[Network] IP 주소란? IPv4와 IPv6 개념과 차이점
- 공부/정보처리기사
- 2025. 4. 16. 12:35
IP 주소의 기본적인 개념과 현재 널리 사용되는 IPv4와 차세대 주소 체계인 IPv6를 비교 분석해 보겠습니다.
IP 주소란?
IP 주소는 인터넷 프로토콜(Internet Protocol)을 사용하는 네트워크에 연결된 모든 장치(컴퓨터, 스마트폰, 서버 등)에 할당되는 고유한 숫자 식별자입니다. IP 주소는 인터넷상에서 패킷들이 올바른 목적지로 라우팅되도록 하는 핵심적인 역할을 수행합니다.
IP 주소의 역할
- 식별(Identification): 전 세계 인터넷에 연결된 수많은 장치들 중에서 특정 장치(정확히는 해당 장치의 네트워크 연결 지점, 즉 인터페이스)를 유일하게 구별할 수 있게 해 줍니다.
- 위치 지정(Location Addressing): 해당 장치가 네트워크 상 어디에 위치하는지에 대한 정보를 제공하여, 데이터 패킷이 목적지까지 정확한 경로를 따라 이동할 수 있도록 안내합니다.
IPv4
현재 우리가 가장 널리 사용하고 있는 인터넷 주소 체계입니다.
주소 체계
IPv4 주소는 32비트(bit) 길이로 구성됩니다. 이 32비트는 8비트씩 네 부분으로 나뉘며, 각 8비트 부분을 옥텟(Octet)이라고 부릅니다. 각 옥텟은 0부터 255까지의 10진수 숫자로 표현되고, 이 네 개의 숫자를 점(.)으로 구분하여 표기합니다. 예를 들어 "192.168.1.1"과 같은 형식이 바로 우리가 흔히 보는 IPv4 주소입니다. 8비트는 2의 8제곱, 즉 256가지의 값을 표현할 수 있으므로 각 옥텟은 0부터 255까지의 숫자를 가질 수 있습니다.
고갈 문제
32비트 체계인 IPv4는 이론적으로 2의 32제곱, 즉 약 43억(4,294,967,296)개의 고유 주소를 만들 수 있습니다. 인터넷의 폭발적인 성장과 함께 스마트폰, 태블릿, IoT 기기 등 인터넷에 연결되는 장치의 수가 기하급수적으로 늘어나면서 심각한 주소 고갈 문제에 직면하게 되었습니다. 약 43억 개의 주소는 이미 오래전에 전 세계적인 수요를 감당하기 어려워졌으며, 이는 새로운 인터넷 서비스 확장과 성장에 큰 제약이 되고 있습니다.
특징
- 헤더 구조 : IPv4 패킷의 머리 부분인 헤더는 패킷 전송에 필요한 다양한 제어 정보를 담고 있습니다. 기본 크기는 20바이트이며, 필요에 따라 옵션 필드가 추가되어 최대 60바이트까지 늘어날 수 있는 가변 길이를 가집니다. 헤더에는 출발지 및 목적지 IP 주소, TTL(Time To Live), 프로토콜 종류 등의 정보가 포함됩니다.
- NAT(Network Address Translation) : IPv4 주소 고갈 문제를 완화하기 위해 널리 사용되는 기술입니다. NAT는 주로 가정이나 회사의 공유기에서 사용되며, 여러 대의 내부 장치들이 사용하는 사설 IP 주소(예: 192.168.x.x, 10.x.x.x 등 내부 네트워크에서만 사용되는 주소)를 인터넷 통신 시 하나의 공인 IP 주소(ISP로부터 할당받은 인터넷상에서 유일한 주소)로 변환해 주는 역할을 합니다. 라우터는 내부 장치가 외부로 통신할 때 출발지 사설 IP와 포트 번호를 공인 IP와 새로운 포트 번호로 바꾸고, 외부에서 응답이 오면 이를 다시 원래의 사설 IP와 포트 번호로 변환하여 전달합니다.
IPv6
IPv4 주소 고갈이라는 명백한 한계에 직면하였습니다. IPv6는 단순히 주소 개수를 늘리는 것을 넘어, IPv4가 가진 여러 문제점을 개선하고 미래 인터넷 환경에 대비하기 위해 설계되었습니다.
주소 체계
IPv6는 128비트 주소 체계를 사용합니다. 이는 32비트인 IPv4에 비해 방대한 주소 공간을 제공합니다. IPv6 주소는 16비트씩 8개의 부분으로 나누고, 각 부분을 4자리의 16진수로 표현하며, 각 부분 사이를 콜론(:)으로 구분합니다. 예를 들어, 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334와 같은 형태입니다.
주소 개수
128비트 주소 공간은 2의 128제곱으로, 사실상 고갈될 걱정이 없는 거의 무한대에 가까운 주소 공간입니다.
특징
- 헤더 단순화 : IPv6 헤더는 40바이트 고정 길이로 설계되었습니다. IPv4 헤더에 있던 불필요한 필드를 제거하고, 옵션 기능은 확장 헤더를 통해 선택적으로 추가할 수 있도록 변경했습니다. 헤더 구조가 단순하고 길이가 고정됨에 따라 라우터에서의 패킷 처리 속도가 향상되고 효율성이 높아졌습니다.
- 보안 강화 (IPsec) : IPv6는 설계 단계부터 보안을 중요하게 고려하여, 네트워크 계층에서의 데이터 암호화 및 인증을 위한 IPsec(Internet Protocol Security) 기능을 기본적으로 지원하거나 필수적으로 포함하도록 설계되었습니다. 이는 IPv4에서는 선택 사항이었던 것에 비해 큰 발전으로, 종단 간 통신의 보안성을 크게 향상시킵니다.
- 주소 자동 설정 (SLAAC) : IPv6 환경에서는 장치가 네트워크에 연결될 때 SLAAC(Stateless Address Autoconfiguration) 기능을 통해 스스로 IP 주소를 자동으로 설정할 수 있습니다. 이는 별도의 DHCP 서버 없이도 장치가 네트워크에 쉽게 참여할 수 있게 하여, 네트워크 관리 부담을 줄여줍니다. 필요에 따라서 DHCPv6를 선택적으로 사용할 수도 있습니다.
- 서비스 품질(QoS) 향상 : IPv6 헤더에는 플로우 레이블(Flow Label)과 트래픽 클래스(Traffic Class) 필드가 포함되어 있어, 특정 데이터 흐름(실시간 비디오 스트리밍, VoIP 등)을 식별하고 우선순위를 부여하는 등 향상된 QoS 제어를 지원합니다. 이를 통해 네트워크 자원을 보다 효율적으로 관리하고 특정 서비스의 품질을 보장할 수 있습니다.
- NAT 불필요 : 방대한 주소 공간 덕분에 각 장치에 고유한 공인 IP 주소를 할당할 수 있으므로, 주소 변환 기술인 NAT가 기본적으로 필요하지 않습니다. 이는 네트워크 구조를 단순화하고, IPv4에서 NAT로 인해 발생했던 종단 간 통신 제약 문제를 해결합니다.
IPv4, IPv6 차이점
Pv4와 IPv6의 주요 특징들을 한눈에 비교하면 다음과 같습니다.
| 특징 | IPv4 | IPv6 |
| 주소 길이 | 32 비트 | 128 비트 |
| 주소 표기법 | 점으로 구분되 10진수 | 콜론으로 구분된 16진수 |
| 주소 예시 | 192.168.1.1 | 2001:db8::ff00:42:8329 |
| 주소 개수 | 2^32개 | 2^128개 |
| 헤더 크기 | 고정 20바이트 + 가변 40 바이트 | 40 바이트 + 확장 헤더(선택) |
| 헤더 체크섬 | 유 | 무 |
| 패킷 단편화 | 라우터 및 송신 호스트 | 송신 호스트 |
| 보안 | 선택 사항 | 필수 지원 또는 내장 |
| 주소 자동 설정 | 수동 or DHCP | SLAAC |
| 서비스 품질 | 제한적 | 향상됨 |
| NAT 필요 | 필수 | 불필요 |
IPv4, IPv6 현황
전 세계적으로 IPv6 도입은 꾸준히 증가하고 있지만, 그 속도와 보급률은 국가 및 네트워크 유형(유선, 무선, 모바일 등)에 따라 큰 차이를 보입니다. Google 통계에 따르면 2024년 기준으로 전 세계 인터넷 트래픽의 약 40% 이상이 IPv6를 통해 처리되고 있으며 , 일부 국가에서는 50~60% 이상의 높은 보급률을 보이기도 합니다. 특히 모바일 네트워크와 클라우드 인프라에서는 IPv6 도입이 상대적으로 빠르게 진행되고 있습니다.
IPv4에서 IPv6로의 완전한 전환은 기술적, 경제적 문제로 인해 점진적으로 이루어지고 있으며, 듀얼 스택, 터널링과 같은 전환 기술을 통해 당분간 두 프로토콜이 공존하는 시기가 계속될 것으로 보입니다.