9. IP 주소는 무엇이며, 어떤 기능을 하고 있나요?

[KIMSEI1124]

• IPv6는 IPv4의 주소 고갈 문제를 해결하기 위해 만들어졌지만, 아직도 수많은 기기가 IPv4를 사용하고 있습니다. 고갈 문제를 어떻게 해결할 수 있을까요?
• IPv4와 IPv6의 차이에 대해 설명해 주세요.
• 수많은 사람들이 유동 IP를 사용하고 있지만, 수많은 공유기에서는 고정 주소를 제공하는 기능이 이미 존재합니다. 어떻게 가능한 걸까요?
• IPv4를 사용하는 장비와 IPv6를 사용하는 같은 네트워크 내에서 통신이 가능한가요? 가능하다면 어떤 방법을 사용하나요?
• IP가 송신자와 수신자를 정확하게 전송되는 것을 보장해 주나요?
• IPv4에서 수행하는 Checksum과 TCP에서 수행하는 Checksum은 어떤 차이가 있나요?
• TTL(Hop Limit)이란 무엇인가요?
• IP 주소와 MAC 주소의 차이에 대해 설명해 주세요.

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참고 자료 : 토스페이먼츠 - IP 주소

IP(Internat Protocol) 주소란 인터넷에 연결된 기기를 식별하는 값을 뜻합니다.
IP주소는 인터넷 통신을 가능하게 하는 국제 표준 규약입니다.

IP 주소의 역할

IP 주소는 통신을 가능하게 하는 필수 요소입니다. IP 주소는 각 기계의 고유 주소로 인터넷 통신 과정에서 데이터 패킷의 수신, 발신 호스트를 식별하는 역할을 합니다. 라우팅 과정에서 IP 주소를 기반으로 네트워크 경로를 선택합니다.

IP 주소 버전

IPv4는 32bit의 주소 체계를 가지고 있어서 약 42억 개의 고유 주소를 발급할 수 있습니다.
IPv6는 128bit의 주소 체계를 가지고 있어서 약 3x10^38개의 주소를 확보할 수 있습니다.

아직까지는 인프라 구축 및 마이그레이션 비용으로 IPv4 체계를 사용하는 기계가 많지만, 점진적으로 IPv6를 더 많이 사용할 것 입니다.

9.1. IPv6는 IPv4의 주소 고갈 문제를 해결하기 위해 만들어졌지만, 아직도 수많은 기기가 IPv4를 사용하고 있습니다. 고갈 문제를 어떻게 해결할 수 있을까요?

참고 자료: IP(IPv4, IPv6), NAT

NAT(Network Address Translation) - 네트워크 주소 변환

IPv4의 고갈 문제를 해결하기 위해서 등장한 기술이 바로 NAT입니다.
출발지 및 목적지 IP 주소와 TCP/UDP 포트 번호 등을 바꿔 재기록하며 데이터를 주고 받는 방법입니다.

사용 이유

1. IP 주소 절약
   • NAT 기술을 사용하면 하나의 공인 IP로 여러 대의 호스트가 인터넷이 접속할 수 있습니다.
   • IPv4의 주소 고갈을 어느정도 해결합니다.
2. 보안
   • NAT 기술의 특성 상 IP 주소를 숨길 수 있습니다.
   • 외부에서 라우터 내부의 사설 IP를 알 수 없기 때문에 공격당할 확률이 낮습니다.

동작 원리

1. HOST -> Gateway
   • 패킷 헤더에 출발지와 목적지 주소를 기록한다.
2. Gateway -> Server
   • 게이트웨이 외부로 나가는 패킷은 인식하면 출발지를 자신의 IP인 공인 IP 주소로 변환한다.
   • 이 때 별도의 NAT 테이블에 정보를 보관한다.
3. Server -> Gateway
   • 서버는 응답할 때 목적지 주소에 게이트웨이의 공인 IP 주소를 기록하여 전송한다.
4. Gateway -> Host
   • NAT 테이블을 참조하여 최종 목적지인 호스트 사설 IP에 전달한다.

9.2. IPv4와 IPv6의 차이에 대해 설명해 주세요.

특성	IPv4	IPv6
주소 체계	32비트 주소 체계 (약 43억 개 주소)	128비트 주소 체계 (사실상 무한대 주소)
표기법	점-십진법 (예: 192.168.0.1)	콜론-16진법 (예: 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334)
헤더 복잡성	20~60바이트 가변 크기	고정된 40바이트, 단순한 설계
주소 할당	DHCP를 주로 사용	SLAAC 및 DHCPv6 사용
NAT	널리 사용됨	필요성 감소
보안	선택적 IPsec	기본 포함된 IPsec
호환성	기존 인프라 대부분이 IPv4 기반	이중 스택 또는 터널링으로 상호 운용

9.3. 수많은 사람들이 유동 IP를 사용하고 있지만, 수많은 공유기에서는 고정 주소를 제공하는 기능이 이미 존재합니다. 어떻게 가능한 걸까요?

추가 필요

9.4. IPv4를 사용하는 장비와 IPv6를 사용하는 같은 네트워크 내에서 통신이 가능한가요? 가능하다면 어떤 방법을 사용하나요?

참고 자료: [[프로토콜 헤더 IPv4 / IPv6 전환 기술](https://jennana.tistory.com/9#IPv4 %2F IPv6 전환 기술-1)

듀얼 스택 (Dual Stack)

하나의 장비에서 IPv4와 IPv6 모두 지원, 동시 처리 가능하도록하는 기술입니다.
단, IPv4 주소가 필요하게되어 주소 부족 문제에는 별 도움이 안됩니다.

동작 우선순위 결정은 상대 목적지의 주소의 형식에 따라 달라지며 두 주소 모두 갖을 경우 클라이언트측의 운영체제가 갖는 우선순위에 따라 결정됩니다.

터널링 ( Tunneling )

2개의 IPv6 호스트 사이에 IPv4 망이 있을 경우에, IPv6 패킷을 IPv4 패킷 속에 캡슐화하여 사용하는 기술

• 호스트와 라우터 간의 터널은 자동으로 설정
• 라우터 간의 터널은 수동으로 설정
• IPv6 패킷은 그 영역에 들어갈때 IPv4 패킷 내에 캡슐화, 그 영역을 나올 때 역캡슐화

헤더 변환 ( Translation )

IPv6시스템이 IPv4수신자가 이해할 수 있는, 또는 그 반대로 헤더 변환하는 기술

9.5. IP가 송신자와 수신자를 정확하게 전송되는 것을 보장해 주나요?

참고 자료: IP(Internet Protocol)

IP는 간단한 오류 검사 기능만 있어 신뢰성이 보장되지 않는 비연결성 데이터그램 프로토콜입니다.
즉, IP는 패킷을 수신지까지 최선을 다해 전송하지만, 전송 완료까지는 보장하지 않습니다.

이를 보장하기 위해서는 TCP와 함께 사용하여 신뢰성을 보장해야합니다.

9.6. IPv4에서 수행하는 Checksum과 TCP에서 수행하는 Checksum은 어떤 차이가 있나요?

특성	IPv4 Checksum	TCP Checksum
목적	IP 헤더의 무결성 확인	TCP 세그먼트의 무결성 확인
계산 범위	IP 헤더 전체	TCP 헤더, 데이터, 가상 IP 헤더 포함
위치	IP 헤더의 Header Checksum 필드	TCP 헤더의 Checksum 필드
재계산 시점	각 라우터를 지날 때마다 재계산	세그먼트가 송신될 때 한 번 계산
특징	데이터 부분은 체크섬에 포함하지 않음	데이터 부분도 체크섬에 포함

9.7. TTL(Hop Limit)이란 무엇인가요?

참고 자료: TTL이 뭔지 알아보자.

패킷이 무한으로 순환하는 것을 막아주는 역할

IPv4에서는 TTL(Time to live)라고 정의하며 IPv6에서는 홉 제한(Hop limit)이라고 합니다.
패킷이 버려지기 전에 허용되는 홉의 수에 대한 제한을 규정합니다.

네트워크 장비를 거칠 때 마다 값이 1씩 감소하며 TTL값이 0이 된다면 알아서 패킷이 드랍됩니다.

⭐ INFO

Hop은 컴퓨터 네트워크에서 출발지와 목적지 사이에 위치한 경로의 한 부분

위키백과

9.8. IP 주소와 MAC 주소의 차이에 대해 설명해 주세요.

IP 주소는 네트워크 상에서 단말을 구분하기 위해 부여된 논리적 주소이며, MAC주소는 NIC에 부여된 고유한 물리적 주소입니다.