IP 주소 체계

IPv4는 IP 주소 체계의 네 번째 버전을 의미하며, 현재 가장 널리 사용되는 인터넷 프로토콜이다. 32비트 길이의 주소를 사용하며, 일반적으로 점으로 구분된 네 개의 10진수(0~255)로 표현된다. 예를 들어 192.168.0.1과 같은 형태이다. 이 체계는 이론상 약 43억 개(2^32)의 고유한 주소를 제공할 수 있다.

주소 공간은 효율적인 할당을 위해 초기에는 클래스풀 주소 체계로 구분되었다. 이는 주소의 첫 옥텟(첫 번째 8비트)의 값 범위에 따라 클래스 A, 클래스 B, 클래스 C 등으로 나누어 네트워크 규모에 맞게 할당하는 방식이었다. 그러나 이 방식은 주소 블록의 낭비를 초래하는 경직성을 보였다.

IPv4의 주요 특징은 다음과 같다.

초기 설계 당시에는 인터넷의 급격한 확장과 IoT와 같은 새로운 기술의 등장을 예측하지 못했기 때문에, 1990년대부터 IPv4 주소 고갈 문제가 대두되기 시작했다. 이 문제를 완화하기 위해 NAT와 사설 IP 주소 체계가 도입되었으며, 궁극적인 해결책으로 128비트 주소를 사용하는 IPv6가 개발되었다. 그러나 여전히 대부분의 네트워크 인프라는 IPv4를 기반으로 운영되고 있다.

IPv6는 IP 주소 체계의 6번째 버전으로, IPv4의 주소 고갈 문제를 근본적으로 해결하기 위해 설계되었다. 128비트 주소 체계를 사용하여 약 3.4×10³⁸개(340언데실리언)의 거의 무한에 가까운 주소를 제공한다. 이는 지구상의 모든 모래알 개수보다 많은 양으로, 각각의 전자기기에 고유한 주소를 할당하는 사물인터넷 시대의 핵심 인프라가 된다.

주소 표현 방식은 16비트씩 8개의 그룹으로 나누어 16진수로 표기한다. 각 그룹은 콜론(:)으로 구분하며, 연속된 0의 그룹은 '::'로 한 번만 생략할 수 있다. 예를 들어, '2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334'는 '2001:db8:85a3::8a2e:370:7334'로 축약하여 표현할 수 있다[1].

IPv6는 단순히 주소 공간을 확장한 것을 넘어 여러 기술적 개선을 포함한다. 자동 구성 기능이 강화되어 DHCP 서버 없이도 네트워크 접두사를 이용해 호스트가 자체적으로 주소를 생성할 수 있다. 헤더 구조가 단순화되어 라우터의 처리 효율이 높아졌으며, IPsec을 통한 보안 기능이 기본 사양에 포함되었다. 또한, 멀티미디어 전송에 유리한 멀티캐스트와 애니캐스트 기능이 본격적으로 지원된다.

IPv6의 보급은 점차 확대되고 있으나, 여전히 대부분의 네트워크는 IPv4와 공존하는 이중 스택 방식으로 운영된다. 완전한 전환을 위해서는 네트워크 장비, 운영체제, 응용 프로그램의 전면적인 지원이 필요하다.

초기 IPv4 주소 체계는 사용 용도와 규모에 따라 주소를 효율적으로 분배하기 위해 클래스라는 개념을 도입했다. 이 체계는 주소의 첫 번째 옥텟(첫 8비트)의 값 범위에 따라 다섯 개의 클래스(A, B, C, D, E)로 구분했다.

각 클래스는 고정된 네트워크 ID와 호스트 ID의 길이를 가지며, 지원하는 네트워크 수와 호스트 수가 달랐다. 주요 클래스의 특징은 다음과 같다.

클래스 A는 최대 126개의 네트워크가 각각 약 1670만 개의 호스트를 가질 수 있어 국가나 초대형 기업에 할당되었다. 클래스 B는 약 1만 6천 개의 네트워크가 각각 6만 5천여 개의 호스트를, 클래스 C는 약 209만 개의 네트워크가 각각 254개의 호스트를 지원했다. 클래스 D는 멀티캐스트 통신을 위한 주소 범위로, 단일 호스트가 아닌 그룹을 지정한다. 클래스 E는 미래의 사용이나 실험을 위해 예약된 주소 공간이었다.

이 클래스풀 체계는 주소 공간의 낭비를 초래하는 주요 원인이 되었다. 중규모 조직에 클래스 B를 할당하면 6만 5천 개의 주소 중 상당 부분이 사용되지 않고 남는 반면, 클래스 C는 너무 작아 여러 개를 할당받아야 해서 라우팅 테이블이 비효율적으로 커지는 문제가 발생했다. 이러한 비효율성은 CIDR 체계의 도입으로 이어졌다.

초기 IPv4 주소 체계는 네트워크 규모에 따라 클래스 A, 클래스 B, 클래스 C 등으로 엄격하게 구분하는 클래스풀 방식을 채택했다. 이 방식은 주소 공간을 비효율적으로 사용하게 만드는 근본적인 한계를 지녔다. 예를 들어, 중간 규모의 조직에 클래스 B 네트워크(약 6만 5천 개의 호스트 주소)를 할당하면, 실제 필요한 호스트 수가 훨씬 적더라도 나머지 수만 개의 주소가 낭비되었다. 반대로 클래스 C 네트워크(254개 호스트)는 너무 작아 많은 조직의 요구를 충족시키지 못했다.

이로 인해 라우팅 테이블이 비효율적으로 팽창하는 문제가 발생했다. 인터넷의 성장으로 수많은 클래스 B와 C 네트워크가 생성되자, 각 라우터는 이 모든 개별 네트워크 경로를 저장하고 관리해야 했다. 이는 라우팅 성능 저하와 장비 부하 증가로 이어졌다. 또한, 주소 할당의 유연성이 부족해 네트워크를 세분화하거나 통합하는 데 어려움이 있었다.

클래스풀 체계의 가장 큰 문제는 주소 공간의 급속한 고갈을 촉진했다는 점이다. 낭비되는 주소 블록이 대규모로 누적되면서, IPv4의 43억 개라는 유한한 주소 자원이 예상보다 훨씬 빠르게 소진되는 결과를 초래했다. 이 한계를 극복하기 위해 등장한 새로운 체계가 바로 CIDR(Classless Inter-Domain Routing)이다.

서브넷 마스크는 IP 주소의 어느 부분이 네트워크 ID를 나타내고 어느 부분이 호스트 ID를 나타내는지를 정의하는 32비트 숫자이다. 전통적인 클래스풀 주소 체계에서는 클래스에 따라 고정된 마스크(A 클래스: 255.0.0.0, B 클래스: 255.255.0.0, C 클래스: 255.255.255.0)를 사용했지만, CIDR에서는 네트워크 크기에 따라 유연하게 마스크 길이를 조정할 수 있다. 서브넷 마스크는 IP 주소와 마찬가지로 닷티드 데시멀 표기법(예: 255.255.255.0)으로 표현한다.

프리픽스 표기법은 서브넷 마스크를 더 간결하게 나타내는 방법이다. 슬래시(/) 뒤에 네트워크 ID를 나타내는 비트 수를 적는다. 예를 들어, 서브넷 마스크 255.255.255.0은 네트워크 부분이 앞의 24비트이므로 프리픽스 표기로 /24가 된다. 이 표기법은 CIDR 블록을 명시할 때 널리 사용된다.

프리픽스 길이를 이용하면 하나의 큰 네트워크를 여러 개의 작은 서브네트워크로 분할(서브네팅)하거나, 반대로 여러 네트워크를 하나의 큰 블록으로 통합(슈퍼네팅)하는 작업을 쉽게 표현하고 계산할 수 있다. 이는 라우팅 테이블의 효율성을 높이고 IPv4 주소 고갈 문제를 완화하는 데 기여한다.

CIDR(Classless Inter-Domain Routing)는 기존 클래스풀 주소 체계의 비효율성을 해결하고 여러 중요한 장점을 제공한다.

첫째, 주소 공간의 효율적 할당과 낮은 낭비율을 가능하게 한다. 클래스풀 방식은 고정된 클래스(A, B, C)에 따라 네트워크 크기를 강제하여, 중간 규모의 조직에게는 클래스 B(약 6만 5천 개 호스트)는 너무 크고 클래스 C(254개 호스트)는 너무 작은 상황이 빈번히 발생했다. CIDR은 서브넷 마스크와 프리픽스 표기법(예: /24)을 통해 네트워크와 호스트의 경계를 유연하게 정의할 수 있어, 조직의 실제 규모에 맞춰 정확한 수의 IP 주소를 할당할 수 있다. 이로 인해 사용되지 않고 낭비되는 주소 공간이 크게 줄어들었다.

둘째, 라우팅 테이블의 크기를 효과적으로 축소하여 라우터의 부하를 감소시킨다. CIDR은 연속된 여러 네트워크를 하나의 큰 블록으로 묶어 통합하여 광고할 수 있는 라우팅 경로 합산(Route Aggregation 또는 Supernetting)을 지원한다. 예를 들어, 인접한 8개의 /24 네트워크(각각 256개 주소)는 하나의 /21 네트워크(2048개 주소)로 합쳐져 라우팅 테이블에 하나의 엔트리만 기록된다. 이는 인터넷 백본 라우터가 처리해야 하는 경로 정보의 양을 극적으로 줄여 네트워크 성능과 확장성을 향상시켰다.

결과적으로 CIDR은 1990년대 초반의 급격한 인터넷 성장기에 IPv4 주소 고갈 문제를 완화하고 라우팅 인프라가 붕괴되는 것을 방지하는 데 결정적인 역할을 했다. 이는 기존 클래스 기반 시스템에 비해 훨씬 더 세분화되고 논리적인 주소 관리를 가능하게 한 근본적인 개선이었다.

공인 IP 주소는 인터넷 상에서 전 세계적으로 고유하게 식별되는 주소이다. IANA와 같은 국제 기관이 관리하며, 인터넷 서비스 제공자를 통해 사용자에게 할당된다. 이 주소는 인터넷에 직접 연결된 모든 장치에 필요하며, 다른 장치와 통신하기 위한 실제 주소 역할을 한다.

반면, 사설 IP 주소는 특정 로컬 네트워크 내부에서만 사용되도록 예약된 주소 대역이다. 이 주소는 인터넷 상에서 라우팅되지 않으며, 서로 다른 사설 네트워크에서 동일한 주소를 재사용할 수 있다. 주로 RFC 1918에서 정의된 다음 대역이 사용된다.

사설 IP 주소를 사용하는 내부 네트워크 장치가 인터넷과 통신하려면 네트워크 주소 변환 기술이 필요하다. NAT는 라우터나 게이트웨이에서 사설 IP를 하나의 공인 IP로 변환하여 외부와의 통신을 가능하게 한다. 이 방식은 공인 IP 주소의 수요를 크게 줄여 IPv4 주소 고갈 문제를 완화하는 핵심 메커니즘이다.

공인 IP와 사설 IP의 구분은 네트워크 설계의 기본이 된다. 공인 IP는 글로벌 라우팅을 위해, 사설 IP는 내부 네트워크의 확장성과 보안을 위해 사용된다. 대부분의 가정이나 기업 네트워크는 소수의 공인 IP와 다수의 사설 IP를 조합하여 구성된다.

고정 IP 주소는 특정 네트워크 장치에 영구적으로 할당된 주소이다. 이 주소는 장치가 재부팅되거나 네트워크에 재접속하더라도 변경되지 않는다. 주로 서버, 라우터, 네트워크 프린터 등 항상 동일한 주소로 접근해야 하는 중요 장치에 사용된다. 고정 IP를 사용하면 DNS 서버 관리가 용이하고, 원격 접속이 안정적이며, 특정 서비스에 대한 접근 제어를 설정하기 쉽다는 장점이 있다. 그러나 각 장치마다 수동으로 주소를 구성해야 하므로 관리 부담이 크고, 사용하지 않는 주소가 낭비될 수 있다.

동적 IP 주소는 DHCP 서버로부터 임시로 임대받는 주소이다. 장치가 네트워크에 접속할 때마다 사용 가능한 주소 풀에서 자동으로 할당되며, 임대 기간이 지나면 반납되고 새 주소를 받을 수 있다. 일반적인 가정이나 사무실 네트워크, 공용 Wi-Fi에서 대부분의 클라이언트 장치(개인 컴퓨터, 스마트폰 등)가 이 방식을 사용한다. 동적 할당은 IP 주소를 효율적으로 재활용할 수 있어 주소 공간 절약에 도움이 되며, 사용자의 네트워크 설정을 간소화한다. 단, 장치의 IP 주소가 주기적으로 변경될 수 있어 항상 동일한 주소로 접근해야 하는 서비스 운영에는 부적합하다.

다음 표는 두 할당 방식의 주요 특징을 비교한 것이다.

현대 네트워크에서는 두 방식을 혼합하여 사용한다. 네트워크 인프라 장비와 주요 서버에는 고정 IP를 할당하여 안정성을 확보하고, 다수의 클라이언트 장치에는 동적 IP를 할당하여 운영 효율성을 높이는 것이 일반적이다.

IP 주소는 통신 대상을 식별하는 주소일 뿐만 아니라, 패킷이 전달되는 방식을 결정하는 데에도 사용된다. 이에 따라 유니캐스트, 브로드캐스트, 멀티캐스트라는 세 가지 주요 통신 유형으로 구분된다. 각 유형은 네트워크 상에서 데이터가 전송되는 범위와 목적지의 수에 따라 차이를 보인다.

가장 일반적인 통신 방식은 유니캐스트이다. 유니캐스트는 하나의 송신자가 하나의 수신자를 명확히 지정하여 데이터를 전송하는 일대일 통신이다. 예를 들어, 웹 브라우저에서 특정 서버에 접속하거나 이메일을 한 명에게 보내는 경우가 이에 해당한다. 이때 사용되는 IP 주소는 특정 단일 호스트를 가리키는 유니캐스트 주소이다. 반면, 브로드캐스트는 동일한 네트워크 세그먼트 내의 모든 호스트에게 데이터를 일괄 전송하는 일대-모든 통신 방식이다. 주로 ARP 프로토콜처럼 네트워크 상의 특정 호스트를 찾거나, 서비스 발견을 위해 사용된다. IPv4에서 브로드캐스트 주소는 호스트 ID 부분의 모든 비트가 1로 설정된 주소이다(예: 192.168.1.255). 브로드캐스트 트래픽은 라우터에 의해 차단되므로 일반적으로 자신이 속한 로컬 네트워크 범위로 제한된다.

멀티캐스트는 하나의 송신자가 특정 그룹에 가입한 여러 수신자들에게만 데이터를 전송하는 일대-다수 통신이다. 이는 불특정 다수에게 보내는 브로드캐스트와 달리, 사전에 정의된 그룹 내의 구성원들만이 데이터를 수신한다. IPv4에서는 클래스 D 주소 범위(224.0.0.0 ~ 239.255.255.255)가 멀티캐스트용으로 할당되어 있다. 멀티캐스트는 실시간 동영상 스트리밍, 온라인 회의, 주식 시세 배포 등 동일한 데이터를 동시에 많은 사용자에게 효율적으로 전달해야 하는 서비스에 적합하다. 네트워크 장비는 멀티캐스트 그룹 관리 프로토콜을 사용하여 그룹 가입자를 관리하고, 트래픽을 필요한 경로로만 전송한다.

IP 주소의 체계적인 할당과 관리는 전 세계적으로 계층적인 구조를 통해 이루어진다. 최상위 기관인 IANA(Internet Assigned Numbers Authority)는 전 세계의 IP 주소 자원을 총괄 관리한다. IANA는 ICANN의 한 부서로 운영되며, IPv4 주소 블록과 IPv6 주소 블록, 그리고 자율 시스템 번호 등의 주요 인터넷 번호 자원을 관리한다. IANA는 이러한 자원을 지역별로 대규모 블록 단위로 RIR(Regional Internet Registry)에 할당하는 역할을 담당한다[5].

전 세계는 총 5개의 RIR이 담당하는 지역으로 나뉘며, 각 RIR은 해당 지역의 IP 주소 자원을 관리하고 할당한다. 주요 RIR과 그 관할 지역은 다음과 같다.

RIR은 다시 LIR(Local Internet Registry) 또는 ISP(인터넷 서비스 제공자)에게 더 작은 블록의 IP 주소를 할당한다. LIR은 일반적으로 최종 사용자인 기업, 정부 기관, 교육 기관 등에 IP 주소를 제공하는 조직이다. 이와 같은 IANA → RIR → LIR/ISP → 최종 사용자로 이어지는 계층적 할당 구조는 IP 주소 자원의 효율적이고 공정한 분배를 가능하게 한다.

IP 주소는 네트워크 상에서 장치를 식별하는 논리적 주소이다. 이 주소는 크게 두 부분으로 구성되는데, 바로 네트워크 ID와 호스트 ID이다. 네트워크 ID는 해당 장치가 속한 네트워크 자체를 식별하는 부분이며, 호스트 ID는 그 네트워크 내에서 개별 장치를 식별하는 부분이다. 이 구분은 패킷이 올바른 목적지 네트워크로 라우팅된 후, 최종적으로 특정 장치에 도달할 수 있게 하는 기반이 된다.

네트워크 ID와 호스트 ID의 경계는 고정되어 있지 않다. 초기의 클래스풀 주소 체계에서는 IP 주소의 첫 옥텟(첫 8비트)의 값에 따라 클래스 A, B, C 등으로 구분하며, 각 클래스마다 네트워크 ID와 호스트 ID의 길이가 미리 정해져 있었다. 예를 들어, 클래스 C 네트워크(예: 192.168.1.0)에서는 앞의 24비트가 네트워크 ID, 나머지 8비트가 호스트 ID로 사용되었다. 그러나 이 방식은 주소 공간의 비효율적 사용을 초래했다.

이러한 비효율성을 해결하기 위해 등장한 것이 CIDR(Classless Inter-Domain Routing)이다. CIDR에서는 서브넷 마스크 또는 프리픽스 표기법(예: /24)을 사용하여 네트워크 ID와 호스트 ID의 경계를 유연하게 정의한다. 서브넷 마스크의 '1'로 표시된 비트는 네트워크 ID 부분을, '0'으로 표시된 비트는 호스트 ID 부분을 나타낸다. 이를 통해 하나의 큰 네트워크를 여러 개의 작은 서브네트워크(서브넷)로 분할하거나, 반대로 여러 네트워크를 하나로 통합하여 라우팅 테이블을 간소화할 수 있다.

같은 네트워크 ID를 공유하는 모든 장치는 물리적으로 동일한 LAN(Local Area Network)에 위치하며, 라우터를 거치지 않고 직접 통신할 수 있다. 반면, 다른 네트워크 ID를 가진 장치와 통신하려면 라우터나 게이트웨이를 통해 패킷을 전달해야 한다.

루프백 주소는 네트워크 인터페이스를 거치지 않고, 컴퓨터 자신의 내부 네트워크 스택으로 데이터를 전송하는 데 사용되는 특수한 IP 주소이다. 이 주소로 전송된 데이터 패킷은 외부 네트워크로 나가지 않고, 운영 체제 내부에서 바로 되돌아온다. 가장 일반적으로 알려진 루프백 주소는 IPv4의 127.0.0.1이며, 전체 127.0.0.0/8 블록(127.0.0.0부터 127.255.255.255까지)이 루프백 용도로 예약되어 있다[7]. IPv6에서는 ::1이 단일 루프백 주소로 지정되어 있다.

루프백 주소의 주요 용도는 네트워크 서비스의 로컬 테스트와 시스템 내부 통신이다. 예를 들어, 개발자가 웹 서버 애플리케이션을 개발할 때, 자신의 컴퓨터에서 서버를 실행하고 웹 브라우저에 http://127.0.0.1을 입력하여 서비스가 정상적으로 동작하는지 확인할 수 있다. 이는 실제 네트워크 연결이나 물리적 네트워크 인터페이스 카드의 상태와 무관하게 소프트웨어의 기능을 검증할 수 있게 해준다.

이 주소는 네트워크가 구성되어 있지 않은 상태나 네트워크 어댑터에 장애가 발생한 상황에서도 항상 사용 가능하다는 특징을 가진다. 따라서 운영 체제나 네트워크 애플리케이션의 기본 기능 검증, 호스트 이름 확인을 위한 DNS 조회 테스트(예: localhost 이름 확인), 그리고 동일 시스템 내에서 실행 중인 프로세스 간의 통신(IPC) 채널로도 널리 활용된다.

APIPA는 자동 사설 IP 주소 지정(Automatic Private IP Addressing)의 약자이다. 이는 마이크로소프트의 윈도우 98과 윈도우 ME에서 처음 도입된 기술로, 이후 다른 운영체제에도 유사한 기능이 채택되었다. APIPA의 핵심 목적은 DHCP 서버로부터 IP 주소를 할당받지 못한 호스트가 자동으로 임시 사설 IP 주소를 구성하여 제한된 네트워크 통신을 가능하게 하는 것이다.

APIPA가 동작하는 주소 대역은 169.254.0.0/16이다. 호스트는 DHCP 서버에 주소를 요청한 후 응답을 받지 못하면, 이 대역에서 임의의 주소(일반적으로 169.254.1.0부터 169.254.254.255 사이)를 선택한다. 선택하기 전에 같은 네트워크 세그먼트 내 다른 장치가 이미 해당 주소를 사용 중인지 확인하는 ARP 프로브를 보내 충돌을 방지한다. 이렇게 할당된 주소는 사설 IP 주소 범위에 속하며, 인터넷으로의 라우팅이 불가능하다.

이 기술은 주로 소규모 가정이나 사무실 네트워크에서 DHCP 서버 장애나 설정 오류 시 사용자가 기본적인 파일 공유나 프린터 공유와 같은 로컬 통신을 일시적으로 유지할 수 있게 한다. 그러나 라우터를 통한 외부 네트워크 접속은 불가능하며, 이는 네트워크 문제가 DHCP 관련임을 나타내는 명확한 지표가 되기도 한다. 문제 해결 후 호스트는 일반적으로 재시작하거나 ipconfig /renew(윈도우) 같은 명령을 통해 DHCP 서버로부터 정상적인 주소를 다시 받아온다.

기본 게이트웨이 주소는 로컬 네트워크를 벗어나 다른 네트워크, 특히 인터넷으로 데이터 패킷을 전송하기 위한 출구 지점을 지정하는 IP 주소이다. 일반적으로 라우터나 레이어 3 스위치와 같은 네트워크 장비의 인터페이스에 할당된다. 로컬 네트워크 내의 호스트가 목적지 IP 주소가 자신이 속한 네트워크 대역에 없을 경우, 해당 패킷을 기본 게이트웨이 주소로 향하게 한다. 이는 우편 시스템에서 지역 우체국에 해당하는 역할을 한다고 볼 수 있다.

기본 게이트웨이의 설정은 네트워크 통신에 필수적이다. 호스트는 자신의 서브넷 마스크를 사용하여 목적지 주소가 로컬 네트워크에 속하는지 판단한다. 로컬 네트워크에 속하지 않으면, 호스트는 ARP를 사용하여 목적지의 MAC 주소를 찾는 대신, 미리 설정된 기본 게이트웨이의 MAC 주소로 패킷을 전송한다. 이후 라우터는 받은 패킷의 최종 목적지를 확인하고, 자신의 라우팅 테이블을 참조하여 다음 홉으로 패킷을 전달하는 라우팅 작업을 수행한다.

일반적인 소규모 가정이나 사무실 네트워크에서는 하나의 기본 게이트웨이(예: 인터넷 공유기)만 설정하는 것이 일반적이다. 그러나 더 복잡한 네트워크 환경에서는 여러 개의 게이트웨이가 존재할 수 있으며, 운영체제는 정적 라우팅 설정이나 동적 라우팅 프로토콜을 통해 특정 목적지 네트워크에 대한 최적의 게이트웨이를 선택한다. 기본 게이트웨이 주소는 수동으로 설정하거나, DHCP 서버를 통해 자동으로 할당받을 수 있다.

기본 게이트웨이 장치에 장애가 발생하면, 해당 네트워크의 호스트들은 로컬 네트워크 내부 통신은 가능하지만 외부 네트워크와의 모든 연결이 끊기게 된다. 이는 네트워크 문제 해결 시 가장 먼저 점검해야 할 요소 중 하나이다.

IPv4 주소 고갈 현상은 32비트 주소 공간으로 약 43억 개(2^32)의 주소만을 제공하는 IPv4 체계의 한정된 자원이 실제 수요를 따라가지 못하면서 발생한 문제이다. 인터넷 사용자와 연결 장치의 폭발적 증가로 인해 사용 가능한 공인 IP 주소가 점차 소진되어 가는 상황을 의미한다.

주요 지역별 인터넷 레지스트리(RIR)들이 가용 주소 풀을 완전히 소진한 시점은 다음과 같다.

이러한 고갈은 초기 클래스풀 주소 체계의 비효율적인 할당 방식이 한 원인으로 지목된다. 대규모 조직에 클래스 A 주소 블록을 할당함으로써 수백만 개의 주소가 실제로 사용되지 않고 낭비되는 경우가 많았다. 이후 CIDR과 NAT 같은 기술이 등장하여 고갈 속도를 늦추는 데 기여했다. 특히 NAT는 하나의 공인 IP 주소 뒤에 여러 개의 사설 IP 주소를 사용하는 사설 네트워크를 구성할 수 있게 함으로써 공인 주소 수요를 크게 감소시켰다.

그러나 이러한 기술적 보완책은 근본적인 해결책이 아니었다. 장기적인 해결을 위해 128비트 주소 체계를 사용하여 거의 무한에 가까운 주소(약 3.4×10^38개)를 제공하는 IPv6 프로토콜의 표준화와 전환이 추진되었다. IPv4 주소 고갈은 인터넷 인프라의 지속 가능성을 위해 새로운 프로토콜로의 전환을 촉발하는 결정적 계기가 되었다.

IPv4 주소의 고갈이 예견되면서, 장기적인 해결책으로 개발된 IPv6는 1998년에 표준으로 채택되었다[10]. 이 프로토콜은 128비트 주소 체계를 사용하여 약 3.4×10^38개의 거의 무한에 가까운 주소를 제공한다. 이는 지구상의 모든 모래알 개수보다 많은 양으로, 모든 장치에 고유 주소를 부여하는 사물인터넷 시대의 핵심 기반이 된다.

IPv6는 단순히 주소 공간을 확장하는 것을 넘어 여러 기술적 개선을 포함한다. 주소 자동 구성(SLAAC) 기능이 강화되어 장치가 네트워크에 쉽게 접속할 수 있으며, 헤더 구조가 단순화되어 라우터의 처리 효율이 높아졌다. 또한 IPsec 보안 프로토콜이 기본 사양에 포함되어 종단 간 보안을 보장한다.

초기 확산은 느렸으나, 2010년대 후반부터 급격히 가속화되었다. 주요 인터넷 서비스 제공자(ISP), 모바일 네트워크(특히 LTE와 5G), 그리고 구글, 페이스북 같은 글로벌 콘텐츠 제공자들이 IPv6를 대규모로 배포하기 시작했다. 지역별로는 북미와 유럽, 아시아 일부 국가에서의 채택률이 두드러진다.

완전한 전환을 위해서는 네트워크 인프라, 장치, 응용 프로그램 전반의 지원이 필요하다. 현재는 듀얼 스택, 터널링, 전환 기술 등을 활용한 점진적인 이행이 진행 중이다. 장기적으로는 IPv4와 IPv6가 공존하거나, 궁극적으로 IPv6 단일 스택 환경으로 전환될 것으로 예상된다.

DHCP는 호스트가 IP 주소와 그 외의 네트워크 구성 정보를 네트워크에서 자동으로 할당받을 수 있게 해주는 네트워크 프로토콜이다. 이 프로토콜의 주요 목적은 중앙에서 IP 주소를 관리하고, 사용자나 관리자의 수동 설정 없이 호스트에 유효한 네트워크 구성을 제공하여 관리 효율성을 높이는 것이다. DHCP 서버는 사전에 정의된 주소 풀에서 IP 주소를 임대하고, 임대 기간을 관리하며, 사용이 종료된 주소를 다시 풀로 회수한다.

DHCP의 동작 과정은 주로 네 단계의 메시지 교환으로 이루어진다. 이 과정을 DORA 프로세스라고 부른다.

DHCP를 통해 할당되는 정보는 IP 주소 외에도 서브넷 마스크, 기본 게이트웨이 주소, DNS 서버 주소 등을 포함한다. 이는 동적 IP 할당의 표준 메커니즘이 되었으며, 대규모 네트워크나 공용 Wi-Fi 네트워크에서 필수적으로 사용된다. 또한 DHCP는 임대 시간 개념을 도입하여 유휴 상태의 호스트가 주소를 점유하지 않도록 하여 IP 주소를 보다 효율적으로 활용할 수 있게 한다.

NAT(Network Address Translation)는 사설 IP 주소를 공인 IP 주소로 변환하거나 그 반대의 변환을 수행하는 기술이다. 주로 라우터나 방화벽과 같은 네트워크 장비에서 구현된다. 이 기술은 하나의 공인 IP 주소를 공유하여 여러 내부 장치가 인터넷에 접속할 수 있게 한다. NAT의 기본 동작 원리는 패킷이 네트워크 경계를 지날 때, 패킷 헤더의 IP 주소와 포트 번호를 실시간으로 변환하는 것이다.

NAT는 주로 다음과 같은 세 가지 방식으로 동작한다.

* 정적 NAT(Static NAT): 내부의 특정 사설 IP 주소를 미리 지정된 하나의 공인 IP 주소에 일대일로 매핑한다. 주로 내부 네트워크에 위치한 서버(예: 웹 서버, 메일 서버)를 외부에 공개해야 할 때 사용된다.

* 동적 NAT(Dynamic NAT): 사용 가능한 공인 IP 주소 풀에서 사용되지 않는 주소를 선택하여 내부 사설 IP 주소와 일시적으로 매핑한다. 연결이 종료되면 해당 공인 IP 주소는 풀로 반환되어 재사용된다.

* PAT(Port Address Translation) 또는 NAPT(Network Address Port Translation): 가장 일반적으로 사용되는 방식이다. 하나의 공인 IP 주소를 여러 사설 IP 주소가 공유하되, 각 연결을 구분하기 위해 고유한 포트 번호를 할당한다. 이로 인해 'IP 마스커레이딩(IP Masquerading)'이라고도 불린다.

NAT의 도입은 IPv4 주소 고갈 문제를 완화하는 데 결정적인 역할을 했다. 기업이나 가정 내부에서는 RFC 1918이 정의한 사설 IP 대역(예: 192.168.0.0/16)을 자유롭게 사용하고, 외부와의 통신 시에는 소수의 공인 IP 주소만을 사용함으로써 공인 주소의 소비를 극적으로 줄일 수 있었다. 또한, 내부 네트워크의 실제 IP 주소를 외부에 노출시키지 않아 보안적인 이점도 제공한다[12].

그러나 NAT는 엔드투엔드 연결성(End-to-End Connectivity)을 저해한다는 근본적인 한계를 지닌다. 내부 호스트의 IP 주소가 변환되기 때문에, 외부에서 내부 호스트를 직접 식별하여 연결을 시작하는 것이 어렵다. 이는 P2P(Peer-to-Peer) 응용 프로그램이나 VoIP(Voice over IP)와 같은 실시간 통신 프로토콜에 문제를 일으킬 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 STUN, TURN, ICE와 같은 보조 프로토콜이 개발되어 사용된다.

IP 주소는 숫자로 구성된 기계 친화적인 식별자이지만, 사람은 도메인 이름과 같은 문자 기반 주소를 사용하는 것을 선호합니다. DNS(Domain Name System)는 이 두 체계 간의 변환을 담당하는 핵심적인 분산형 시스템입니다. 사용자가 브라우저에 'www.example.com'과 같은 도메인 이름을 입력하면, DNS는 이를 해당 서버의 실제 IP 주소(예: 192.0.2.1)로 변환하여 통신이 가능하게 합니다[13].

DNS의 동작은 계층적 구조를 기반으로 합니다. 최상위에는 루트 DNS 서버가 있으며, 그 아래에 .com, .net 같은 최상위 도메인(TLD) 서버, 그리고 각 도메인을 관리하는 권한 있는 네임 서버가 있습니다. 일반 사용자의 컴퓨터는 먼저 로컬 DNS 캐시를 확인하고, 없으면 ISP(인터넷 서비스 제공자)의 DNS 리졸버에 질의를 보냅니다. 리졸버는 필요한 경우 루트 서버부터 시작해 계층을 따라 조회하여 최종 IP 주소를 얻어 사용자에게 반환합니다.

따라서 IP 주소 체계는 네트워크 상에서 정확한 목적지 찾기를 위한 '주소'에 해당한다면, DNS는 그 주소를 쉽게 찾아갈 수 있도록 해주는 '주소록' 또는 '전화번호부'의 역할을 합니다. 이 두 시스템은 상호 의존적으로 작동하여 인터넷의 사용성을 가능하게 하는 기반 기술입니다.