Computer Communications LAB., IPv6 Introduction Jun-Hyun, Moon Computer Communications LAB., Kwangwoon University imp@kw.ac.kr

IPv4의 한계와 새로운 인터넷의 필요성 1990년대 WWW (World Wide Web) 서비스의 확산 2001년 말 – 전세계 2.4억만개 이상의 컴퓨터, 4.5억명 이상의 사용자들이 인터넷에 연결됨 Computer-to-Computer, Peer-to-Peer Wide Information Infra Web, Mail, telnet, ftp, Intra-net, etc. TCP/IP (Transmission Control/Internet Protocol) 프로토콜을 기반으로 서비스 됨 Applications: Telnet, FTP, NFS, SMTP, SNMP, … IP (Internet Protocol) Physical network: LAN, ATM, FR

IPv4의 한계와 새로운 인터넷의 필요성(cont.) IP Protocol 1981년 RFC (Request For Comment) 791에 의해 정의됨 현재의 버전 IPv4 (Internet Protocol Version 4) IPv4 Feature 범용 어드레싱 (Universal addressing) 32bit unique Address Non-connection oriented Best Effort Service 패킷 전송을 위한 통신망 제어를 단순화 Best Effort Service Non-Guarantee QoS (Quality of Service)

IPv4의 한계와 새로운 인터넷의 필요성(cont.) IPv4 Problem & User Requirement 사용자 증가로 인한 주소 부족 현상 심화 인터넷 기반의 전자상거래 활성에 따른 보안의 필요성 대두 비실시간 데이터 전송에서 음성 및 화상 데이터 전송 요청에 따른 QoS 보장 Mobile과 연계된 이동성 지원을 가능케 해야 함 사용하기 편리한 인터넷 자동 구성 서비스 제공 간편한 망 관리

IPv4의 한계와 새로운 인터넷의 필요성(cont.) Class A Class B Class C Class D Class E 0.0.0.0~127.255.255.255 1 Netid(7bits) Netid(14bits) Netid(21bits) Multicast group ID(28bits) Reserved(27bits) hostid(24bits) hostid(16bits) hostid(8bits) 128.0.0.0~191.255.255.255 192.0.0.0~223.255.255.255 224.0.0.0~239.255.255.255 240.0.0.0~247.255.255.255

IPv4의 한계와 새로운 인터넷의 필요성(cont.) 1992년 CIDR (Classless InterDomain Routing) 방식 도입 Routing 테이블 수준에서 네트워크 클래스 개념 제거 주소 고갈의 근본적인 해결책이 되지 못함 새로운 Addressing 방식에 필요한 특징 풍부한 주소공간을 제공하기 위한 더욱 큰 주소 비트 수 클래스 개념이 아니라 CIDR 메커니즘을 사용하는 유연한 계층적 주소 구성 라우터 상의 라우팅 테이블의 크기를 최소화, CIDR의 성능을 향상시키는 것을 목적으로 하는 주소 할당 방식 인터넷을 위한 글로벌 주소와 인트라넷을 위한 로컬 주소에 동일한 형태의 주소 사용 가능

IPv6의 등장 IPv6 (Internet Protocol Version 6) IETF에서 1991년에 시작되어 1996년에 기본 규격 표준화 완료 라우팅의 효율성 Security QoS Guarantee 편리한 인터넷 기능 제공 인터넷 주소 고갈 문제를 임시적으로 해결하기 위한 방안 CIDR (Classless Inter-Domain Routing) NAT (Network Address Translator) DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) 주소 재할당 위의 방법들이 주소 고갈을 막는 궁극적인 해결책이 되지 못함

IPv6의 등장(cont.) IPv6의 개발 기준 크기(Scale) 토폴로지의 유연성 성능 1012개의 종단 시스템, 109개의 네트워크를 식별 및 어드레싱이 가능해야 함 토폴로지의 유연성 라우팅 구조와 프로토콜은 수 많은 상이한 네트워크 토폴로지를 고려해야 함 성능 고품질 상업용 라우터 트래픽을 그 당시 보편적이고 상용 가능한 고속 매체를 충분히 활용할 수 잇는 속도로 제공되어야 함 호스트 유산한 수준의 호스트 자원을 사용, IPv4로 실현할 수 있는 데이터 전송, 속도를 실현할 수 있어야 함

IPv6의 등장(cont.) IPv6의 개발 기준(cont.) 견고한 서비스 전환 매체 독립성 비연결성 데이터그램 서비스 네트워크 서비스, 그리고 관련 라우팅 제어 프로토콜의 견고성 전환 현행 IPv4에서 쉽게 전환될 수 있는 전환 계획을 보유해야 함 매체 독립성 개별 링크 속도의 범위가 초당 몇 비트부터 초당 수백 기가 비트에 이르는 수많은 상이한 LAN, MAN, WAN 매체의 인터네트워크에 걸쳐 작동해야 함 비연결성 데이터그램 서비스 비연결성 데이터그램 전송 서비스 지원 설정, 관리, 운용 설정과 운용이 쉽고, 분산이 가능해야 하며 이를 위해 호스트 및 라우터의 자동 설정이 필요함

IPv6의 등장(cont.) IPv6의 개발 기준(cont.) 안정성 이름 지정 접근 및 문서화 멀티캐스트 안전한 네트워크 계층을 제공해야 함 이름 지정 어디서나 사용할 수 있는 전세계적으로 유일한 인터넷 이름을 모든 IP 계층 객체에 할당 가능해야 함 접근 및 문서화 Ipng를 정의하는 프로토콜과 관련된 라우팅 프로토콜은 표준 트랙 RFC로 발행되어야 하고 자유롭게 사용가능하며, 구현시 라이센스 요금이 필요치 않아야 함 멀티캐스트 유니캐스트 및 멀티캐스트 패킷 전송을 모두 지원해야 함

IPv6의 등장(cont.) IPv6의 개발 기준(cont.) 확장성 네트워크 서비스 이동성 제어프로토콜 사설 네트워크 확장 및 향후 인터넷 서비스 필요성에 맞게 진화가 가능해야 함 상이한 버전이 동일한 네트워크에 공존 가능해야 함 네트워크 서비스 패킷을 특정 서비스 등급과 연관시키고 해당 등급에 따른 서비스 제공이 가능해야 함 이동성 단말 이동성 지원 가능 제어프로토콜 네트워크 시험 및 디버깅에 대한 기본적인 지원을 포함해야 함 사설 네트워크 IPng를 사용하는 사용자는 기본 인터넷 인프라에서 사설 인터네트워크 구축이 가능해야 함

IPv6 개발과정 Ipng 선택 과정 IPv7 TP/IX Ullmann CATNIP TUBA (Callon) ENCAPS (Hinden) IPAE IPP (Deering) PIP (Francis) SIPP IPv6 IPv7 Ullmann TP/IX CATNIP

IPv6 개발과정(cont.) IPv7, TP/IX, CATNIP (Common Architecture for Next Generation Internet Protocol) 1992년 Robert Ullmann에 의해 제안됨 1993년 IPv7을 가다듬어 TP/IX라는 제안됨 IP Protocol과 TCP Protocol을 동시에 변경하고자 함 신속한 패킷 처리, RAP (Route Access Protocol) 1994년 IP, CLNP (ConnectionLess Network Protocol) 및 IPX (Internetwork Packet eXchange) 패킷들을 위한 독특한 포맷을 정의하여 CATNIP 제안 OSI (Open System Interconection)/TP4 (Transport Protocol, class 4), TCP, UDP, Novell의 SPX (Sequenced Packet Exchange) 등과 같은 몇몇 전송 프로토콜을 지원하는 공통 플랫폼을 목표로 함 3계층 주소 – OSI/NSAP (Network Service Access Point) 주소

IPv6 개발과정(cont.) TUBA (TCP and UDP with Bigger Address) 기존 IPv4 네트워크 계층을 ISO CLNP로 교체하는 것 주소 공간의 확보 TCP 또는 UDP 및 관련 상위 계층 응용을 변경 없이 운용 가능 TUBA에서 CLNP를 위해 정의된 주소 가변길이 주소 NSAP (Network Service Access Point) 기존 ISO 라우팅 프로토콜의 지원 IDRP (Inter Domain Routing Protocol) IS-IS (Intermediate System-to-Intermediate System) ES-IS (End System- to-Intermediate System)

IPv6 개발과정(cont.) IP in IP, IPAE (IP Address Encapsulation) IP in IP 1992년에 제안 인터넷 주소 부족 해결을 위해 두 개의 IPv4 계층을 사용하도록 설계 IPAE 1993년에 IP in IP를 보안하여 제안 SIP (Simple IP)에 이르는 전환기의 임시방편적인 해결책

IPv6 개발과정(cont.) SIP (Simple IP) PIP (Plus Internet Protocol) 1992년 11월에 Steve Deering에 의해 제안됨 IP 주소들을 64비트로 만들고 일부 시대에 뒤떨어진 IPv4의 세부사항을 제거한다는 개념 단순성을 높이 평가한 많은 회사들이 즉각적으로 채택 PIP (Plus Internet Protocol) Paul Francis에 의해 제안 효율적인 라우팅과 이동성 구현을 통해 라우팅의 부문에 상당한 혁신들을 도입 1993년 9월에 SIP와 통합되어 SIPP가 됨

IPv6 개발과정(cont.) SIPP (Simple IP Plus) SIP의 구현 단순성과 PIP의 라우팅 유연성을 결합 ATM (Asynchronous Transfer Mode)과 같은 고성능 네트워크 상에서 뿐 아니라 무선 네트워크와 같은 저 성능 네트워크상에서도 효율적으로 운용되도록 설계됨 작은 크기의 헤더와 64비트 주소 SIPP의 헤더는 라우터에 의해 효율적으로 처리될 수 있으며 향후 새로운 옵션 추가를 위해 확장이 가능함

IPv6 개발과정(cont.) 평가 및 결정 1995년 1월 RFC 1752 “The Recommendation for the IP Next Generation Protocol”이 발표 CATNIP, SIPP, TUBA에 대해 집중적으로 비교 및 평가 이 3개 제안은 각각 RFC 1726에서 설정된 기준에 따라 면밀하게 재평가 됨 3개 제안은 모두 중요한 문제점을 가짐 CATNIP은 “고려할 수 없을 정도로 불완전하다”고 결정 SIPP 제안은 128비트 주소 체계로 확장하면서 다른 문제를 처리할 수 있도록 보완됨 TUBA의 자동 주소재설정과 전환요소, 주소 고갈 문제에 대한 과도기적 해결 방법으로 CIDR에 기초한 어드레싱 작업, 라우팅 헤더 향상 등이 추가 되면서 IPv6가 차세대 인터넷주소로 결정됨

IPv6 개발과정(cont.) IPv6를 위한 세 가지 제안에 대한 비교 분석 비교항목 CATNIP SIPP TUBA Complete specification Simplicity Scale Topological flexibility Performance Robust service Transition mechanisms Media independence Connectionless service (datagram) Configuration simplicity Security Name uniqueness Standards access Multicast support Extensibility Availability of service classes Mobility support Control protocol Tunneling support No Yes Mixed Unknown Mostly

IPv6의 특성 충분한 글로벌 주소 멀티캐스트(Multicast) 및 애니캐스트(Anycast) 주소 Post-PC 시대 각종 휴대폰 단말을 이용한 인터넷 액세스 휴대폰, PDA (Personal Digital Assistant)를 비롯해 각종 센서 및 장치들에게 인터넷 주소 할당 128비트 주소 체계를 사용함으로써 충분한 주소 제공 가능 언제 어디서나 어떤 방식으로든 글로벌 인터넷 접근(특히 무선 이동 접근)을 용이하게 하며 주소의 자동생성 등을 지원 멀티캐스트(Multicast) 및 애니캐스트(Anycast) 주소 멀티캐스트에 범위 개념을 도입 멀티캐스트 사용 및 관리를 단순화하는 향상된 기능을 추가적으로 지원 애니캐스트라 불리는 새로운 그룹 유형의 주소 제공 그룹에서 발신지에 가장 인접한 구성원만이 응답하도록 함 가장 인접한 라우터나 가장 인접한 네임서버에 접근이 가능함

IPv6의 특성(cont.) 인트라넷 및 인터넷의 통합 더욱 효율적인 LAN의 활용 글로벌 주소 뿐 아니라 사이트 및 링크 로컬 범위의 주소 지원 사이트 주소 인트라넷 내의 네트워크 노드들을 위해 사용 링크 로컬 주소 단일 링크(라우터가 없는 소규모 네트워크)에 부착된 노드들을 식별하는 데 사용 더욱 효율적인 LAN의 활용 IPv4에서 사용되는 브로드캐스트 패킷은 모든 노드에 의해 수신되며, 모든 노드상에서 중단(interruption)을 야기함으로 시스템의 성능을 저하시킴 IPv6에서는 ARP보다 효율적인 LAN상에서의 인접 탐색(neighbor discovery) 프로토콜 이용, 브로드캐스트가 아닌 멀티캐스트 전송을 활용하여 비효율성을 개선함

IPv6의 특성(cont.) 보안 전자상거래의 가능성을 확대하는 동시에 전자 상거래 트랜잭션에 대한 대중의 신뢰도를 강화하는 새로운 서비스 및 보안 표준을 응용에 도입 현대 기업 업무에 필수적인 인증, 보안 암호화, 데이터 무결성 보호 기능을 제공 IPv6 표준 기반의 인증 확장 헤더는 패킷이 발신지 주소에서 정당하게 전송된다는 것을 보장 또 다른 표준 확장 헤더는 네트워크 계층에서 종단간 암호화를 제공 패킷이 조작될 가능성을 배제함 IPv6 보안 헤더는 호스트 간에 직접 사용하거나 추가 보안을 위해 특수 보안 게이트웨이와 함께 사용 가능

IPv6의 특성(cont.) 라우팅 인터넷상의 패킷 전송을 위한 프로토콜 설계에 있어서 가장 중요한 이슈 CIDR을 사용하지 않는 경우 클래스 C 주소 블록을 사용하는 네트워크 숫자가 2백만 개가 넘음 라우팅 테이블이 엄청난 메모리를 요구함 해결책 연속적인 주소들을 하나의 네트워크들의 블록에 통보할 수 있게 함 Prefix를 통해 전체 주소 비트 중 얼마나 많이 비트들이 의미를 지닌 것으로 간주되어야 함을 명시(예- 195.1.4.0/22) IPv6는 CIDR 방식을 기본으로 지원 네트워크 토폴로지와 연계된 계층적 유형의 주소 할당과 이에 따른 계층적 라우팅을 가능하게 함

IPv6의 특성(cont.) 라우팅(cont.) 계층적 유형의 주소 할당 정책 라우팅이나 QoS가 포함되어야 할 가능성을 고려 계층적 트리의 루트 - 대륙별 주소 할당 대륙 내에 차례로 ISP별, 조직별, 조직 내의 네트워크별 할당 라우터 테이블 단순화 정책 라우팅이나 QoS가 포함되어야 할 가능성을 고려 특별한 정책을 기반으로 한 라우팅 발신지 주소에 의해 결정된 경로상으로 일정한 목적지로의 패킷 전송을 결정하는 라우팅 이동성 지원

IPv6의 특성(cont.) 흐름(Flow)의 개념 Flow 일정한 방식에 의해 서로 연관된 패킷들의 연속 발신지 주소, 목적지 주소, 서비스 품질, 인증 및 보안 등과 같은 매개변수를 근거로 동일한 흐름에 속할 수 있음 비연결형 프로토콜 상에서 존재(흔히 데이터그램이라고 불림) 오류의 정정과 같이, 연결형 프로토콜과는 다른 목적을 가짐 Flow Label을 통해 IPv6 헤더 내의 특정 필드를 예약 함으로써 패킷이나 데이터그램에 표시를 할 수 있음 패킷 수신 시 Flow Label의 검사를 통해 패킷이 어떤 흐름에 속하는지를 파악 서비스품질과 관련된 패킷의 요구를 파악할 수 있는 가능성을 가지게 됨

IPv6의 특성(cont.) Flow Label Example

IPv6의 특성(cont.) Traffic Class bit (8bit) : Class or Priority Identifier RFC 1881 0 ~ 7 : congestion-controlled traffic 8 ~ 15 : Non-congestion-controlled traffic High priority

IPv6의 특성(cont.) 주소 자동 설정(Auto-configuration) 시스템 관리와 설정에 필요한 시간과 비용을 대폭 절감 가능 소비자와 네트워크 운영자 모두에게 제공되는 IPv6의 가장 큰 장점 중에 하나 IPv6 노드는 상태 비보존형 주소 자동설정을 사용하여 로컬 IPv6 주소를 자체적으로 생성 LAN 상의 MAC (Medium Access Control) 주소를 네트워크 라우터가 제공한 Prefix와 결합하여 고유의 IP 주소를 생성 서버가 주소를 승인하거나 배포할 필요가 없기 때문에 서버를 수동으로 설정할 필요가 없으며 이를 위한 숙련된 인력이 더 이상 필요 없기 때문에 최종 사용자의 비용이 감소 언제 어디서나 Forwarding 주소 자동 설정이 가능 IPv6 DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) 개발

IPv6의 특성(cont.) 이동성(Mobility) 지원 Mobility Problem 영구(Permanent) 주소 Reliability Roaming service Hand-off 영구(Permanent) 주소 각자의 MN이 속한 조직의 네트워크 상의 주소 동적(Dynamic) 주소 일정한 시점에 이들이 연결되는 Point에 따라 달라지는 주소 Bind Update 기능을 이용해 삼각라우팅 문제 해결 주소 자동설정에 의해 임시 주소를 쉽게 구현 가능 라우팅은 확장 헤더를 통해 소프트웨어로 처리 MN을 위해 수신 네트워크에서 특별한 인프라를 요구하지 않음

IPv6의 의 구현 6Bone

IPv6의 조기 적용 분야 이동통신망에서의 무선 인터넷 서비스 현재 국제적으로 이동전화 사용자는 약 5억명 무선 인터넷 서비스의 요구가 급격하게 증가되고 있음 차세대 이동통신(3세대, 4세대) 환경에서는 IP 고정적으로 내장된 단말의 사용이 필수적으로 필요함 보안 관련 사항(IPsec 지원)과 최적화된 로밍 문제들을 효율적으로 제공 가능하게 함 무선 인터넷 서비스가 2003년부터 본격적으로 시작됨 2~3년 후 2000만 명 이상이 사용하게 될 전망

IPv6의 조기 적용 분야(cont.) 홈네트워킹을 이용한 정보가전 분야 Common requirement 풍부한 주소 공간 제공 인터넷 가전의 항시 연결성 제공 주소 자동설정을 통한 Plug and Play 가능 저렴한 관리 비용 제공 PDA, 인터넷 전화, TV, 냉장고, 오븐 등의 정보가전 2005년부터 본격적 증가 2010년 경에는 기존 가전수의 약 20~30% 이상이 인터넷 접속 기존 IPv4 주소 공간으로 감당하기 역부족 무선 환경의 지원, 보안 강화가 필요한 분야

IPv6의 조기 적용 분야(cont.) 케이블 망/xDSL를 이용한 초고속 인터넷 접속 분야 군사 및 보안 분야 미국의 경우 ARIN (American Registry for Internet Numbers)에서는 케이블 인터넷 서비스용으로 IPv4 클래스 A를 예약해 둠 국내의 경우 2003년 현재 200만 가입자 약 30여 개의 B 클래스(약 200만개) 이상이 요구됨 현재 주소확보 문제가 사업 성공의 가장 시급한 해결 과제가 됨 군사 및 보안 분야 군사분야가 보안 및 QoS 관련한 응용 요구사항이 많음 글로벌 인터넷 연결보다는 보안 이유로 인해 군사 분야에 한정적으로 사용될 가능성이 높음. 이동성의 강화, QoS 지원 용이 Ex) NATO (North Atlantic Treaty Organization)의 IPv6 연구

참고문헌 INTERNET PROTOCOL, DARPA INTERNET PROGRAM PROTOCOL SPECIFICATION, RFC 791, September 1981. Classless Inter-Domain Routing (CIDR) : an Address Assignment and Aggregation Strategy, RFC 1519, September 1993. A Framework for Integrated Services and RSVP over ATM, RFC 2382, August 1998. Internet Protocol, Version 6 (IPv6) Specification, RFC 2460, December 1998. IP : Next Generation (IPng) White Paper Solicitation, RFC 1550, December 1993. Security Concerns for IPng, RFC 1675, August 1994. S. O. Bradner, A. Mankin, IPng : Internet Protocol Next Generation, Addition-Wesley, 1995. Special Issue : The Future of the Internet Protocol, IEEE Network Magazine, May 1993. Technical Criteria for Choosing IP the Next Generation (IPng), RFC 1726, December 1994 The Recommendation for the IP Next Generation Protocol, RFC 1752, January 1995. CATNIP : Common Architecture for the Internet, RFC 1707, October 1994. Simple Internet Protocol Plus White Paper, RFC 1710, October 1994. TCP and UDP with Bigger Address (TUBA), A Simple Proposal for Internet Addressing and Routing, RFC 1347, June 1992.