실감미디어튜토리얼및실감디스플레이 편집위원 : 박광로 (( 재 ) 기가코리아사업단 ), 장종현 (ETRI) IPv6 기본개념및관련기술의이해 김평수 한국산업기술대학교 요약 본튜토리얼논문에서는최근들어다양한형태의스마트기기보급확산으로인한모바일인터넷은물론사물인터넷시대의도래로급격히

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1 실감미디어튜토리얼및실감디스플레이 편집위원 : 박광로 (( 재 ) 기가코리아사업단 ), 장종현 (ETRI) IPv6 기본개념및관련기술의이해 김평수 한국산업기술대학교 요약 본튜토리얼논문에서는최근들어다양한형태의스마트기기보급확산으로인한모바일인터넷은물론사물인터넷시대의도래로급격히증가하는인터넷주소수요로인해도입의필요성이대두되고있으며국내 외적으로적용확산을위한시도가활발하게진행되고있는 IPv6(IP version 6) 의기본개념과관련기술을표준화및논문연구를중심으로알기쉽게이해시키고자한다. 첫번째로, 현재사용되고있는인터넷프로토콜 IPv4(IP version 4) 와의특징비교와주소및헤더를통해 IPv6의기본개념을자세하게설명한다. 두번째로, IPv4 와 IPv6의공존과정에서 IPv6의연착륙을위해필요한다양한전환기술을접근방식과세대별분류를통해설명한다. 세번째로, 다양한무선환경에서의이동단말의연속적인인터넷서비스를위한 IPv6 이동성기술을중앙집중형및분산형관리기반으로나누어소개한다. 네번째로, IPv6 보안측면에서의이슈를다루고, 다섯번째로로, 4세대이동통신망 (4G) 대비 10~1,000배의연결디바이스를고려하고있는 5세대이동통신망 (5G) 네트워크환경에서중요한서비스로간주되고있는사물인터넷서비스에서의 IPv6의역할을다룬다. 마지막으로, 국내외에서진행된대표적인 IPv6 상용서비스사례를제시한다. Ⅰ. 서론 최근들어, 유ㆍ무선통합서비스제공, 스마트기기보급확산등에따른모바일인터넷서비스의증가는물론사물인터넷서비스시대의도래로 IP 주소수요는급격하게증가하고있다. 이러한상황에서, 2011년 2월국제인터넷주소관리기구 (ICANN) 은총 43억개인 IPv4(IP Version 4) 주소고갈을선언하였다. 또한, 같은해 4월아태지역인터넷주소관리기구 (APNIC) 도고갈을선언하고 IPv4 할당요청시 1회에한해 1,024개만할당하는내용의최종할당정책을시행하고있다. 이러한 IPv4 주소고갈의가장현실성있는해결책중의하나가바로 IPv6(IP Version 6) 주소체계로인식되고있다. IP 주소부족문제가 IP 주소기반신규사업및일자리창출등인터넷기반경제성장의걸림돌이될것으로예측되어세계적으로 IPv6 도입의필요성이대두되고있으며 IPv6 적용도활발히진행되고있다. 해외의경우를보면, 비록북미중심이기는하지만이미 2012 년 6월에 Google, Facebook, Yahoo!, AT&T, T-Mobile, COMCAST, Time Warner Cable, Cisco, D-Link 등과같은대표적인터넷웹사이트, 서비스사업자및라우터장비제조업체는 World IPv6 Launch 를선포하면서 IPv6는 Default 라고표현하였다. 다시말해서, 해외에서는이미 IPv6 상용서비스를본격추진하고있으며, 글로벌 IPv6 시대가개막되었음을시사하고있다. 참고로, 온라인콘텐츠및비즈니스애플리케이션을전송, 최적화및보호하는클라우드서비스기업인아카마이가지난해발표한 2013년 4분기인터넷현황 (The State of the Internet) 보고서를보면전세계 IPv6 트래픽비율을살펴보면미국과일부유럽국가들이현재 IPv6의도입을주도하는것으로나타났다. 상위 10개국중 7개국이유럽국가이며아태지역에선일본만이유일하게상위 10개국에포함됐다. 1위는 9.3% 의 IPv6 트래픽비율로스위스, 그리고루마니아와룩셈부르크가 7.9% 와 6.7% 로그뒤를이었다. 국내의경우역시, 미래창조과학부와한국인터넷진흥원 (KISA) 를중심으로 IPv4 부족문제에대응하고 IPv6가원활히사용될수있는기반을조성하기위해 IPv6 전환종합지원체계 를구축하여국내 IPv6 전환을지속적으로추진하고있다. 물론, 2000년대초부터정부출현연구기관, 장비제조업체, 인터넷서비스사업자, 대학, 네트워크솔루션업체등을중심으로 IPv6 기술에대한연구개발및표준화는물론시제품개발을진행하여왔다. 최근들어, IP 기반모바일인터넷서비스및사물인터넷서비스환경이확산되고인터넷가능단말기기가폭발적으로성장하고있는상황에서정부기관, 유무선서비스사업자와네트워크장비제조업체중심으로 IPv6 전환에높은관심을보이고있다. KISA의경우 SKT와함께 LTE와와이파이 94 정보와통신

2 등무선망에서 IPv6 서비스를이용할수있는민관협력사업을추진중에있다. 본튜토리얼논문에서는최근들어급격히증가하는인터넷주소수요로인해도입의필요성이대두되고있으며국내 외적으로적용확산을위한시도가활발하게진행되고있는 IPv6 의기본개념과관련기술을표준화및논문연구를중심으로알기쉽게이해시키고자한다. 첫번째로, 현재사용되고있는인터넷프로토콜 IPv4와의특징비교와주소및헤더를통해 IPv6의기본개념을자세하게설명한다 [1]-[6]. 두번째로, IPv4와 IPv6의공존과정에서 IPv6의연착륙을위해필요한다양한전환기술을접근방식과세대별분류를통해설명한다 [7]-[13]. 세번째로, 다양한무선환경에서의이동단말의연속적인인터넷서비스를위한 IPv6 이동성기술을중앙집중형관리 [14]-[19] 및분산형관리 [20]-[23] 기반으로나누어소개한다. 네번째로, IPv6 보안측면에서의이슈를다루고 [24]-[28], 다섯번째로, 최근 5G 네트워크환경에서중요한서비스로간주되고있는사물인터넷서비스에서의 IPv6의역할을다룬다 [29]-[33]. 마지막으로, 국내외에서진행된대표적인 IPv6 상용서비스를 SKT와 T-Mobile의사례를들어제시한다. 기본기술은물론전환 (Transition) 기술, 보안 (Security) 기술, 운용 (Operation and Management) 기술, 이동성 (Mobility) 기술등매우다양한 IPv6 관련기술들의표준화가진행되었고많은기술규격 RFC(Request for Comments) 가제정되기도하였다. 사실, IETF에서 IPv6 기술을다루기시작한것은이미 20 년전이다. IPv6 프로토콜에대한기본적인기능과구조는차세대인터넷프로토콜표준화를다루기위해 1994년설립된 IPNG( The Next Generation of the Internet Protocol 의미를담고있음 ) WG에서진행되었다. IPNG WG에서는 IPv6 프로토콜의기본사양, 주소할당, 자동생성들에대한표준안으로개발하였다. 이후, 2001년설립된 IPv6 WG가 IPNG WG의표준화작업을승계하였으며 IPv6의현실적인도입을위해개발중이던 WG 문서들을중요도에따라분류하여가장시급한것부터먼저해결하였다 [1]-[6]. 1. IPv6가 IPv4와다른특징 IPv6는 32비트로구성된기존 IPv4 주소고갈문제를해결하기위한대안으로고안되었으며 128 비트로구성된차세대인터넷프로토콜주소이다. 이론적으로본다면현재사용하고있는 IPv4 주소는약 43억 ( 2 32 ) 개의주소를사용할수있지만, 사설용으로예약된주소영역과연구용으로사용되는특수영역을제외한다면실제로사용할수있는 IPv4 주소의수는훨씬적다. 특수용도를목적으로할당된주소의개수는 IPv4 주소의약 7.8% 인 3.37억개로실제적으로할당가능한 IPv4 주소의개수는약 40억개보다약간적다. 이에비해 IPv6 주소는 개로거의무한대의주소를생성할수있다. IPv4 대비 IPv6의주요특징을 < 표 1> 에서정리한다. 그림 1. IPv6 주소의감소곡선 ( 표 1. IPv4 및 IPv6 특징비교 IPv4 IPv6 Ⅱ. IPv6 기술개요 < 그림 1> 에서와같이이미아태지역에서는새로운 IPv4 주소할당이불가능한상황이며다른지역도크게다르지않다. 시점이다소늦어지기는했지만이미 1990년대후반부터예견되어오던상황이라할수있다. 1990년대후반은가까운미래에 IPv4 주소고갈의문제점이예상되면서미국은물론일본, 한국등인터넷주소사용량의폭발적증가가예상되는국가들중심으로 IPv6에대한연구개발이본격적으로시작된시기라할수있다. 이무렵, 인터넷분야국제표준기구인 IETF(Internet Engineer Task Force) 의다양한 WG(Working Group) 에서는 개발시기 1981년 1998년 주소범위 32비트 128비트 주소개수 약43억개 거의무한대 주소설정 수동설정 자동설정 보안 IPSec 별도필요 확장옵션으로기본제공 이동성 삼각라우팅이동성 직접라우팅이동성 품질제어 지원방법없음 품질보장용이 MARCH

3 2. IPv6 의주소및헤더형식 가. IPv6 주소형식 IPv6 주소를생성하는자동설정 (Auto-configuration) 방식 에는다음과같은두가지가있다. 상태보존형 (Stateful) 자동설정 : DHCPv6(Dynamic Host Configuration Protocol version 6) 서버에서테이블을관리하 면서 IPv6 주소를분배하는방식 상태비보존형 (Stateless) 자동설정 : 특정서버가관리하지 않고라우터에서제공되는상위 64 비트 (Network Prefix) 와네 트워크에연결된통신장비등에할당되는인터페이스주소 64 비트 (MAC Address 변환 ) 를합하여 128 비트주소를생성. Windows 7 및안드로이드운영체제를사용하는단말에서는 하위 64 비트에대해서사생활보호를위해랜덤하게생성하는 기능이있음 위와같은방식으로생성된 IPv6 주소를표현하는방법에는 다음과같은몇가지규칙이있다. (1) IPv6 주소는 16 비트단위로구분하며각단위는 16 진수로 변환되어콜론 (:) 으로구분하여표기 2001:0db8:80ad:0001:21e7:a764:eff1:de7c (2) 각블록에서앞에있는 0 들은표시할필요가없음 2001:db8:80ad:1:21e7:a764:eff1:de7c (3) 0 으로만이뤄진블록들은 :: 로표시하여생략할수있음 2001:db8:0:0:0:0:0:1 2001:db8::1 IPv6 는 < 표 2> 와같이통신방법에따른세가지주소체계를 갖는다. 표 2. IPv6 주소체계 주소체계 Unicast Multicast Anycast 내용 단일인터페이스를지정하며보내진패킷은그어드레스에해당하는인터페이스에전달 (1:1) Global, Link-local, Unique local, 기타 Unicast 주소로구분됨 여러노드들에속한인터페이스의집합을지정하며보내진패킷은그어드레스에해당하는모든인터페이스들에전달. 네트워크에불필요한트래픽을유발하는이유로 IPv4 의 Broadcast 통신을 Multicast 통신으로대체 (1: 多 ) 다양한기능을갖는대신복잡한주소체계 IPv6 에서새롭게정의된주소체계 여러노드들에속한인터페이스의집합을지정하며보내진패킷은그어드레스에해당하는인터페이스들중하나의인터페이스에전달됨 (1:1) 부하의분산에유리하지만아직까지많이활용되고있지않음 나. IPv6 헤더형식 IPv6 패킷의헤더 (Header) 부분은 < 그림 2> 와같이 IPv4 주 소헤더의불필요한필드를제거함으로써단순해진헤더포맷 을가지며보다빠른처리가가능해진다. IPv6 의헤더는기본 헤더와확장 (Extension) 헤더로나눌수있으며 < 그림 2> 는기 본헤더를나타내며, 기본헤더내 Next Header 필더에서확 장헤더를정의할수있다. 물론, IPv4 에서도헤더의옵션필드 에여러가지정보를추가로담을있지만, 이로인해 IPv4 헤더 의길이가가변적으로변하게된다. 이는라우팅성능에악영향 을줄수있는원인이될수있다. 하지만, IPv6 에서는기본헤 더는 20 바이트로고정이되고추가정보를포함할경우확장헤 더를사용하기때문에기본헤더길이의가변적인문제는발생 하지않게된다. Version IHL Identification IPv4 Header Type of Service IPv6 의확장헤더는 Hop-by-Hop option, Destination option(routing 헤더에서지정된장비에서처리 ), Routing, Fragment, Authentication, Encapsulating security payload, Destination option( 최종목적지확인 ), Upperlayer 헤더 8 개로구성이된다. Destination option 헤더를제 외한각확장헤더는 IPv6 패킷에서단한번만포함될수있으 며, 2 개이상의확정헤더가 IPv6 기본헤더뒤에연결될경우 위에서나열한순서대로연결된다. < 그림 3> IPv6 확장헤더사 용예를나타낸다. Flags Total Length Fragment Offset Time to Live Protocol Header Checksum Source Address Destination Address Options - IPv6 에서유지됨 - IPv6 에서없어짐 - IPv6 에서이름과위치가바뀜 - IPv6 에서새롭게정의됨 IPv6 Header Next Header : Routing Padding Version Traffic Class Flow Label Payload Length 그림 2. IPv4 및 IPv6 헤더비교 Routing Header Next Header : TCP TCP Header 그림 3. IPv6 확장헤더예 IPv6 Header Next Header Source Address Destination Address Data Hop Limit 96 정보와통신

4 Ⅲ. IPv6 의연착륙을위한기술 IPv4에서 IPv6로의전환에있어서오랜시간공존할수밖에없을것이고, 이때문에전면적인전환이아닌단계적이고점진적인전환이현실적인해법으로고려되고있다. 향후수년간두주소체계의공존이불가피한상황으로효율적인공존방안모색이중요해짐에따라이미 2000년대초부터현재까지다양한형태로연구개발되어온 IPv6 전환 (Transition) 기술이당장필요한상황이되었다 [7]-[13]. 1. 전환기술의접근방식에의한분류지난 15년동안개발된전환기술을기본적인접근방식으로분류하자면 < 그림 4> 과같이듀얼스택 (Dual-stack), 터널링 (Tunneling), 주소변환 (Translation) 으로나눌수있으며각각의주요특징을다음에서설명한다. 가. 듀얼스택 (Dual-stack) 듀얼스택은전환기술중에서가장구현이용이하며하나의네트워크장비에서 IPv4와 IPv6 인터넷주소체계를동시에지원하는기술이다. 즉, 듀얼스택기술을지원하는시스템은물리적으로하나의시스템이지만논리적으로 IPv4와 IPv6를지원하는두개의시스템이있는것처럼생각할수있다. 듀얼스택은하나의시스템에서두기술을모두지원하기때문에두주소를모두설정할수있다. 듀얼스택은단말의하드웨어플랫폼과상관없이운영체제내에서소프트웨어형태로구현이된다. IP 스택아래는동일하기때문에동일한네트워크카드를사용하여 IPv4와 IPv6 통신을모두함께한다. 듀얼스택의가장큰장점은 IPv4와 IPv6가가장쉽게호환성을유지할수있는장점이있다. 하지만, 기존의 IPv4 단일프로토콜환경에비해더많은네트워크자원을소모하므로성능저하가예상되며관리상의복잡도가증대될수있다는단점이있다. 또한, 네트워크를위한유지와관리비용이매우높으며네트워크자체도안정적이지않다는의견이있다. 무엇보다, IP계층의프로토콜스택에대한수정이이루어져야하고공인 IPv4 주소를사용하기때문에주소고갈문제를근본적으로해결할수없다는구조적인단점이있다. 나. 터널링 (Tunneling) IPv6 전환초기에는 IPv4망이 IPv6망보다더많기때문에양끝단에 IPv6 단말이있고중간경로상에 IPv4망이존재하는경우가많은것이다. 이런경우, 두단말사이에있는 IPv4 망에논리적인터널경로를구성하여, IPv6 패킷을 IPv4 헤더로감싸서 (Encapsulation) IPv4망을통과해목적지직전에다 시 IPv4헤더를벗겨내는 (Decapsulation) 방식으로양단간의 IPv6 통신을가능하게한다. 터널링기법은크게설정터널링 (Configured Tunnel) 기법과자동터널링 (Automatic Tunnel) 기법으로나누어진다. 설정터널링기법은통신을수행하기전에터널양종단의라우터주소를미리알고있어라우터종단간터널을설정하는방식으로 IPv6 터널을간단히구성할수있으나관리자가일일이 IPv6 터널을설정해야하는단점이있으며 IPv4 주소와관계없이 IPv6 터널을생성할수있다. 이에반해자동터널링기법은일련의터널생성절차를필요로하지않으며통신시자동으로터널이생성된다는장점이있다. 단말의 IPv4 주소를기반으로단말-라우터, 단말-단말간 IPv6 터널을형성하는방법이다. 이는복잡한터널설정방법을몰라도 IPv6 터널형성을위한보통라우터 TEP(Tunnel End Point, 보통라우터 ) 의 IPv4 주소와간단한설정명령만알면 IPv6 터널을형성할수있다. 다. 주소변환 (Address Translation) 주소변환기술은듀얼스택및터널링기술과함께 IPv6 전환기술의기본이되는개념이며 IPv4 패킷과 IPv6 패킷을상호변환해주는기술로듀얼스택및터널링적용이어려운경우사용된다. IPv6 IPv4 혹은 IPv4 IPv6로패킷을완전히재조합하는기술이다. IPv6와 IPv4 간의주소전환장비를이용하여, 기존의 IPv4에서사용되던 NAT 기술과마찬가지로 IPv6와 IPv4 간의주소테이블 (Address Table) 을생성하여양단간의통신이가능하도록한다. IPv6 주소변환장비의기능은단순히근원지 (Source) 만을변환하는것이아닌목적지 (Destination) 까지변환을해야하기때문에두네트워크사이의매핑정보가있어야통신이가능하다. IPv6망은 IPv4에대한목적지를전혀알수가없으므로매핑정보를형성하기위해서는 IPv6에서 IPv4망으로먼저통신을해야한다. 매핑정보가생성된후 IPv4망의사용자들은변환장비의매핑정보를기반으로 IPv6망과의통신을할수가있다. 이러한기술은 IPv4 패킷과 IPv6 패킷에서 IPv4 헤더와 IPv6 헤더를제외한상위계층은동일한구조로생성되어있기때문에 IPv4, IPv6 헤더부분을전환하며그대로데이터를전송할수있게한다. 다만, 상위계층의패킷에 IP 정보가포함된프로토콜이포함된경우에는동작과정이더복잡하고제한적으로동작할수있다. 2. 전환기술의세대별분류 < 그림 4> 과같이세가지접근방식으로연구개발되어온 IPv6 전환기술들은연구시기를기준으로 1세대 와 2세대 로나누어분류할수있다. 1세대는 IPv6 기본기술과관련기술의 MARCH

5 연구개발이본격적으로진행되었던 1990년대후반부터 2000 년대초반이라고할수있다. 이무렵국내외적으로가까운미래에 IPv4 주소고갈의문제점이대두되면서미국은물론일본, 한국등인터넷주소사용량의폭발적증가가예상되는국가들중심으로연구개발이활발히진행되었던시기라할수있다. 하지만, IPv6 관련기술의본격적인연구개발에도불구하고, NAT, 미사용주소재할당등임시방편이기는하지만주소고갈의해결책이존재한이유로기대만큼 IPv6의도입이빠르게진행되지않았고, 연구개발역시소강상태에이르게되었다. 특히, 서비스사업자측면에서 IPv6 도입으로인해수익창출이불확실한상황에서인프라구축에미온적일수밖에없었고, 이역시 IPv6 도입이늦춰지는하나의이유가되었다. 하지만, 2010년대전후로유ㆍ무선통합서비스제공, 스마트기기보급확산등에따른무선인터넷서비스활성화로전세계적으 Application TCP/UDP 로 IP 주소수요는급격하게증가하였고, 이와맞물려 ICANN 은물론 APNIC이주소고갈을선언하면서 IPv6 도입에대한필요성이다시금대두되게되었다. 이시기에연구된기술들을 2세대로분류할수있다. 즉, 1세대에서연구개발된세가지접근방식기반의기술들을개선하고자최근연구개발된기술을 2세대 IPv6 전환기술이라할수있다. 1세대전환기술은모두 IETF 내 NGTRANS WG 및 V6OPS WG에서개발되었지만, 2세대전환기술은기본기술에따라 IETF내서로다른 WG에서개발되었다. 듀얼스택및터널링을기반으로하는전환기술들은 SOFTWIRE WG에서다루었으며, 주소변환을기반으로하는전환기술들은 BEHAVE WG에서다뤘다. 반면, V6OPS WG에서는운용관련표준을중심으로다루면서 IPv6-Only 관점에서의전환기술을다루고있다. Ⅳ. 모바일환경을위한 IPv6 이동성기술 IPv6 Network 1 세대기술 Dual-Stack IPv4 Link Layer Physical Layer (a) 듀얼스택 (Dual-stack) IPv4 Network Tunnel IPv6 2 세대기술 DS-Lite, Public 4over6, Lw4o6 IPv6 Network 다양한무선액세스네트워크환경에서네트워크계층 (Network Layer, L3) 에서의수평적 (Horizontal) 혹은수직적 (Vertical) 핸드오버를위한 IPv6 이동성관리기법은이동단말 (Mobile Node, MN) 의이동시기존에연결하고있던서비스의연결성을유지해주기위한것으로써, 가장핵심적인역할은 MN의 IPv6주소를위치에따라바꾸지않고유지시키는것이다. IPv6 이동성기법은 MN의이동성을관리관리하는앵커의위치에따라중앙집중형이동성관리기반 [14]-[19] 과분산형이동성관리기반 [20]-[23] 으로나뉜다. 1. 중앙집중형이동성관리기반기술 1 세대기술 4in6, 6in4, 6to4, 6over4, Tunnel Broker, ISATAP IPv6 Network IPv6-Only Node 1 세대기술 SIIT, NAT-PT (b) 터널링 (Tunneling) Translator 2 세대기술 4over6, 4rd, 6rd IPv4-Only Node 2 세대기술 NAT64/DNS64, IVI, 464XLAT (c) 주소변환 (Address Translation) IPv4 Network 그림 4. IPv6 전환기술의접근방식및세대별분류 중앙집중형이동성관리기법은 MN의위치추적및주소관리를위한이동성앵커의역할이중요한데, 단말이어느곳으로이동하더라도이동성앵커가이를관리하고 MN의트래픽이모두이동성앵커를지나가도록한다. 중앙집중형이동성관리기법은동작주체에따라 MN의이동시에이동성관리앵커가 MN의위치를추적하여 MN과직접 IP 터널을생성하는호스트기반 (Host-based) 기법과 MN이접속한곳의이동성라우터와 IP 터널을생성하는네트워크기반 (Network-based) 기법으로나뉘어진다 [14]-[19]. 가. 호스트기반 IPv6 이동성기술대표적인호스트기반 IP 이동성기술은 IETF에서개발된 Mobile IPv6(MIPv6) 프로토콜이다. MIPv6에서 MN은홈네트워크에서다른네트워크로이동할때세션을유지하기위해 98 정보와통신

6 서홈네트워크에위치하는 Home Agent와의시그널링을홈주소 (Home Address, HoA) 와임시주소 (Care-of Address, CoA) 간의바인딩을생성및유지하는일을수행하며전반적인이동성관리를제어한다. 하지만, MIPv6는실제적용시두가지문제점이제기되었다. 첫번째는, 핸드오버시새로운 CoA 주소를생성하고이에대한등록이완료되기전까지이동검출 (Movement detection), IP 주소구성 (IP address configuration), 위치갱신 (Location update) 과같은필연적인지연요소를가지게된다. 이러한지연들이결합된총지연 (Latency) 은실시간응용이나손실에민감한응용에서수용되지못할정도의큰지연이될수도있다. 다시말해서, MIPv6는일반적이고거시적인이동성만지원하기때문에이프로토콜만으로는실제제한된무선영역의이동통신망에서 MN의빈번한이동과실시간성서비스응용을지원하기에는역부족이다. 두번째는, MN이네트워크를이동하여변경하는경우항상홈네트워크에있는 HA와바인딩과정을수행해야하며, 실제통신을수행하는상대노드 (Correspondent Node, CN) 에대해서도바인딩을수행하여야한다. 만일 MN이홈네트워크에서먼거리에위치한경우이러한등록방식은긴등록시간을유발하며네트워크에불필요한트래픽을유발시킨다. 첫번째문제점을해결하기위해, 링크계층 (L2) 핸드오버사전정보를이용하여 L2 핸드오버완료이전에네트워크계층핸드오버를미리수행하는고속핸드오버접근방식이 IETF에서고속핸드오버 MIPv6(Fast Handover MIPv6, FMIPv6) 란이름으로제안되었다. FMIPv6의기본개념은 L3 핸드오버지연을줄이기위한기술로서새로운링크검출시즉각적인데이터송신을가능케하며새로운링크에부착되는즉시 MN으로패킷이전달될수있도록하는것을목표로한다. 두번째문제점을해결하기위해서, 지역적인이동성처리를통해등록시간과시그널링을줄이는지역이동성관리접근방식이 IETF에서계층적 MIPv6(Hierarchical MIPv6, HMIPv6) 이란이름으로제안되었다. HMIPv6의기본개념은각지역도메인이지역이동성에이전트를가지며지역내의이동성은지역이동성에이전트가처리하게함으로써 HA나 CN에 MN 의지역적인이동성을숨기는것이다. 아울러, HMIPv6의핸드오버지연을줄이기위해 FMIPv6와결합된고속핸드오버 HMIPv6(Fast Handover HMIPv6, FHMIPv6) 가연구되었다. 나. 네트워크기반 IPv6 이동성기술네트워크기반 IPv6 이동성기술은호스트기반이동성기술의근본적인문제점이이슈화가되면서논의되기시작하였다. 먼저, 성능및자원이한정되어있는 MN에서복잡한표준 MIPv6 프로토콜을구현함으로써 MN 의전력사용량증가, 핸 드오버과정에서다양한시그널링트래픽으로인한무선구간 에서의자원사용량증가등실제적인문제가이슈화되었다. 아울러, 비록표준기술이기는하지만현재사용되고있는모든 MN 이 MIPv6 기능을갖추고있다고볼수는없으므로, MIPv6 기능을갖추고있지않은 MN 이네트워크를이동할때핸드오 버가불가능하다는문제가이슈화되었다. PMIPv6 기법은 MIPv6 프로토콜의탑재유무에관계없이모 든호스트들을위한 IP 이동성을지원하기위해서최근 IETF 에 서표준화되었다. PMIPv6 프로토콜에서는, 이동성관리에 MN 이관여하지않는상황에서 MN 에게이동성을통한 IPv6 세션 연속성을제공한다. 액세스라우터와유사한역할을수행하는 Mobile Access Gateway(MAG) 가 MN 을대신해서홈에이전 트와유사한역할을수행하는 Local Mobility Anchor(LMA) 와 핸드오버관련시그널링메시지를교환함으로써이동성관리를 수행한다. PMIPv6 기법에서는, 성능및자원이한정되어있는 MN 에 IP 이동성프로토콜을탑재할필요가없기때문에, MN 의전력사용량증가, 핸드오버과정에서다양한시그널링트래 픽으로인한무선구간에서의자원사용량증가등실제적인문 제가발생되지않는다. 아울러, IP 이동성기능을갖추고있지 않은어떠한종류의 MN 이더라도네트워크를이동할때핸드오 버가가능해진다. 따라서, 여러가지측면에서고려할때, 기본 MIPv6 보다는 PMIPv6 가무선액세스네트워크환경에서실용 적인 IP 이동성솔루션이될것으로예상하고있다. 하지만, 기본 PMIPv6 프로토콜에서역시 MN 은기존네트워크 와새로운네트워크에존재하는두 MAG 사이를이동할때기존 MAG(Previous MAG, PMAG) 와의연결을끊는과정과새로운 MAG(New MAG, NMAG) 와의연결과정과같은일련의핸드오버 과정이필요하기때문에이로인한핸드오버지연을피할수없다. 이러한핸드오버지연을줄이기위해서고속핸드오버 PMIPv6 (Fast Handover PMIPv6, FPMIPv6) 가연구개발되었다. 중앙집중형이동성관리기반의 IPv6 이동성표준기술을 < 표 3> 에나타낸다. 표 3. IPv6 이동성기술분류 기본 개념 기술 중앙집중형 호스트기반 MIPv6 (Mobile IPv6) FMIPv6 (Fast Handover MIPv6) HMIPv6 (Hierarchical MIPv6) FHMIPv6 (Fast Handover MIPv6) 네트워크기반 PMIPv6 (Proxy MIPv6) FPMIPv6 (Fast Handover PMIPv6) 분산형 DMM (Distributed Mobility Management) MARCH

7 2. 분산형이동성관리기반기술중앙집중형이동성관리기법은현재의모바일네트워크와같은계층적구조에적용하기쉬우며, MN의위치와트래픽에대한처리가한곳에서이루어지기때문에관리가효율적인장점이있지만다음과같은몇가지문제점을드러내고있다. 첫째로, 중앙집중형이동성관리기법에서의이동성앵커의장애는네트워크전체적으로치명적인문제를야기한다. 호스트기반 IPv6 이동성기술의경우같은 HA에접속하고있는모든 MN 대한연결이중단될뿐만아니라, 네트워크기반 IPv6 이동성기술의경우에는전체네트워크의통신장애가발생할수있는위험을가지고있다. 두번째로, 네트워크의확장성에취약하다. 급증하는 MN에대해서이를처리하는이동성앵커가하나이기때문에, MN이증가하고 MN들에대한이동성지원시그널링메시지및단말의트래픽의전달을위한처리의수가급증하면단일앵커에부하가걸릴수있다. 마지막으로, 경로의최적화가이루어지지않는문제점이있다. MN이이동한지점이실제데이터를주고받는지점과더가깝더라도, 기존중앙집중형이동성관리기법에서는중앙의이동성앵커를거쳐트래픽이전달되어야하기때문에경로가최적화될수없다는한계가있다. 이외에도 MN이이동하지않는경우라도이동성지원을위한과정을수행함으로써발생하는시그널링의부하문제등의여러단점들이존재한다. 이러한문제들을해결하기위해서분산형이동성관리 (Distributed Mobility Management, DMM) 기법에관한연구가진행되고있다 [20]-[23]. 분산형이동성관리기법의주요한특징은단일이동성앵커를없애고, 기존의단일앵커가담당하던기능들을네트워크의여러곳에분산하여여러이동성앵커들이독립적으로자신의구역에접속한 MN들의이동성관리를지원하도록하는것이다. 분산형이동성관리기법에서고려해야할주요요구사항으로는단일이동성앵커를두지않을것, 세션에따라이동성을처리할수있도록할것, 기존의이동성프로토콜의확장을우선적으로고려할것, 현재의네트워크와호환성을고려할것등이있다. 분산형이동성관리기법의구현방향은기존의이동성프로토콜을확장하는방식을우선적으로고려하였다. 이미중앙집중형이동성관리기반의 IPv6 이동성기술인 MIPv6, PMIPv6 프로토콜들이있었기때문에, 이러한이동성관리기법들의단일앵커를여러곳으로분산시키고자하는기법들이중점적으로연구되었다. 분산형이동성관리기법에서고려해야하는중요한이슈중에하나는, MN의정보를어떻게이동성앵커간에공유할수있는가하는것이다. 중앙의단일앵커로부터도메인내 MN의정보를일괄적으로관리하고위치를추적하던중앙집중형관리기법과는달리, 분산형구조에서는이러한기능들이여러앵커에독립적으로구현이되어야하기때문에 MN이접속했을때해당 MN이새로네트워크에접속한 MN인지다른곳으로부터이동한 MN인지를파악해야하는절차가필요하다. Ⅴ. IPv6 보안기술 1. IPv6 에서보안기술의필요성 IPv6의여러가지장점에도불구하고 IPv6를실제네트워크에도입및구축하고안전하게운영하기위해서는보안상해결해야할많은문제점들이존재한다. 왜냐하면, IPv6는원래부터보안기능들이포함되어있다하더라도 IPv4와는다른방식으로동작하는새로운프로토콜이고, 이는예측가능또는불가능한다양한보안상위험요소가존재함을의미하기때문이다. IPv6는자동환경설정, 이웃노드탐색, Mobile IP 등의기능이추가되면서기존공격을변형한새로운유형의헤더조작, 바이러스, 웜등의공격이발생할수있는가능성을가지고있다. 또한 IPv6 망으로의완전한전환이전에과도기적으로 IPv4와 IPv6의병행사용이요구되어단대단 (End-to-End) 네트워크보안이곤란하다는문제가있다. 최근에는홈네트워크장비등 IPv6가장착된장비가다양해지면서인터넷침해사고의대상이급격히증가하고있다 [24]-[28]. 2. IPv6 보안기술의현황및이슈사항이를위해IETF는현재까지다수의 IPv6 보안기술관련표준규격을개발하였으며 IPv6 전환기술, 라우팅프로토콜, 로컬네트워크, 이웃탐색프로토콜, IP 터널링등과같이 IPv6 요소기술들에대한보안이슈를주로다루고있다. 따라서, IPv6 도입을검토하고있는각급기관은 IPv6 구축시에해당RFC 표준규격들을참고및적용함으로써 IPv6 운용시에발생할지도모르는보안상위험요소들을미연에방지할필요가있다. 또한, 미국의국가표준기술원인 NIST(National Institute of Standards and Technology) 는 2010년 12월에 Guidelines for the Secure Deployment of IPv6라는 IPv6의도입및구축시에필요한보안관련이슈들을다룬표준안을개발하여공개하였다. 해당표준안은 IPv4에서 IPv6로의이행에필요한보안이슈보다는 IPv6 자체의구축및운영시에필요한보안요소에초점을맞추고있다. 하지만, 실제로 IPv6 보안을적용할경우키교환알고리즘, 100 정보와통신

8 인증알고리즘, 암호화알고리즘등일련의알고리즘들의동작을위한패킷트래픽, 계산시간, 자원소비, 스케쥴링구현등으로인해데이터지연전송, 지연지터, 패킷손실, 서버의서비스지연등인터넷서비스품질 (QoS) 에영향을줄것으로예상된다. 특히, 최근모바일환경에서의멀티미디어서비스가주목을받고있는상황에서, 핸드오버단계에서많은보안메커니즘과정을필요로하는 IPv6 이동성환경에서는핸드오버지연뿐만아니라보안메커니즘프로세싱까지이중으로 QoS 측면에서좋지않은영향을미칠것으로예상된다. 게다가, 고화질ㆍ고음질멀티미디어전송의경우, 낮은자원을갖는임베디드모바일단말의경우, 혹은전송대역이낮은무선통신의경우이러한영향은더커질것으로예상된다. Ⅵ. IoT 에서의 IPv6 역할 1. IoT에서 IPv6의필요성세계사물인터넷은도입기또는성장초기에위치한것으로평가되며, 세계사물인터넷시장은 2022년까지연평균 20% 성장하여 1조 2,000억달러에이를것으로전망된다. 세계사물인터넷시장은네트워크, 단말기등의하드웨어, 특히 IoT 관련서비스분야가높은성장세를보이며크게확대될것으로예상된다. 많은객체간의통신이필요한사물인터넷환경에서식별은중요한문제중하나이다. 무선으로인터넷에연결되는장비들이 2013년현재 1인당 1개수준에서 2018년 1.5개로증가할것으로전망되고있으며, 단일네트워크수준을포함하면실제로인터넷에연결되는객체의수는기하급수적으로증가할것으로보인다. 이런상황에서객체의식별정보로서 IPv6는기존의검증된네트워크통신구조를그대로활용하면서동시에거의무제한에가까운식별정보를생성해낼수있기때문에사물인터넷의필수조건으로여겨지고있다 [29]-[33]. 2. IoT에서 IPv6 적용현황 IoT 통신을전제로한데이터전달및통신제어기술개발이활발하게진행되고있지는않지만, 6lowpan, roll, core, lwig, 6tisch, 6lo와같은 IETF 내여러 WG에서표준화중인센서네트워크상에서 IPv6 기반통신프로토콜을적용기술과저속, 저전력프로세서플랫폼상에서통신프로토콜경량화연구는많이진행되고있다. IETF에서는 IoT 환경구축에필요한기술을코어네트워킹기술보다접속네트워킹기술에초점을맞추고있다고볼수있다. 연구되는 IoT 관련기술은무선자원제 약적노드 (Wireless Resource Constrained Node) 로구성된저전력손실네트워크 (Low power and Lossy Network, LLN) 를사물인터넷접속네트워크환경으로인식하고 LLN 내에서사용될사물인터넷표준기술을중점적으로다루고있다. 사물인터넷디바이스는크기, 파워및컴퓨팅능력에서제약적조건을가지고있기때문에이를고려한경량화된프로토콜표준기술에관한기술개발을고려중이다. 이외에도, 향후여러통신사업자들과센서플랫폼기반의솔루션개발회사등에서 IPv6 기반저전력 IoT 통신을위한기술개발이활발히이루어질것으로예상된다. 현재각각서비스되고있는 RFID, M2M, USN, 이동통신으로부터얻어지는정보를상호공유할수없는상황이지만 IPv6 를다양한통신방식과단말을매개하는공통자원으로활용해 IoT 발전을기대할수있다. 아울러, IPv6의 IoT 기기적용은 4 세대이동통신망 (4G) 대비 10~1,000배의연결디바이스를고려하고있는 5세대이동통신망 (5G) 구축, 즉, 초연결시대를위한핵심요소로서큰의미가있을것이다. Ⅶ. 국내외 IPv6 상용서비스사례 이미서론에서언급했듯이, Google, Facebook, AT&T, T-Mobile, COMCAST, Cisco 등과같은대표적해외인터넷웹사이트, 서비스사업자및라우터장비제조업체는 World IPv6 Launch 를선포하면서 IPv6상용서비스를본격추진하고있다. 국내의경우, 미래창조과학부가 IPv6 확산에 2017년까지 274억원투입할계획을발표했으며, 2017년까지주요포털에서 IPv6 적용을마무리하고 2022년까지중소인터넷서비스사업자 (ISP), 콘텐트사업자 (CSP) 그리고공공기관에서 80~100% 도입률달성계획을목표로하고있다. 본절에서는국내외에서이루어진 IPv6 상용서비스를 SKT와 T-Mobile의사례를들어간략하게소개한다. 1. SKT의 LTE 및 IoT 연동 IPv6 서비스사례 SKT는지난 2014년 9월미래창조과학부와한국인터넷진흥원주도아래삼성전자, 다음커뮤니케이션과함께 IPv6기반의 LTE 상용서비스를개시를발표하였다 [34]. SKT가 IPv6 무선망을별도로구축하고, 삼성전자는 IPv6 단말기 (SKT 출시갤럭시노트4) 를출시하였으며, 다음은 IPv6 기반모바일웹사이트를개설해 KISA의 IPv6 연동망 (6NGIX) 를통해서비스를제공하였다. SKT의 LTE 기반 IPv6 상용서비스개시를통해그동안구축해온 IPv6 인프라가서비스로연결되도록촉진하는 MARCH

9 중요한계기가되었으며, 이를통해 IPv6 서비스가확산되어하위권에머물고있는국내 IPv6 이용률이조만간국제적으로앞서갈수있을것으로기대하였다. 또한, 같은해 11월열린사물인터넷진흥주간 (IoT Week) 에인프라영역에서 IoT 서비스를구현하는개방형플랫폼 모비우스 와 IoT 전용망구축을위한네트워크가상화기술, IPv6의국내첫 IoT 기기시험적용등을소개하였다. 이러한 IPv6의 IoT 기기적용은 5G 구축을위한핵심요소로큰의미가있었으며 IoT 디바이스인 LTE 라우터에 IPv6를시험적용하는데성공함으로써 IoT 확산에중요한전기를마련했다는평가를받았다. 2. T-Mobile의 IPv6 전환기술서비스사례미국의 ISP 업체인 T-Mobile은대표적인주소변환기반의 IPv6 전환기술이었던 NAT64/DNS64 의문제점을해결하고 IPv6 네트워크에서준수한 IPv4 연결성을제공하는 464XLAT 아키텍처를제안하여 2013년 4월 IETF에서표준화작업을완료하고, 해당기술을사용하여세계최초로 IPv6 상용서비스를개시하였다. 기존 NAT64/DNS64를이용한 IPv6 네트워크는많은응용프로그램이나서비스의정상동작을보장하지못했다. 그중한예로, IPv4 기반의응용프로그램개발시프로그램에서통신할서버등의목적지주소를도메인이름이아니라 IPv4 주소로코딩하는경우가대표적으로문제시되었는데, 이경우응용프로그램에서통신을위해 DNS에질의하지않기때문에 NAT64 등의 IPv4-IPv6 변환프로세스가진행되지않아 IPv6 네트워크를통한 IPv4 노드간통신이불가능하게된다. 이러한문제를해결한 464XLAT기술은기존상태비보존형및상태보존형 NAT64을표준변환기술을조합하여동작되는전환기술이다. T-Mobile은자사의 LTE 네트워크에 IPv6을적용하기위하여 464XLAT 기술을이용하고있다. T-Mobile은아이폰을제외한삼성갤럭시S5 등안드로이드 4.3 이후출시단말에대해 CLAT 데몬을탑재하여 IPv6 네트워크를통해서비스되도록구성하였고, 전체가입자중약 16% 인 1천여만명이 IPv6로모바일서비스를이용하고있다 [13]. Ⅷ. 결론 본튜토리얼논문에서는 IPv6의기본개념과관련기술을이해시키고자여러가지측면에서알기쉽게설명하였다. 첫번째로, 현재사용되고있는 IPv4와의특징비교와주소및헤더를통해 IPv6의기본개념을자세하게설명하였다. 두번째로, IPv6의연착륙을위해필요한다양한전환기술을접근방식과세대별분류를통해설명하였다. 세번째로, 다양한무선환경에서의이동단말의연속적인인터넷서비스를위한 IPv6 이동성기술을중앙집중형및분산형관리기반으로나누어소개하였다. 네번째로, IPv6 보안측면에서의이슈를다루었으며, 다섯번째로, 최근 5G 네트워크환경에서중요한서비스로간주되고있는사물인터넷서비스에서의 IPv6의역할을다루었다. 마지막으로, 국내외에서진행된대표적인 IPv6 상용서비스를 SKT와 T-Mobile의사례를들어제시하였다. Acknowledgement 본연구는미래창조과학부및정보통신산업진흥원의ICT융합고급인력과정지원사업의연구결과로수행되었음 (NIPA H ). 참고문헌 [1] W. Stallings, IPv6: The New Internet Protocol, IEEE Communication Magazine, Vol. 34, No. 7, pp. 96~108, [2] A. Vallejo, J. Ruiz, J. Abella, A. Zaballos, and J.M. Selga, State of the Art of IPv6 Conformance and Interoperability Testing, IEEE Communication Magazine, Vol. 45, No. 10, pp. 140~146, [3] P. Roberts and M. Ford, World IPv6 Launch: The Future is Forever, IETF Journal, Vol.8, No. 1, pp. 12, [4] T. Tsou, D. R. Lopez, J. J. Brzozowski, C. Popoviciu, C. Perkins, and D. Cheng, Exploring IPv6 Deployment in the Enterprise: Experiences of the IT Department of Futurewei Technologies, IETF Journal, Vol.8, No. 1, pp. 13~17, [5] 박수홍, 미래인터넷과 IPv6, 정보과학회지, 제31권, 제9 호, pp. 34~40, [6] 고득녕, 김종민, IPv6 네트워크의이해, 성안당, [7] M. Bagnul, A. Garcia-Martinez, and I. Van Beijnum, The NAT64/DNS64 Tool Suite for IPv6 Transition, IEEE Communications Magazine, Vol. 50, No. 7, pp. 102 정보와통신

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