네트워크 - Network Address Translation
컴퓨터 네트워크를 공부하면서 정리를 한 내용들 입니다.
-참고 K-mooc 부산 대학교 유영환 교수님 : 컴퓨터 네트워크 강의
Network Address Translation
20년 전에는 사람들이 집집마다 컴퓨터를 한 대 정도씩 가지고 있었습니다.
인터넷 서비스 제공 업자들한테 전화를 해서 가입을 하면 주소를 하나씩 할당 받았고,
고정 IP 주소를 받을 수도 있고 아니면 DHCP를 통해서 주소를 받아서
사용 할 수도 있었는데 그 이후에 집집마다 컴퓨터가 더 늘어나게 되었습니다.
2000년대 후반 들어오면서 가족 구성원들이 전부 다 스마트폰을 갖는 경우와
여러대의 컴퓨터를 사용하면서 그것들도 IP 주소가 필요해 졌습니다.
그래서 인터넷 회사 입장에서는 너무 많은 인터넷 주소 pool이 쓰이게 되었습니다.
이런 문제를 해결하고자 해서 나온 것이 Network Address Translation입니다.
개념 예
집에 있는 각각의 컴퓨터들은 구별이 되어야 됩니다.
IP 주소가 구별 되지 않고 동일한 IP를 쓰면 서로 충돌이 나서
수신 받아야 될 데이터가 어디로 받아야 될지 알 수가 없게 됩니다.
그런데 사람들이 생각하기에 집 안에 있는 컴퓨터들이
"외부에 있는 다른 컴퓨터들과 구별이 되어야 될까?" 라고 생각하게 되었습니다.
이 컴퓨터들은 공유기(하나의 라우터)를 거쳐서 나가니까
"공유기 안 쪽에 있는 컴퓨터들은 이 안쪽에서만 서로 구별되면 되지 않을까?"라고
그래서 결국 인터넷 공유기를 통하면 안쪽에서만 서로 구별 되는
어떤 IP주소, ID를 가지면 되지 않겠느냐 생각을 한 것입니다.
이것을 위해 ICANN에서 인터넷 주소에 좀 특별한 영역을 만들었습니다.
NAT example
A class에 10으로 시작 하는 10.x.x.x
B class의 172.16.x.x ~ 172.31.x.x 네트워크까지 범위
C class의 192.168.0.x ~ 192.168.255.x 네트워크까지 범위.
이것들을 Private IP 주소라고 따로 설정 했습니다.
Public IP : 외부에 알려진 공용 IP, 공식적인 IP 입니다.
Private IP : 내부에서만 쓰는 비공식적인 IP입니다.
이러한 주소들은 내부에서만 의미가 있습니다.
이 주소들은 외부 라우터들에서는 취급을 하지 않기 때문에
Private IP를 목적지로 발송을 하게 돼도 전혀 도착을 할 수가 없습니다.
NAT는 즉, 공유기 안쪽에 있는 여러 대의 컴퓨터 192.168.0으로 시작하는
사설 IP를 사용하면서 구별은 하되, 외부로 나갈 때는 138.76.29.7 이라는
Internet Service Provider한테 받은 이 공식적인 IP 주소를 가지고
외부로 전송을 하게끔 만들자는 것 입니다.
NAT example (cont’d)
어떤 컴퓨터가 192.168.0.2라는 사설 IP를 가지고 있습니다.
사용자의 집의 공유기 또는 라우터가 ISP로부터 138.76.29.7이라는 public IP를 할당 받았습니다.
그러면 192.168.0.2라는 컴퓨터가 웹 브라우저를 켜서
외부에 있는 128.119.40.186 서버를 접속 하고 싶은 상황입니다.
destination port가 80라는 것을 보고 웹 서버에 접속하고 싶다는 것을 알 수 있습니다.
그러면 HTTP request message를 만들어서 전송 할 것입니다.
source 주소는 자신의 IP로 되어 있고 destination은 128.119.40.186으로 되어 있습니다.
그렇게 해서 request message를 만들어서 공유기, 첫 번째 라우터에 전송을 합니다.
공유기는 사설 아이피를 내보내기 전에 network translation table를 만들어서
주소를 기록 해 두는 것입니다.
192.18.0.2 내부에서 사용하는 이 사설 IP 주소와 3345라는 포트 번호를 가진 이 프로세스는
외부로 보낼 때 번역을 해서 공식 IP인 138.76.29.7이라는 IP를 담고
5001이라는 포트 번호를 부여 해서 밖으로 내보낸다는 것 입니다.
이렇게 해서 테이블을 만들어 놓고 이 컴퓨터가 보낸 이 IP 데이터그램을 앞에 헤더를 바꿔서
목적지는 그대로 둔 채로 source IP를 138.76.29.7와 5001이라는
임의로 결정한 이 포트 번호를 부여 해서 밖으로 보냅니다.
그렇게 되면 외부에 있는 서버는 이 메시지를 받고 응답을 하게 될 때
138.76.29.7, 5001 측에서 request message를 받았기 때문에 거기에 응답을 보내게 됩니다.
응답이 공유기에 돌아 오면, 공유기는 다시 내부에서 전송 해 줄 때는
다시 이 부분을 목적지 주소를 번역 해서 192.168.0.2 그리고 3345 포트로 전송을 해 주게 됩니다.
이것을 우리가 network address translation 기술이라고 이야기 합니다.
NAT Address Traversal Problem
network address translation을 쓸 때 한 가지 제약이 있습니다.
대부분의 사람들 같은 경우에는 집 안에서 어떤 웹 호스팅을 한다기 보다는 서버에 접속 해서
데이터를 소비하는 그런 경우가 많습니다.
그런 경우는 클라이언트 쪽에서, local area network 쪽에서 먼저 request를 보내기 때문에
외부의 서버가 그것에 응답하는 것은 문제가 없었습니다.
그런데 이런 경우도 있습니다. 어떤 사용자가 집 안에 웹 호스팅 서버를 하나 두고 싶은 경우 입니다.
외부에 다른 클라이언트가 이것에 어떻게 접속 할 수 있겠냐는 경우입니다.
왜냐하면 Local area network 내에서 서버의 주소가 192.168.0.15 라고 부여를 해 놓았기 때문에
외부 클라이언트는 이 주소에 접속 할 수가 없다는 것이 문제입니다.
가장 간단하게 해결하는 방법은 공유기에 있는 Port Forwarding이라는 기능을 사용 하는 것입니다.
Port Forwarding
Port Forwarding은 로컬 쪽에서 먼저 request를 보내지 않아도 외부에 있는 클라이언트의 응답,
먼저 받아서 안쪽에 있는 서버에 전달 할 수 있도록 포트를 미리 설정 해 두는 것 입니다.
138.76.29.7이 네트워크가 가지는 공식적인 IP라고 하면
138.76.29.7 포트 80로 오면 192.168.0.15 IP를 가지는 서버의 80번 포트로 전달 하라는 뜻입니다.
그래서 이렇게 간단하게 network address translation problem을
비켜 갈 수 있는 그런 방법이 제공되고 있습니다.