(Classless Inter-Domain Routing), NAT(Network Address Translator), DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol) 등을 이용한 방식도 사용되고 있다. 하지만 이런 방법은 점점 증가하는 주소 개수의 요구를 근본적으로 해결해 주지는 못하기 때문에 인터넷 주소 제공과 관리를 위한 장기적이고 궁극적인 해결방안이 필요하다.

신 주소체계인 IPv6 주소는 128비트로, 약 3.4 1038(2128)개의 주소를 생성할 수 있다. IPv6는 IP 주소의 부족 문제를 해결할 수 있을 뿐만 아니라 품질제어, 보안, 자동네트워킹 등 다양한 서비스 제공이 용이한 차세대 주소체계다. 따라서 아직도 지속적으로 증가하고 있는 인터넷 사용자와 유비쿼터스 네트워크의 개념에 따라서 발생하는 제품 하나하나에 대한 구분을 위해 필요한 주소의 고갈 문제를 해결하기 위해 차세대 인터넷 주소 방식인 IPv6로 전환하는 것이 반드시 필요하다.

당장의 문제해결을 위해 변환 방식을 쓸 수 있지만 궁극적으로는 항상 병목현상이 발생할 가능성과 서로 다른 체계의 주소방식이 가져올 수 있는 비효율성을 고려한다면 IPv6로의 전이는 가장 합리적인 선택이다.

지금 인터넷은 새로운 시대의 요구사항을 충족시키길 원하고 있다. 통신·방송 융합, 유·무선 통합, BcN(Broadband convergence Network), 홈네트워크, 사물의 정보화와 같이 모든 사물이 상호 통신할 수 있는 유비쿼터스 네트워킹 환경을 지원해야 하기 때문에 다른 대안이 없다고 할 수 있다.

물론 당장의 이익이 중요한 사업자들은 IPv4를 이용해 새로운 서비스를 가능케하는 장비와 서비스들을 생산하려 할 것이다. 그러나 이런 것은 앞서 이야기 했던 것과 같이 국가적 차원에서, 아니 전세계적인 차원에서 너무나 큰 낭비다. 그래서 정부차원에서 IPv6로의 전이의 틀을 만들고 있으며, 통신업체들을 유도해 나가고 있다. 이는 단기적인 이익보다는 궁극적이고 국가적인 차원의 이익을 위한 선택이 되는 것이다.

 

IP의 역사

IPv6는 IPv4의 뒤를 잇는 차세대 인터넷 프로토콜로, 기존 프로토콜과의 융통성과 호환성을 충분히 고려해 개발됐다. 차세대 인터넷 프로토콜은 1992년 IETF에서 IPng 활동으로 시작돼 1994년 7월 'IPng 권고안'이 만들어 지게 된다.

IPv6는 IPv4로부터 그 내용을 승계받으면서 발전된 것으로 기존의 IPv4의 기능 중 이용할 수 있는 것은 계속 이용하고 현재와 미래상황을 고려할 때 비효율적인 것은 제거하는 방향으로 설계됐다. (그림 1)은 차세대 인터넷 프로토콜의 변천 과정이다.

(그림 1)에 나타난 것과 같이 IP는 버전 0에서 버전 3까지는 외부로 공식적으로 할당되지 않았으며, 우리가 현재 이용하는 인터넷 주소체계는 버전 4다. 이후 IPv5부터 IPv9까지 다양한 버전이 제시됐으나 현재 IPv6가 IPv4의 대안으로 1994년에 채택돼 이때부터 IPv6의 표준화가 본격적으로 진행됐다.

 

IPv6의 대략적인 특징

IPv6는 'Internet Protocol version 6'의 약자로, '차세대인터넷 주소체계 통신 프로토콜'로 명명되고 있으며, IETF를 통해 표준화가 진행되고 있다. 현재 기본적 스펙에 대한 표준은 대부분 완료됐으며, 일부 IPv6 고기능 프로토콜은 표준화 완성 단계에 있다(이동성 지원 및 다자간 통신 지원 기술 등).

IPv6의 특징으로는 IP 주소의 크기가 32비트에서 128비트로 증가됨으로써 주소 공간이 확장됐을 뿐만 아니라 주소 범주의 정의, 생존시간 설정, 주소 자동 설정과 애니캐스트 지원 등 활용 범위도 대폭 증대됐다. 또한 헤더의 크기가 커졌음에도 불구하고 간략화와 고정화된 기본헤더 형식을 사용해 처리 속도 역시 개선됐다. 그 외에도 IPv6는 인증, 데이터 무결성, 데이터 기밀 유지를 지원하기 위한 확장 헤더를 정의하고 있어 보안을 위한 서비스 제공이 쉽다.

(표 1)은 IPv4와 IPv6 특성을 비교한 것이다. IPv4의 경우 대략 43억 개의 주소 할당능력을 갖는 반면, IPv6는 약 43억×43억×43억×43억 개의 거의 무한대인 주소를 할당할 수 있기 때문에 현재 부족한 IP 주소 할당 문제를 해결할 수 있을 것이다.

보안 기능으로 IPv4의 경우 IPSec 프로토콜을 별도로 설치해야 하나 IPv6인 경우 추가 프로토콜을 설치할 필요 없이 내재된 보안 기능을 사용할 수 있다. IPv4의 경우 QoS의 처리는 QoS의 일부 지원으로 품질보장이 곤란했으며, IPv6에서는 QoS 지원을 위한 헤더내의 기능 추가로 인해 고품질의 서비스를 제공할 수 있게 됐다. 또한 IPv6에서는 기본헤더 크기의 감소로 인해, 패킷의 보다 빠른 처리가 가능해진다. IPv6의 주요 특징은 다음과 같다.

·확대된 주소 공간
우선 IPv6는 128비트 체계를 채택하기 때문에 이론적으로 주소개수는 2128개다. 이 수치는 매 초마다 10억 대의 컴퓨터가 새롭게 인터넷에 연결돼도 거의 무한대에 가깝도록 사용할 수 있는 용량으로, IPv4에서 문제가 됐던 주소 고갈 문제를 근본적으로 해결했다. 또한 주소 구조 계층의 레벨(Level) 수가 증가하였기 때문에 새로운 주소를 정의할 수도 있고, 멀티캐스트 주소뿐 아니라 애니캐스트 주소도 가능하게 됐다(물론 현재는 애니캐스트 주소를 사용하지 않는 추세다).

·보안성 확보
IPv4에서는 패킷 스위치 네트워크에서 단순한 데이터의 이동만을 고려해 제작한 것이기 때문에, 보안은 아예 무시하고 설계됐다고 해도 과언은 아니다. 이 때문에 IPv4는 보안 기능을 첨가하는 IPSec이라는 패치 형태의 프로토콜을 별도로 설치해야 하지만, IPv6는 이런 문제를 근본적으로 해결하기 위해 IPSec을 프로토콜 내에 탑재해 보안기능을 수행하도록 설계됐다.

·단순화된 헤더형식
IPv4에서의 복잡한 헤더 형식을 IPv6에서는 단순화했다. IPv6에서 중요하지 않은 필드와 옵션 필드를 IPv6 헤더 다음에 있는 확장 헤더로 옮김으로서 오버헤드를 최소화, 단순화했다. 또한 주소 필드로 인한 전체 기본 헤더의 길이는 IPv6보다 2배 확장된 40바이트이지만, 전체 필드 수를 8개로 단순화시킴으로써 오히려 처리 속도를 개선하는 효과를 얻을 수 있다. 이런 이유로 IPv4 헤더와 IPv6 헤더는 상호운용이 안되기 때문에 연결 호스트나 라우터가 IPv4와 IPv6 모두를 구현 가능해야 한다.

·QoS를 보장하기 위한 개선
IPv6는 송신자가 QoS 또는 실시간 서비스와 같은 특별 처리를 요청하는 특정 트래픽 흐름에 속하는 패킷을 식별하기 위해 레이블링(Labeling)을 통해 QoS를 지원해준다. 이는 처음부터 품질을 고려하지 않은 IPv4의 단점을 적극적으로 개선한 것이다.

 

IPv6의 도입 이유

지금까지 IPv6의 특징을 살펴봤다. 그럼 이제부터는 IPv6를 도입해야 하는 보다 구체적인 이유에 대해 좀 더 자세히 살펴보자.

·IPv4 주소 한계성에 대한 해결책
가장 먼저 IPv4 주소의 한계성을 해결할 수 있다는 점이다. 현재 국내에서 보유하고 있는 IPv4의 주소 개수는 약 3000만개이나 향후 무선 인터넷 통신망과 인터넷 정보가전의 도입에 따라서 IP 주소의 수요가 폭발적으로 증가해 2010년경에는 2∼4억 개의 IP 주소가 필요한 것으로 추정된다. IPv4 주소로는 급증하는 주소(Public IP Address)의 수요를 충족시킬 수 없으며, IPv6 주소체계의 도입이 절실히 요구된다.

·All-IP 환경이 가능한가
(그림 2)와 같이 인터넷은 데이터 서비스 뿐만 아니라, 전화, 방송 등 기존의 정보통신서비스를 전송할 수 있는 기술적 기반을 이미 확보한 상태다. 이동통신망의 경우에는 유선 ISP 망과 연동이 용이하도록 2005년 이후에 IPv6를 적용하고 2010년 이후에는 All-IPv6망으로 진화할 전망이다. 대부분의 유선 네트워크는 IPv6를 수용하면서 인터넷은 모든 정보통신 서비스를 전송하는 종합 전달망으로 발전할 전망이다.

- IP over Everything : 모든 전송기술에 인터넷을 적용
- Everything over IP : 모든 서비스를 인터넷을 통해 제공

따라서 All-IP 시대를 준비하기 위해서는 현재의 IPv4 체계로는 서비스 수용에 한계가 예상되므로 IPv6 도입은 필수적이다.

·홈네트워크 서비스의 발전 기반 마련
PC 주변장치의 다수 보유, 정보가전의 등장과 가입자 망의 전송속도 향상에 따라 홈네트워크를 구축할 필요성이 증대되고 있다. LAN, PLC(Power Line Communication), RF(Radio Frequency) 등을 활용한 홈네트워크에 PC, 냉장고, TV 등의 장비를 연결해 다양한 응용 서비스를 제공한다. 향후 홈네트워크가 활성화될 경우 IP 주소의 필요성은 급격히 증가할 것이며, IPv6는 선택이 아닌 필수 요건이 될 것이다. 인터넷을 통해 정보가전 기기들에 접속하고 통제하기 위해서는 모든 정보가전기기에 고정형 공인 IP주소를 적용하고 이를 통해 효율적인 통신이 이루어져야 한다.

·유비쿼터스 서비스 발전 기반 마련
유무선 통합망을 기반으로 해서 모든 단말과 장비들을 대상으로 모든 사물과 컨텐츠에 접근이 가능하며 다양한 멀티미디어를 복합적으로 응용한 유비쿼터스 서비스의 등장이 예상된다. 이러한 유비쿼터스 서비스들이 큰 틀에서 제대로 진행될 수 있도록 진행하기 위해서는 IPv6가 필요하다.

어떤 방안이든 항상 문제점은 존재한다. 다음호부터 진행될 연재에서는 기존의 시스템을 모두 바꿔 일시에 순수 IPv6(native-IPv6)로 가는 것은 현실적으로 어렵기 때문에 듀얼스택(Dual-Stack)을 고려한 전환방법을 살펴볼 것이다. 이런 상황에서 IPv6가 IPv4에 비해서 늘어난 헤더의 길이로 인해서 소프트웨어적으로 처리할 경우 생기는 성능저하 문제가 존재할 수 있다. 하지만 이런 문제는 하드웨어적인 처리가 가능한 칩이 개발되고 있으며, 이를 통해 중형의 라우터 수준까지는 성능상의 문제가 발생하지 않는 수준에 이르렀다.