[논문]IPv6 기본 개념 및 관련 기술의 이해

김평수

IPv6 기본 개념 및 관련 기술의 이해 원문보기

정보와 통신 : 한국통신학회지 = Information & communications magazine, v.32 no.3, 2015년, pp.94 - 104

김평수 (한국산업기술대학교)

초록
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본 튜토리얼 논문에서는 최근 들어 다양한 형태의 스마트 기기 보급 확산으로 인한 모바일인터넷은 물론 사물인터넷 시대의 도래로 급격히 증가하는 인터넷 주소 수요로 인해 도입의 필요성이 대두되고 있으며 국내 외적으로 적용 확산을 위한 시도가 활발하게 진행되고 있는 IPv6(IP version 6)의 기본 개념과 관련 기술을 표준화 및 논문연구를 중심으로 알기 쉽게 이해시키고자 한다. 첫 번째로, 현재 사용되고 있는 인터넷 프로토콜 IPv4(IP version 4)와의 특징 비교와 주소 및 헤더를 통해 IPv6의 기본 개념을 자세하게 설명한다. 두 번째로, IPv4와 IPv6의 공존과정에서 IPv6의 연착륙을 위해 필요한 다양한 전환기술을 접근 방식과 세대별 분류를 통해 설명한다. 세번째로, 다양한 무선 환경에서의 이동단말의 연속적인 인터넷 서비스를 위한 IPv6 이동성 기술을 중앙 집중형 및 분산형 관리 기반으로 나누어 소개한다. 네 번째로, IPv6 보안측면에서의 이슈를 다루고, 다섯 번째로로, 4세대 이동통신망(4G) 대비 10~1,000배의 연결 디바이스를 고려하고 있는 5세대 이동통신망(5G) 네트워크 환경에서 중요한 서비스로 간주되고 있는 사물인터넷 서비스에서의 IPv6의 역할을 다룬다. 마지막으로, 국내외에서 진행된 대표적인 IPv6 상용서비스 사례를 제시한다.

AI 본문요약
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문제 정의

첫 번째 문제점을 해결하기 위해, 링크계층(L2) 핸드오버 사전 정보를 이용하여 L2 핸드오버 완료 이전에 네트워크계층 핸드오버를 미리 수행하는 고속 핸드오버 접근 방식이 IETF에서 고속 핸드오버 MIPv6(Fast Handover MIPv6, FMIPv6)란 이름으로 제안되었다. FMIPv6의 기본 개념은 L3 핸드오버 지연을 줄이기 위한 기술로서 새로운 링크 검출 시 즉각적인 데이터 송신을 가능케 하며 새로운 링크에 부착되는 즉시 MN으로 패킷이 전달될 수 있도록 하는 것을 목표로 한다.
국내의 경우, 미래창조과학부가 IPv6 확산에 2017년까지 274억원 투입할 계획을 발표했으며, 2017년까지 주요 포털에서 IPv6 적용을 마무리하고 2022년까지 중소 인터넷서비스사업자(ISP), 콘텐트사업자(CSP) 그리고 공공기관에서 80~100%도입률 달성 계획을 목표로 하고 있다. 본 절에서는 국내외에서 이루어진 IPv6 상용 서비스를 SKT와 T-Mobile의 사례를 들어 간략하게 소개한다.
본 튜토리얼 논문에서는 최근 들어 급격히 증가하는 인터넷 주소 수요로 인해 도입의 필요성이 대두되고 있으며 국내·외적으로 적용 확산을 위한 시도가 활발하게 진행되고 있는 IPv6의 기본 개념과 관련 기술을 표준화 및 논문연구를 중심으로 알기 쉽게 이해시키고자 한다.

가설 설정

호스트 기반 IPv6 이동성 기술의 경우 같은 HA에 접속하고 있는 모든 MN 대한 연결이 중단 될 뿐만 아니라, 네트워크 기반 IPv6 이동성 기술의 경우에는 전체 네트워크의 통신 장애가 발생할 수 있는 위험을 가지고 있다. 두 번째로, 네트워크의 확장성에 취약하다. 급증하는 MN에 대해서 이를 처리하는 이동성 앵커가 하나이기 때문에, MN이 증가하고 MN들에 대한 이동성 지원 시그널링 메시지 및 단말의 트래픽의 전달을 위한 처리의 수가 급증하면 단일 앵커에 부하가 걸릴 수 있다.

제안 방법

IPv6 → IPv4 혹은 IPv4 → IPv6로 패킷을 완전히 재조합 하는 기술이다. IPv6와 IPv4 간의 주소 전환 장비를 이용하여, 기존의 IPv4에서 사용되던 NAT 기술과 마찬가지로 IPv6와 IPv4 간의 주소 테이블(Address Table)을 생성하여 양단간의 통신이 가능하도록 한다. IPv6 주소변환 장비의 기능은 단순히 근원지(Source)만을 변환하는 것이 아닌 목적지(Destination)까지 변환을 해야 하기 때문에 두 네트워크 사이의 매핑 정보가 있어야 통신이 가능하다.
SKT는 지난 2014년 9월 미래창조과학부와 한국인터넷진흥원 주도아래 삼성전자, 다음커뮤니케이션과 함께 IPv6기반의 LTE 상용서비스를 개시를 발표하였다[34]. SKT가 IPv6 무선망을 별도로 구축하고, 삼성전자는 IPv6 단말기(SKT 출시 갤럭시노트4)를 출시하였으며, 다음은 IPv6 기반 모바일 웹사이트를 개설해 KISA의 IPv6 연동망(6NGIX)를 통해 서비스를 제공하였다. SKT의 LTE 기반 IPv6 상용서비스 개시를 통해 그동안 구축해온 IPv6 인프라가 서비스로 연결되도록 촉진하는 중요한 계기가 되었으며, 이를 통해 IPv6 서비스가 확산되어 하위권에 머물고 있는 국내 IPv6 이용률이 조만간 국제적으로 앞서갈 수 있을 것으로 기대하였다.
두 번째 문제점을 해결하기 위해서, 지역적인 이동성 처리를 통해 등록 시간과 시그널링을 줄이는 지역 이동성 관리 접근 방식이 IETF에서 계층적 MIPv6(Hierarchical MIPv6, HMIPv6)이란 이름으로 제안되었다. HMIPv6의 기본 개념은 각 지역 도메인이 지역 이동성 에이전트를 가지며 지역 내의 이동성은 지역 이동성 에이전트가 처리하게 함으로써 HA나 CN에 MN의 지역적인 이동성을 숨기는 것이다.
첫 번째로, 현재 사용되고 있는 IPv4와의 특징 비교와 주소 및 헤더를 통해 IPv6의 기본 개념을 자세하게 설명하였다. 두 번째로, IPv6의 연착륙을 위해 필요한 다양한 전환기술을 접근 방식과 세대별 분류를 통해 설명하였다. 세 번째로, 다양한 무선 환경에서의 이동단말의 연속적인 인터넷 서비스를 위한 IPv6 이동성 기술을 중앙 집중형 및 분산형 관리 기반으로 나누어 소개하였다.
또한, 같은 해 11월 열린 사물인터넷 진흥주간(IoT Week)에 인프라 영역에서 IoT 서비스를 구현하는 개방형 플랫폼 ‘모비우스’와 IoT 전용망 구축을 위한 네트워크 가상화 기술, IPv6의 국내첫 IoT 기기 시험 적용 등을 소개하였다.
네 번째로, IPv6 보안측면에서의 이슈를 다루고[24]-[28], 다섯 번째로, 최근 5G 네트워크 환경에서 중요한 서비스로 간주되고 있는 사물인터넷 서비스에서의 IPv6의 역할을 다룬다[29]-[33]. 마지막으로, 국내외에서 진행된 대표적인 IPv6 상용서비스를 SKT와 T-Mobile의 사례를 들어 제시한다.
두 번째로, IPv4와 IPv6의 공존과정에서 IPv6의 연착륙을 위해 필요한 다양한 전환기술을 접근 방식과 세대별 분류를 통해 설명한다[7]-[13]. 세 번째로, 다양한 무선 환경에서의 이동단말의 연속적인 인터넷 서비스를 위한 IPv6 이동성 기술을 중앙 집중형 관리[14]-[19] 및 분산형 관리[20]-[23] 기반으로 나누어 소개한다. 네 번째로, IPv6 보안측면에서의 이슈를 다루고[24]-[28], 다섯 번째로, 최근 5G 네트워크 환경에서 중요한 서비스로 간주되고 있는 사물인터넷 서비스에서의 IPv6의 역할을 다룬다[29]-[33].
두 번째로, IPv6의 연착륙을 위해 필요한 다양한 전환기술을 접근 방식과 세대별 분류를 통해 설명하였다. 세 번째로, 다양한 무선 환경에서의 이동단말의 연속적인 인터넷 서비스를 위한 IPv6 이동성 기술을 중앙 집중형 및 분산형 관리 기반으로 나누어 소개하였다. 네 번째로, IPv6 보안측면에서의 이슈를 다루었으며, 다섯 번째로, 최근 5G 네트워크 환경에서 중요한 서비스로 간주 되고 있는 사물인터넷 서비스에서의 IPv6의 역할을 다루었다.
PMIPv6 프로토콜에서는, 이동성 관리에 MN이 관여하지 않는 상황에서 MN에게 이동성을 통한 IPv6 세션 연속성을 제공한다. 액세스 라우터와 유사한 역할을 수행하는 Mobile Access Gateway(MAG)가 MN을 대신해서 홈 에이전트와 유사한 역할을 수행하는 Local Mobility Anchor(LMA)와 핸드오버 관련 시그널링 메시지를 교환함으로써 이동성 관리를 수행한다. PMIPv6기법에서는, 성능 및 자원이 한정되어 있는 MN에 IP 이동성 프로토콜을 탑재할 필요가 없기 때문에, MN 의 전력 사용량 증가, 핸드오버 과정에서 다양한 시그널링 트래픽으로 인한 무선 구간에서의 자원 사용량 증가 등 실제적인 문제가 발생되지 않는다.
첫 번째 문제점을 해결하기 위해, 링크계층(L2) 핸드오버 사전 정보를 이용하여 L2 핸드오버 완료 이전에 네트워크계층 핸드오버를 미리 수행하는 고속 핸드오버 접근 방식이 IETF에서 고속 핸드오버 MIPv6(Fast Handover MIPv6, FMIPv6)란 이름으로 제안되었다. FMIPv6의 기본 개념은 L3 핸드오버 지연을 줄이기 위한 기술로서 새로운 링크 검출 시 즉각적인 데이터 송신을 가능케 하며 새로운 링크에 부착되는 즉시 MN으로 패킷이 전달될 수 있도록 하는 것을 목표로 한다.

대상 데이터

네 번째로, IPv6 보안측면에서의 이슈를 다루었으며, 다섯 번째로, 최근 5G 네트워크 환경에서 중요한 서비스로 간주 되고 있는 사물인터넷 서비스에서의 IPv6의 역할을 다루었다. 마지막으로, 국내외에서 진행된 대표적인 IPv6 상용서비스를 SKT와 T-Mobile의 사례를 들어 제시하였다.

성능/효과

세 번째로, 다양한 무선 환경에서의 이동단말의 연속적인 인터넷 서비스를 위한 IPv6 이동성 기술을 중앙 집중형 및 분산형 관리 기반으로 나누어 소개하였다. 네 번째로, IPv6 보안측면에서의 이슈를 다루었으며, 다섯 번째로, 최근 5G 네트워크 환경에서 중요한 서비스로 간주 되고 있는 사물인터넷 서비스에서의 IPv6의 역할을 다루었다. 마지막으로, 국내외에서 진행된 대표적인 IPv6 상용서비스를 SKT와 T-Mobile의 사례를 들어 제시하였다.
네트워크 기반 IPv6 이동성 기술은 호스트 기반 이동성 기술의 근본적인 문제점이 이슈화가 되면서 논의되기 시작하였다. 먼저, 성능 및 자원이 한정되어 있는 MN에서 복잡한 표준 MIPv6 프로토콜을 구현함으로써 MN의 전력 사용량 증가, 핸드오버 과정에서 다양한 시그널링 트래픽으로 인한 무선 구간에서의 자원 사용량 증가 등 실제적인 문제가 이슈화 되었다. 아울러, 비록 표준 기술이기는 하지만 현재 사용되고 있는 모든 MN이 MIPv6 기능을 갖추고 있다고 볼 수는 없으므로, MIPv6기능을 갖추고 있지 않은 MN이 네트워크를 이동할 때 핸드오버가 불가능하다는 문제가 이슈화 되었다.
먼저, 성능 및 자원이 한정되어 있는 MN에서 복잡한 표준 MIPv6 프로토콜을 구현함으로써 MN의 전력 사용량 증가, 핸드오버 과정에서 다양한 시그널링 트래픽으로 인한 무선 구간에서의 자원 사용량 증가 등 실제적인 문제가 이슈화 되었다. 아울러, 비록 표준 기술이기는 하지만 현재 사용되고 있는 모든 MN이 MIPv6 기능을 갖추고 있다고 볼 수는 없으므로, MIPv6기능을 갖추고 있지 않은 MN이 네트워크를 이동할 때 핸드오버가 불가능하다는 문제가 이슈화 되었다.
또한, 같은 해 11월 열린 사물인터넷 진흥주간(IoT Week)에 인프라 영역에서 IoT 서비스를 구현하는 개방형 플랫폼 ‘모비우스’와 IoT 전용망 구축을 위한 네트워크 가상화 기술, IPv6의 국내첫 IoT 기기 시험 적용 등을 소개하였다. 이러한 IPv6의 IoT 기기 적용은 5G 구축을 위한 핵심 요소로 큰 의미가 있었으며 IoT 디바이스인 LTE 라우터에 IPv6를 시험 적용하는데 성공함으로써 IoT 확산에 중요한 전기를 마련했다는 평가를 받았다.
본 튜토리얼 논문에서는 IPv6의 기본 개념과 관련 기술을 이해시키고자 여러 가지 측면에서 알기 쉽게 설명하였다. 첫 번째로, 현재 사용되고 있는 IPv4와의 특징 비교와 주소 및 헤더를 통해 IPv6의 기본 개념을 자세하게 설명하였다. 두 번째로, IPv6의 연착륙을 위해 필요한 다양한 전환기술을 접근 방식과 세대별 분류를 통해 설명하였다.
중앙 집중형 이동성 관리 기법은 현재의 모바일 네트워크와 같은 계층적 구조에 적용하기 쉬우며, MN의 위치와 트래픽에 대한 처리가 한 곳에서 이루어지기 때문에 관리가 효율적인 장점이 있지만 다음과 같은 몇 가지 문제점을 드러내고 있다. 첫째로, 중앙 집중형 이동성 관리기법에서의 이동성 앵커의 장애는 네트워크 전체적으로 치명적인 문제를 야기한다. 호스트 기반 IPv6 이동성 기술의 경우 같은 HA에 접속하고 있는 모든 MN 대한 연결이 중단 될 뿐만 아니라, 네트워크 기반 IPv6 이동성 기술의 경우에는 전체 네트워크의 통신 장애가 발생할 수 있는 위험을 가지고 있다.

후속연구

SKT가 IPv6 무선망을 별도로 구축하고, 삼성전자는 IPv6 단말기(SKT 출시 갤럭시노트4)를 출시하였으며, 다음은 IPv6 기반 모바일 웹사이트를 개설해 KISA의 IPv6 연동망(6NGIX)를 통해 서비스를 제공하였다. SKT의 LTE 기반 IPv6 상용서비스 개시를 통해 그동안 구축해온 IPv6 인프라가 서비스로 연결되도록 촉진하는 중요한 계기가 되었으며, 이를 통해 IPv6 서비스가 확산되어 하위권에 머물고 있는 국내 IPv6 이용률이 조만간 국제적으로 앞서갈 수 있을 것으로 기대하였다.
사물 인터넷 디바이스는 크기, 파워 및 컴퓨팅 능력에서 제약적 조건을 가지고 있기 때문에 이를 고려한 경량화된 프로토콜 표준기술에 관한 기술 개발을 고려 중이다. 이외에도, 향후 여러 통신사업자들과 센서 플랫폼 기반의 솔루션 개발 회사 등에서 IPv6기반 저전력 IoT 통신을 위한 기술 개발이 활발히 이루어질 것으로 예상된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	IPv6는 무엇인가?	IPv6는 32비트로 구성된 기존 IPv4 주소 고갈 문제를 해결하기 위한 대안으로 고안되었으며 128 비트로 구성된 차세대 인터넷 프로토콜 주소이다. 이론적으로 본다면 현재 사용하고 있는 IPv4 주소는 약 43억(≒232) 개의 주소를 사용할 수 있지만, 사설용으로 예약된 주소영역과 연구용으로 사용되는 특수영역을 제외한다면 실제로 사용할 수 있는 IPv4 주소의 수는 훨씬 적다.
	듀얼스택의 큰 장점은 무엇인가?	IP 스택 아래는 동일하기 때문에 동일한 네트워크 카드를 사용 하여 IPv4와 IPv6 통신을 모두 함께 한다. 듀얼스택의 가장 큰장점은 IPv4와 IPv6가 가장 쉽게 호환성을 유지할 수 있는 장점이 있다. 하지만, 기존의 IPv4 단일 프로토콜 환경에 비해 더많은 네트워크 자원을 소모하므로 성능저하가 예상되며 관리상의 복잡도가 증대될 수 있다는 단점이 있다.
	IPv4 헤더의 길이가 가변적으로 변하게 되는데 이는 무엇의 원인이 될 수 있는가?	물론, IPv4에서도 헤더의 옵션 필드에 여러 가지 정보를 추가로 담을 있지만, 이로 인해 IPv4 헤더의 길이가 가변적으로 변하게 된다. 이는 라우팅 성능에 악영향을 줄 수 있는 원인이 될 수 있다. 하지만, IPv6에서는 기본 헤더는 20바이트로 고정이 되고 추가 정보를 포함할 경우 확장 헤더를 사용하기 때문에 기본 헤더 길이의 가변적인 문제는 발생하지 않게 된다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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