NAT가 하나의 공용 IP를 공유하는 방식

인터넷은 IPv4 주소를 사용하는데, 그 수는 약 43억 개에 불과하여 오늘날 온라인에 있는 device 수보다 훨씬 적습니다. 모든 전화기, 노트북, 각종 기기에 공인 주소를 하나씩 할당하는 것은 불가능합니다.

NAT(네트워크 주소 변환)는 이 문제를 해결하는 영리한 방법입니다. NAT를 사용하면 사설 네트워크의 여러 device가 하나의 공인 IP 주소를 공유하여 인터넷에 연결할 수 있으므로 제한된 주소를 절약할 수 있습니다.

네트워크는 내부에서 사설 IP 범위(10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12, 192.168.0.0/16)를 사용합니다. 이러한 주소는 공용 인터넷에서 라우팅되지 않으므로 인터넷에서 직접 사용할 수 없습니다.

공인 IP 주소는 전 세계적으로 고유하며 인터넷에서 라우팅할 수 있습니다. NAT는 사설 내부 주소와 인터넷에 표시되는 공인 주소 사이를 변환하여 두 세계를 연결합니다.

NAT는 일반적으로 네트워크의 경계에 있는 라우터 또는 방화벽에서 실행됩니다. 이곳은 사설 LAN과 공용 인터넷 사이의 경계입니다. 현재 사용자의 가정용 라우터도 NAT를 수행하고 있습니다.

이 경계 device는 외부 인터페이스에서 ISP가 할당한 하나의 공인 주소를 보유하고, 내부에는 사설 네트워크를 연결하여 뒤에 있는 모든 device의 트래픽을 변환합니다.

내부 device가 인터넷으로 패킷을 보내면 NAT는 출발지 주소를 다시 작성하여 사설 IP를 라우터의 공인 IP로 바꿉니다. 목적지 서버에서는 해당 트래픽이 공인 주소에서 온 것처럼 보입니다.

응답이 돌아오면 NAT는 목적지 주소를 올바른 사설 주소로 다시 작성하고 해당 내부 device에 전달합니다. 이 모든 과정은 사용자에게 드러나지 않게 이루어집니다.

NAT는 각 내부 통신을 외부 통신에 대응시키는 변환 테이블을 유지하므로, 응답을 올바른 장치에 다시 연결할 수 있습니다. 이 테이블이 없다면 라우터는 돌아온 패킷이 어느 내부 호스트에 속하는지 알 수 없습니다.

각 항목은 내부 주소, 외부 주소 및 식별 정보를 추적하므로 수십 개의 동시 연결이 혼동 없이 하나의 공용 IP를 공유할 수 있습니다.

NAT에는 몇 가지 방식이 있습니다.

• 정적 NAT: 하나의 사설 주소와 하나의 공용 주소를 고정된 일대일 관계로 매핑합니다.
• 동적 NAT: 필요에 따라 사설 주소를 공용 주소 풀에 매핑합니다.
• PAT(포트 주소 변환): 포트 번호를 사용하여 여러 장치가 하나의 공용 IP를 공유하는 방식으로, 가정에서 가장 흔히 사용됩니다.

NAT는 주소를 절약하기 위해 만들어졌지만 보안상의 이점도 제공합니다. 내부 장치가 하나의 공용 IP 뒤에 숨겨진 사설 및 라우팅 불가능 주소를 사용하므로, 인터넷에서는 해당 장치에 직접 연결을 시작할 수 없습니다.

이는 실제 방화벽이므로 방화벽으로 의존해서는 안 되지만, 내부 네트워크를 자연스럽게 감추고 요청하지 않은 인바운드 트래픽을 기본적으로 차단합니다.

IPv4 주소가 부족하기 때문에 NAT는 필수적인 기술이 되었습니다. 방대한 주소 공간을 가진 IPv6에서는 모든 장치에 고유한 전역 주소를 부여할 수 있으므로 기존 NAT가 대부분 필요하지 않습니다.

그럼에도 IPv4가 완전히 사라지려면 아직 멀었기 때문에 NAT는 여전히 어디에서나 사용됩니다. IPv6의 풍부한 주소 체계로 세상이 천천히 전환되는 지금도 NAT를 이해하는 것은 매우 중요합니다.

여러 장치가 있는 가정을 생각해 보겠습니다. 각 장치는 192.168.1.10 및 192.168.1.11과 같은 사설 주소를 사용합니다. 라우터는 ISP에서 할당받은 203.0.113.5와 같은 하나의 공용 주소를 보유합니다.

어떤 장치가 웹을 탐색하면 라우터는 패킷을 외부로 보내기 전에 장치의 사설 출발지 주소를 203.0.113.5로 다시 씁니다. 모든 장치가 온라인에서 하나의 공용 신원을 공유하지만, 라우터의 변환 테이블이 각 응답을 올바른 장치로 되돌려 보냅니다.

NAT에도 문제가 없지는 않습니다. 데이터 안에 IP 주소를 포함하거나 인바운드 연결이 필요한 프로토콜을 중단시킬 수 있으며, 일부 음성(VoIP) 및 피어 투 피어 애플리케이션이 이에 해당합니다.

해결 방법으로는 포트 포워딩, 애플리케이션 계층 게이트웨이, NAT를 통과하도록 설계된 프로토콜 등이 있습니다. 이러한 복잡성은 제한된 IPv4 주소 공간을 최대한 확장해서 사용하는 대가입니다.

NAT를 사용하면 여러 사설 장치가 하나의 공용 IP를 공유하여 부족한 IPv4 주소를 절약할 수 있습니다. NAT는 네트워크 경계의 라우터 또는 방화벽에서 실행되며, 출발지 및 목적지 주소를 다시 쓰고 통신을 변환 테이블에서 추적합니다. 정적, 동적, PAT 방식이 있으며 보안상의 부수 효과도 제공하지만, IPv6에서는 대부분 필요하지 않습니다.

NAT의 기본 내용을 테스트해 보십시오.

NAT는 내부 사설 주소와 여러 장치가 공유하는 공용 IP 사이를 변환하여 부족한 IPv4 주소 공간을 절약합니다. NAT는 네트워크 경계의 라우터/방화벽에서 실행되며, 주소를 다시 쓰고 통신 흐름을 변환 테이블에서 추적합니다. 방식으로는 정적, 동적, PAT가 있으며, 요청하지 않은 인바운드 트래픽으로부터 내부 호스트를 숨깁니다. IPv6에서는 대부분 필요하지 않습니다.