IPv6 Introduction

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

2. 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

3. 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)

4. 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

5. Class A 0 Netid(7bits) hostid(24bits) 0.0.0.0~127.255.255.255 Class B 128.0.0.0~191.255.255.255 1 0 Netid(14bits) hostid(16bits) Netid(21bits) hostid(8bits) Class C 192.0.0.0~223.255.255.255 1 1 0 1 1 1 0 Multicast group ID(28bits) Class D 224.0.0.0~239.255.255.255 Class E 240.0.0.0~247.255.255.255 1 1 1 1 0 Reserved(27bits) IPv4의 한계와 새로운 인터넷의 필요성(cont.) • IPv4 주소 체계

6. IPv4의 한계와 새로운 인터넷의 필요성(cont.) • IP 주소 부족 해결 방안 • 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

7. 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

8. IPv6의 등장(cont.) • IPv6의 개발 기준 • 크기(Scale) • 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

9. IPv6의 등장(cont.) • IPv6의 개발 기준(cont.) • 견고한 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

10. IPv6의 등장(cont.) • IPv6의 개발 기준(cont.) • 안정성 • 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

11. IPv6의 등장(cont.) • IPv6의 개발 기준(cont.) • 확장성 • 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

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

13. 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

14. 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)

15. 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

16. IPv6 개발과정(cont.) • SIP (Simple IP) • 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

17. 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

18. 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

19. IPv6 개발과정(cont.) • IPv6를 위한 세 가지 제안에 대한 비교 분석

20. IPv6의 특성 • 충분한 글로벌 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

21. IPv6의 특성(cont.) • 인트라넷 및 인터넷의 통합 • 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

22. 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

23. IPv6의 특성(cont.) • 라우팅 • 인터넷상의 패킷 전송을 위한 프로토콜 설계에 있어서 가장 중요한 이슈 • 클래스 C 주소를 사용함으로 인해 인터넷 라우터의 라우팅 테이블들의 폭발적인 증가 • 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

24. IPv6의 특성(cont.) • 라우팅(cont.) • 계층적 유형의 주소 할당 • 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

25. IPv6의 특성(cont.) • 흐름(Flow)의 개념 • Flow • 일정한 방식에 의해 서로 연관된 패킷들의 연속 • IP 계층에 의해 일관된 방식으로 다루어져야 함 • 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

26. IPv6의 특성(cont.) • Flow Label Example

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

28. 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

29. IPv6의 특성(cont.) • 이동성(Mobility) 지원 • Mobility Problem • 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

30. IPv6의 의 구현 • 6Bone

31. 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

32. 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

33. IPv6의 조기 적용 분야(cont.) • 케이블 망/xDSL를 이용한 초고속 인터넷 접속 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

34. 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. • The Recommendation for the IP Next Generation Protocol, RFC 1752, January 1995.