[네트워크] IPv4와 IPv6 그리고 체크섬

IPv4의 등장 배경과 문제점

IPv4의 탄생

IPv4는 1981년에 처음 정의되었으며, 인터넷이 대중화되기 전이었기 때문에 43억 개의 주소로도 충분할 것이라 예상되었습니다.

그러나 1990년대 후반부터 인터넷 사용이 폭발적으로 증가하면서 IPv4 주소가 부족해지는 문제가 발생했습니다.

IPv4란?

IPv4는 32비트 주소 체계로, 약 43억 개(2³²)의 주소를 가질 수 있습니다.

IP 주소는 8비트 단위로 4개로 나뉘며, 점(.)으로 구분됩니다.

예를 들어:

192.168.1.1

하지만 인터넷 사용자 수가 급증하면서 IPv4 주소가 부족해졌고, 이를 해결하기 위해 NAT(Network Address Translation), 서브넷팅 등의 기술이 사용되고 있습니다.

IPv4의 문제점

1. 주소 부족 문제 → NAT 사용 증가 (IP 공유 방식)
2. 보안 취약 → IPSec 같은 보안 기능이 기본 제공되지 않음
3. 패킷 처리 비효율 → 헤더가 복잡하고, 라우팅 속도가 느림

 

IPv6의 등장 배경

인터넷 사용이 급증하고 IoT(사물인터넷) 기기까지 연결되면서, 더 많은 주소가 필요해졌습니다.

이를 해결하기 위해 1998년 IPv6 표준이 등장하였으며, 기존 IPv4의 문제점을 해결할 수 있도록 설계되었습니다.

IPv6의 주요 개선점

1. 방대한 주소 공간 → 모든 기기가 고유한 IP 주소 사용 가능
2. 보안 강화 → IPSec 기본 지원 (IPv4에서는 추가 설정 필요)
3. 빠른 패킷 처리 → 헤더 구조 단순화로 라우팅 속도 개선
4. 자동 주소 할당(SLAAC) → DHCP 없이도 자동 설정 가능

IPv6란?

IPv6는 128비트 주소 체계로, 2¹²⁸개의 주소를 제공하여 사실상 무한한 주소 공간을 가집니다.

IPv6 주소는 16비트 단위로 8개로 나뉘며, 콜론(:)으로 구분됩니다.

예를 들어:

2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334

IPv6에서는 앞쪽의 연속된 0을 생략 가능하여 보다 간결하게 표현할 수 있습니다:

2001:db8::1  (연속된 0을 `::`로 축약)

IPv6는 NAT 없이도 충분한 주소 제공, IPSec(보안 기능) 기본 지원, 헤더 구조 단순화 등의 장점을 가집니다.

 

IPV6는 체크섬이 필수가 아니다!

IPv4에서는 데이터 전송의 무결성(데이터 변형 여부) 검증을 위해 헤더 체크섬(header checksum)이 필수적으로 사용되었습니다. 그러나 IPv6에서는 체크섬이 더 이상 필수가 아닙니다.

IPv6에서 체크섬이 제거된 이유

1) IPv6 헤더는 고정 크기(40바이트)

• IPv4는 가변 길이 헤더였기 때문에 오류 발생 가능성이 높았지만, IPv6는 고정 크기(40바이트) 헤더를 사용하여 불필요한 검증 작업을 줄였습니다.

2) TTL 대신 Hop Limit 사용 (재계산 불필요)

• IPv4에서는 TTL(Time-To-Live)이 감소할 때마다 체크섬을 매번 재계산해야 했습니다.
• IPv6에서는 TTL 대신 Hop Limit을 사용하며, 이는 단순한 카운트 감소 연산으로 체크섬 재계산이 필요 없음.

3) 하위 계층에서 이미 무결성 검증 수행

• IPv6는 **데이터 링크 계층(예: 이더넷)**과 전송 계층(예: TCP, UDP)의 체크섬 기능을 신뢰합니다.
• 즉, 이더넷 프레임의 CRC 검증과 TCP/UDP 체크섬이 있기 때문에 IP 계층에서 추가적인 체크섬 검사가 필요하지 않음.

4) 성능 최적화 및 라우터 부담 감소

• IPv4에서는 라우터가 패킷을 전달할 때마다 체크섬을 검사하고 재계산하는 과정이 필요했지만,
• IPv6에서는 체크섬이 제거되어 패킷 처리 속도가 빨라지고 네트워크 성능이 향상됨.

IPv6에서 체크섬이 없는 대신, 어떻게 무결성을 보장할까?

IPv6에서는 체크섬 없이도 데이터 무결성을 보장하기 위해 아래와 같은 메커니즘을 활용합니다.

검증 방식 계층 설명

CRC (Cyclic Redundancy Check)	데이터 링크 계층 (L2)	이더넷 프레임에서 오류 검출 수행
TCP/UDP 체크섬	전송 계층 (L4)	TCP/UDP 패킷에서 데이터 무결성 검증
IPSec (옵션)	네트워크 계층 (L3)	IPv6에서 보안 강화 시 추가 검증 가능

즉, IPv6에서는 하위 계층에서 충분한 무결성 검증을 수행하므로, IP 계층에서 추가적인 체크섬이 불필요합니다.

TTL 대신 Hop Limit으로 대체

TTL이란 무엇일까요? IPv4에서 TTL 필드는 패킷이 네트워크에서 무한순환하지 않도록 하는 변수입니다. 패킷이 네트워크에서 라우터를거칠 때마다TTL 값이 1씩 감소합니다. 값이 0이 되면 패킷이 폐기됩니다.

이러한 변수가 HOP limit라는 이름으로 대체되었습니다.

 

IPv4와 IPv6: 인터넷 주소 체계 비교

인터넷에서 사용되는 IP 주소는 IPv4와 IPv6 두 가지 체계로 나뉩니다.

IPv4는 기존의 주소 체계이지만, 사용 가능한 주소가 한정적이기 때문에 NAT, 서브넷팅 등의 기술이 필요합니다.

반면, IPv6는 주소 공간이 훨씬 넓어 NAT 없이도 충분한 주소 제공이 가능하며, 보안과 성능이 개선되었습니다.

 

셀프 테스트

Q. IPv4와 IPv6 중 어떤게 좋나요?더 빠를까?

IPv6는 IPv4보다 많은 주소를 표현할 수 있습니다. 또한 IPv4보다 불필요한 헤더가 삭제되어서 빠르고 기본적으로 IPSec이라는 네트워크 보안제품군이 포함되었기 때문에 보안적인 측면에서도 좋습니다. 보통은 IPv6를 사용하는 것이 IPv4보다 속도가 더 빠르지만 일부 사용사례에서는 속도가 느린 경우도 있습니다.