Today Keys : NAT, PAT, NAPT, 나트, network, address, translation, 주소, 변환, 공인, 사설, ipv4
본 포스팅은 'IT 엔지니어를 위한 네트워크 입문' [길벗] 서적에 포함된 '7.1 NAT/PAT'장의 내용 중 7.1.2장과 7.1.3장의 내용입니다
7.1.2 NAT 동작방식
다음은 NAT 동작 방식을 알아보기 위한 예입니다.
NAT의 동작 방식을 이해하기 위해 출발지 사용자(10.10.10.10)가 목적지의 웹 서버(20.20.20.20)로 통신하는 과정을 살펴보겠습니다.
1. 사용자는 웹 서버에 접근하기 위해 출발지 IP를 10.10.10.10으로, 목적지 IP와 서비스 포트는 20.20.20.20과 80으로 패킷을 전송합니다. 출발지 서비스 포트는 임의의 포트로 할당됩니다. 여기서는 2000번 포트로 가정했습니다.
2. NAT 역할을 수행하는 장비에서는 사용자가 보낸 패킷을 수신한 후 NAT 정책에 따라 외부 네트워크와 통신이 가능한 공인 IP인 11.11.11.11로 IP 주소를 변경합니다. NAT 장비에서 변경 전후의 IP 주소는 NAT 테이블에 저장됩니다.
3. NAT 장비에서는 출발지 주소를 11.11.11.11로 변경해 목적지 웹 서버로 전송합니다.
4. 패킷을 수신한 웹 서버는 사용자에게 응답을 보냅니다. 응답이므로 수신한 내용과 반대로 출발지는 웹 서버(20.20.20.20)가 되고 목적지는 NAT 장비에 의해 변환된 공인 IP 11.11.11.11로 사용자에게 전송합니다.
5. 웹 서버로부터 응답 패킷을 수신한 NAT 장비는 자신의 NAT 테이블에서 목적지 IP에 대한 원래 패킷을 발생시킨 출발지 IP 주소가 10.10.10.10인 것을 확인합니다.
6. NAT 변환 테이블에서 확인된 원래 패킷 출발지 IP(10.10.10.10)로 변경해 사용자에게 전송하면 사용자는 최종적으로 패킷을 수신합니다.
7.1.3 PAT 동작 방식
NAT 동작에 이어 PAT 동작을 이해하기 위한 예제를 살펴보겠습니다. NAT 예제와 동일한 출발지와 목적지로 하고 NAT 장비는 PAT로 동작합니다.
1. 사용자가 웹 서버로 접근하기 위해 패킷에 출발지 10.10.10.10, 목적지 20.20.20.20, 목적지 서비스 포트는 웹 서비스 포트인 80으로 채워 패킷을 전송합니다. 출발지 서비스 포트는 NAT와 마찬가지로 임의의 서비스 포트가 할당되며 이 예제에서는 2000번 포트로 할당되었다고 가정합니다.
2. NAT 장비는 사용자가 보낸 패킷을 받아 외부 네트워크와 통신이 가능한 공인 IP인 11.11.11.11로 변경합니다. 다만 출발지에 있는 다수의 사용자가 동일한 공인 IP로 변환되어야 하므로 패킷의 주소 변경 시 출발지 IP뿐만 아니라 출발지의 서비스 포트도 변경됩니다. 출발지 IP와 출발지 서비스 포트는 NAT 장비에 의해 모두 변경되고 NAT 장비가 이 변경 정보를 NAT 테이블에 기록합니다.
3. NAT 장비에서 변경된 출발지 IP 주소인 11.11.11.11과 서비스 포트 3000으로 패킷을 재작성해 웹 서버로 다시 전송합니다.
4. 사용자가 보낸 패킷을 수신한 웹 서버는 사용자에게 패킷을 응답하는데 출발지 IP는 웹 서버의 IP 주소인 20.20.20.20으로 채워지고 목적지 IP는 NAT 장비에 의해 변환된 공인 IP 11.11.11.11과 서비스 포트로 채워져 전송합니다.
5. 웹 서버로부터 응답 패킷을 수신한 NAT 장비는 NAT 테이블을 확인해 웹 서버로부터 받은 패킷의 목적지 IP 주소인 11.11.11.11이 원래 10.10.10.10이며 서비스 포트 3000이 원래 2000인 것을 확인합니다.
6. NAT 장비는 NAT 테이블에서 확인한 목적지 IP 주소와 서비스 포트로 패킷을 재작성한 후 사용자에게 전달합니다. 사용자는 NAT 장비에서 역변환된 패킷을 받아 웹 페이지를 표시합니다.
만약 다른 IP를 가진 사용자가 동일하게 20.20.20.20 서버로 접속하는 경우, NAT 장비에서는 출발지 IP만 11.11.11.11로 동일하게 변경하고 서비스 포트는 다른 포트로 변경합니다.
즉, PAT 동작 방식은 NAT와 거의 동일하게 이루어지지만 IP 주소뿐만 아니라 서비스 포트까지 함께 변경해 NAT 테이블을 관리하므로 하나의 IP만으로도 다양한 포트 번호를 사용해 사용자를 구분할 수 있습니다. 하지만 이 서비스 포트의 개수는 제한되어 있어 재사용됩니다. 만약 서비스
포트가 동시에 모두 사용 중이거나 재사용할 수 없을 때는 PAT이 정상적으로 동작하지 않습니다.
따라서 동시 사용자가 매우 많을 때는 PAT에서 사용하는 공인 IP 주소를 IP 하나가 아닌 풀(Pool) 로 구성해야 합니다.
PAT는 다수의 IP가 있는 출발지에서 목적지로 갈 때 NAT 테이블이 생성되고 응답에 대해 NAT 테이블을 참조할 수 있지만 PAT IP가 목적지일 때는 해당 IP가 어느 IP에 바인딩되는지 확인할 수 있는 NAT 테이블이 없으므로 사용할 수 없습니다. 즉, PAT는 뒤에서 다룰 SNAT와 DNAT 중 SNAT에 대해서만 적용되고 DNAT에는 적용되지 않습니다.
지금까지 NAT와 PAT에 대한 예제를 통해 패킷이 어떻게 변경되고 통신하는지 알아보았습니다. NAT/PAT에 의해 패킷의 주솟값이 어떻게 변경되고 NAT 테이블이 어떻게 관리되는지 이해할 수 있다면 이어서 알아볼 NAT/PAT의 내용도 쉽게 이해하실 수 있습니다.
