IPv6 주소지정 방식

IPv6 주소지정 개요:
주소지정 모델, 주소 유형과 주소 크기

• IPv6 주소지정 모델 특성
• IPv4와 기본적으로 동일한 특성들...
• 주소의 핵심 기능
• 네트워크 인터페이스를 식별하고 라우팅하기 위해 주소를 사용
• 네트워크 계층 주소
• 장비당 IP 주소의 수
• 주소 해석과 접두사 표현
• 클래스 비사용 IPv4 주소처럼 네트워크 식별자 부분과 호스트 식별자 부분으로 나누어짐
• IPv6 주소 자체로 구별 안됨
• CIDR과 유사하게 표기하는 접두사 길이로 네트워크 ID의 길이를 알림
• 사설 주소와 공개 주소

• IPv6가 지원하는 주소 유형
• 유니캐스트 주소
• 한 인터페이스당 한 주소
• 멀티캐스트
• 그룹으로 메시지를 전달하고, 속한 그룹의 모든 장비가 메시지를 받음
• 애니캐스트
• 특정 그룹의 어떤 멤버에게 전달되어야 하지만 모든 멤버에게 전달될 필요는 없음
• 대표적인 예 : 특정 네트워크의 라우터 그룹이 부하를 분산하는 경우
• 애니캐스트 주소가 생겼으므로 모든 장비가 서로 다른 IP 주소를 사용해야 한다는 불편함을 덜 수 있게 됐다.

• IPv6 주소 크기와 주소 공간
• 128비트 = 340,282,366,920,938,463,463,374,607,431,768,211,456개

IP 주소와 주소 표기법과 접두사 표현

일반16진수 표기법	805B	2D9D	DC28	0000	0000	FC57	D4C8		1FFF
0 억제 표기법	805B	2D9D	DC28	0	0	FC57	D4C8		1FFF
0 압축 표기법	805B	2D9D	DC28	::		FC57	D4C8		1FFF
혼합 표기법	805B	2D9D	DC28	::		FC57	212	200	31	255

• IPv6 주소 16진법 표기법
• 805B:2D9D:DC28:0000:0000:FC57:D4C8:1FFF
• 805B:2D9D:DC28:0:0:FC57:D4C8:1FFF
• IPv6 주소의 0 압축
• 805B:2D9D:DC28::FC57:D4C8:1FFF
• FF00:4501:0:0:0:0:0:32 -> FF00:4501::32
• IPv6 혼합 표기법
• 첫 96비트는 콜론 16진 표기법으로 표시하고 마지막 32비트만 부점 10진 표기법을 사용
• 805B:2D9D:DC28:0:0:FC57:212.200.31.255
• IPv6 주소 접두사 길이 표시
• 접두사 주소 뒤에 슬래시(/)를 덧붙인 뒤 표시

IPv6 주소 공간 할당

처음 비트	IPv6 주소 공간의 비율	할당
0000 0000	1/256	할당되지 않음(미지정 주소/루프백 주소와 같은 특별한 주소가 여기에 속한다)
0000 0001	1/256	할당되지 않음
0000 001	1/128	NSAP 주소 할당을 위해 예약됨
0000 01	1/64	할당되지 않음
0000 1	1/32	할당되지 않음
0001	1/16	할당되지 않음
001	1/8	전역 유니캐스트 주소
010	1/8	할당되지 않음
011	1/8	할당되지 않음
100	1/8	할당되지 않음
101	1/8	할당되지 않음
110	1/8	할당되지 않음
1110	1/16	할당되지 않음
1111 0	1/32	할당되지 않음
1111 10	1/64	할당되지 않음
1111 110	1/128	할당되지 않음
1111 1110 0	1/512	할당되지 않음
1111 1110 10	1/1024	링크 로컬 유니캐스트 주소
1111 1110 11	1/1024	사이트 로컬 유니캐스트 주소
1111 1111	1/256	멀티캐스트 주소

IPv6 전역 유니캐스트 주소 포맷

• 유니캐스트 주소는 001로 시작된다

• 유니캐스트 주소 블록 구조
• 인터넷 토폴로지 계층의 다양한 계층에서 주소 블록을 쉽게 할당할 수 있도록 한다.
• 라우터가 인터넷으로 정보를 전달하는 계층 구조를 자동으로 IP 네트워크 주소에서 반영한다. 그래서 좀더 효율적인 라우팅을 위해 경로를 합산할 수 있다.
• ISP와 같은 기관이 고객에게 주소 블록을 나누어 줄 수 있도록 유연성을 강화한다.
• IPv4의 서브넷처럼 실제 사용자 기관이 내부 네트워크에 맞추어 주소 블록을 나눌 수 있도록 유연성을 강화한다.
• IP 주소에 의미를 더 부여한다. 아무런 구조가 없은 단순한 비트열이 아니라 주소를 보면 정보를 얻을 수 있도록 한다.

• 유니캐스트 주소 공간을 나누는 일반적인 방법
• 유니캐스트 주소의 128비트를 가장 일반적으로 나누는 방법

필드명	크기(비트)	설명
접두사	n	전역 라우팅 접두사: 주소의 네트워크 ID나 접두사로 라우팅에서 사용한다.
서브넷 ID	m	서브넷 식별자: 사이트에 있는 서브넷을 식별하기 위해 사용한다.
인터페이스 ID	128-n-m	인터페이스 식별자: 특정 인터페이스(호스트나 다른 장비)에 대한 유일한 식별자. 특정 접두사와 서브넷 내에서 고유해야 한다.

• 유니캐스트 주소 공간의 IPv6 구현
• IPv6는 라우팅 접두사로 48비트를, 하위 네트워크 식별자로는 16비트를 선택

필드명	크기(비트)	설명
접두사	48	전역 라우팅 접두사: 라우팅에서 사용하는 네트워크 ID 접두사. 처음 세 비트가 001이면 유니캐스트 주소이다.
서브넷 ID	16	서브넷 식별자: 사이트에 있는 서브넷을 식별한다.
인터페이스 ID	64	인터페이스 식별자: 특정 인터페이스(호스트나 다른 장비)를 식별하는 고유한번호. 특정 접두사와 서브넷 내에서 고유하다.

• 원본 전역 라우팅 접두사 분할 방식: 집합자
• 전체 48비트 중 45비트로 전역 라우팅 접두사를 나눌 수 있다.(처음 3비트는 001로 고정)

• 최상위 집합자(TLA, Top-Level Aggregators)
• 가장 큰 인터넷 기관을 가리킨다.
• 등록 관리 기관에서 큰 IPv6 주소를 할당받는다.
• 차순위 집합자(NLA, Next-Level Aggregators)
• TLA에서 주소 블록을 할당받아 최종 사용자 기관(또는 사이트)에게 나누어 준다.

필드명	크기(비트)	설명
TLA ID (최상위 집합자 ID)	13	최상위 집합자 식별자: 최상위 수준 집합자를 나타내는 전역 고유 식별자. 13비트를 사용하며 총 8,192 TLA를 생성할 수 있다.
RES (예약됨)	8	예약됨: 향후에 사용하기 위해 8비트는 예약해두고 0으로 설정한다. TLA ID와 NLA ID 사이에 8 비트를 사용하지 않고 남겨 두어 필요할 때 TLA ID나 NLA ID 필드를 확장할 수 있게 한다.
NLA ID (차순위 집합자 ID)	24	차순위 집합자 식별자: 각 TLA는 고객에게 주소 블록을 할당할 수 있는 24비트 필드를 가진다. NLA ID는 각 TLA ID마다 고유하다. 24비트의 사용은 TLA 기관의 재량에 따른다.

• 전역 라우팅 접두사의 계층 분할 예

필드명	크기 (바이트)	설명
(유니캐스트 지정자)	3	모든 유니캐스트 주소는 001로 시작한다. 여기에는 특별한 이름이 없다(주로 포맷 접두사라고 부른다).
계층 1 ID	10	계층 1 식별자: 가장 높은 계층을 나타내는 식별자. 가장 큰 인터넷 기관이 가지는 전역 구조에서 가장 큰 주소 블록을 할당할 때 사용한다. 계층 1 기관의 수는 210이나 1,024개이다.
계층 2 ID	12	계층 2 식별자: 계층 1 기관이 할당받은 블록은 12비트를 사용하여 4,096 주소 블록으로 나누어 낮은 계층 기관에게 나누어 줄 수 있다.
계층 3 ID	23	계층 3 식별자: 계층 2 기관은 자신의 주소 블록을 23비트를 사용하여 나눈다. 그러므로 8백만 개가 넘는 /48 주소 블록을 생성하여 사용자에게 할당할 수 있다. 또는 계층 2 기관의 고객 성향에 맞추어 계층을 더 많이 만들 수도 있다.

IPv6 인터페이스 식별자와 물리 주소 매핑
IPv6 유니캐스트 주소의 마지막 64비트는 인터페이스 ID를 나타내는데 수정 EUI-64라고 하는 특별한 포맷을 가진다. 이더넷 네트워크 인터페이스 카드 등의 장비에 부여된 48비트 MAC 주소를 가지고 인터페이스 ID를 간단히 만들 수 있다. 네트워크 접두사(라우팅 접두사와 서브넷 ID)를 앞에 붙여 장비를 위한 IPv6 주소를 결정한다.

특별한 IPv6 주소: 예약, 사설, 미지정, 루프백

• 특별 주소 유형
• 예약 주소
• IETF의 현재와 미래의 다양한 목적을 위해 예약된 공간
• 0000 0000으로 시작하는 주소 공간의 꼭대기 부분
• 사설/미등록/라우팅 불가 주소
• 처음 9비트가 "1111 1110 1"
• 루프백 주소
• 단 하나의 루프백 주소 "::1"
• 미지정 주소
• 호스트 자신을 가리키는 주소 "::"
• IPv6 사설 주소 유형 범위
• 사이트 로컬 주소
• 1111 1110 11로 시작하는 10비트
• 링크 로컬 주소
• 1111 1110 10로 시작하는 10비트

IPv4 주소 내장

• IPv6 장비로 만들어진 두 네트워크가 IPv4로 연결되어 있다면 터널링을 사용하여 두 IPv6 네트워크를 연결시킬 수 있다.

• IPv4 호환 IPv6 주소
• IPv6 기능을 가지는 장비를 위한 특별한 주소
• 96개의 0 뒤에 IPv4 주소
• 예) ::101.45.75.219
• IPv6 매핑된 IPv4 주소
• 일반적인 IPv4 주소를 IPv6 주소 공간에 매핑할 때 사용
• 오로지 IPv4만을 지원하는 장비를 위해 사용하는 주소
• 80개의 0 뒤에 16개의 1 뒤에 IPv4 주소
• 예) ::FFFF:222.1.41.90

IPv6 멀티캐스트와 애니캐스트 주소지정

• 기본 주소 유형에서 브로트캐스트는 사라짐, 멀티캐스트 지원 강화, 애니캐스트

• IPv6 멀티캐스트 주소
• 한 데이터그램을 그룹 수신자 모두에게 한꺼번에 전송할 수 있다.
• 1111 1111로 시작하는 주소는 모두 멀티캐스트 주소
• 즉 FF 로 시작하면 멀티캐스트 주소

*IPv6 멀티캐스트 주소 포맷

필드명	크기 (바이트)	설명
(지정자)	8	처음 8비트는 항상 1111 1111로, 이것이 멀티캐스트 주소라는 것을 알린다. 이 필드는 포맷 접두사로 불리었으나 이제는 이것을 가리키는 특별한 이름이 없다.
플래그	4	멀티캐스트 주소의 특성을 알리기 위한 플래그로 사용하는 4비트이다. 현재는 처음 3비트는 사용되지 않으므로 0으로 설정한다. 4번째 비트는 임시(T, Transient) 플래그이다. T 플래그가 0이면 멀티캐스트 주소를 영구적으로 할당하거나 잘 알려진 멀티캐스트 주소라는 뜻이다. 1이라면 임시로 사용하는 멀티캐스트 주소라는 뜻이다.
범위 ID	4	멀티캐스트의 범위를 정의하기 위해 4비트를 사용한다. 0에서부터 15까지의 16개의 범위를 정의할 수 있다. 범위 ID로 전체 인터넷에 대한 멀티캐스트 주소를 만들 수도 있고, 특정 기관, 사이트, 링크와 같이 작은 범위로 한정 지을 수도 있다. 기본값은 다음과 같다(10진수) 0 = 예약됨 1 = 노드 로컬 2 = 링크 로컬 5 = 사이트 로컬 8 = 기관 로컬 14 = 전역 15 = 예약됨
그룹 ID	112	각 영역 계층에 속하는 특정 그룹을 지칭한다.

• 멀티캐스트 범위

• 잘 알려진 멀티캐스트 주소
• 임시(T, Transient) 플래그는 잘 알려진 주소들과 달리 일반적인 형태로 사용할 수 있는 멀티캐스트 주소라는 표식이다
• '모든 노드'와 '모든 라우터' 멀티캐스트 주소는 결국 IPv4의 브로드 캐스트 기능과 동일
• 요청 노드 멀티캐스트 주소
• 일반적인 멀티캐스트 주소 외에 각 유니캐스트 주소는 요청 노드 주소(solicited-node address)라 불리는 특별한 멀티캐스트 주소를 가진다
• IPv6 ND 프로토콜에서 사용한다

* 중요한 IPv6 유명 멀티캐스트 주소

멀티캐스트 주소 패턴	유효 범위 값 (10진수)	지향 범위	설명
FF0x:0:0:0:0:0:0	0에서 15	예약됨	112비트 그룹 ID가 모두 0인 멀티캐스트 주소는 모두 예약되어있다.
FF0x:0:0:0:0:0:1	1, 2	모든 노드	그룹 ID가 1이면 모든 노드에게 멀티캐스트 한다. 노드 로컬(FF01:0:0:0:0:0:1)이나 링크 로컬(FF02:0:0:0:0:0:1)로 멀티캐스트하는 주소가 여기에 속한다.
FF0x:0:0:0:0:0:2	1, 2, 5	모든 라우터	그룹 ID가 2이면 수신자 영역으로 결정된 곳에 있는 모든 라우터에게 전달한다. 노드 로컬, 링크 로컬, 사이트 로컬 영역을 사용할 수 있다.

• IPv6 애니캐스트 주소
• "데이터를 그룹 멤버 중 가장 가까운 멤버에게 보내시오" 의미
• 하나 이상의 인터페이스에 같은 유니캐스트 주소를 할당할 때 자동적으로 애니캐스트 주소가 된다

IPv6 자동 구성과 주소 재지정

• IPv6 네트워크에 있는 장비가 독립적으로 스스로를 구성할 수 있도록 하는 기능은 IPv6에서 가장 흥미롭고 앞으로 가치가 있는 기능이다.

• IPv6 상태 비유지형 자동 구성
• 실행 단계
1. 링크 로컬 주소 생성
2. 링크 로컬 주소 고유성 검사
3. 링크 로컬 주소 할당
4. 라우터 접촉
5. 라우터 지시
6. 전역 주소 구성
• IPv6는 상태 비유지형 주소 자동 구성이라는 놀라운 기능을 사용하여 장비의 계층 2 주소를 가지고 특별한 과정을 거쳐 자신만의 IPv6 주소를 장비 스스로 생성할 수 있게 한다.
• IPv6 장비 주소 재지정
• IP 주소를 일정 시간 대여하는 방식