[게임 서버] 2.9 네트워크 주소 변환

이 글은 아래의 책을 자세히 정리한 후, 정리한 글을 GPT에게 요약을 요청하여 작성되었습니다.
게임 서버 프로그래밍 교과서, 배현직 저자

📦 2. 컴퓨터 네트워크

👉🏻 항목 9: 네트워크 주소 변환

🔄 네트워크 주소 변환(NAT)이란?

정의:

• 다른 단말기로 전송되던 패킷의 송신자 주소나 수신자 주소가 다른 것으로 변환되는 과정

NAT 라우터:

• NAT 변환을 하는 기기
• 예: 인터넷 공유기

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🏠 NAT의 기본 구조

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config:
  layout: elk
  theme: dark
  look: handDrawn
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flowchart LR
    A["11.22.33.44"]
    R["NAT 라우터<br/>55.66.77.88"]
    C1["192.168.0.5"]
    C2["192.168.0.7"]
    C3["192.168.0.8"]

    A --> R
    R --> C1
    R --> C2
    R --> C3

핵심 개념:

• IP 주소 1개를 여러 기기가 공용하도록 한다

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📡 NAT 동작 과정

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config:
  layout: elk
  theme: dark
  look: handDrawn
---
sequenceDiagram
    participant EX as 11.22.33.44
    participant NAT as NAT 라우터<br/>55.66.77.88
    participant IN as 192.168.0.5

    IN->>NAT: ① 내부에서 나가는 패킷<br>발신지: 192.168.0.5:10<br>목적지: 11.22.33.44:1000

    NAT->>EX: ② 주소 변환되어 도착하는 패킷<br>발신지: 55.66.77.88:2010<br>목적지: 11.22.33.44:1000

    EX->>NAT: ③ 응답 목적지로 보내는 패킷<br>발신지: 11.22.33.44:1000<br>목적지: 55.66.77.88:2010

    NAT->>IN: ④ 내부에 도착하는 패킷<br>발신지: 11.22.33.44:1000<br>목적지: 192.168.0.5:10

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🔍 상세 동작 단계

1. 패킷 송신 (내부 → 외부):

• 192.168.0.5:10에서 11.22.33.44:1000로 패킷 전송

2. 공유기의 패킷 수신 및 분석:

• 공유기가 패킷 수신
• 데이터 패킷에서 송신자 끝점(192.168.0.5:10)과 수신자 끝점(11.22.33.44:1000) 추출

3. 포트 매핑 엔트리 생성:

• 공유기는 포트 매핑 엔트리를 생성하여 가지고 있다
  • 포트 매핑 엔트리: 송신자/수신자 끝점을 잇는 매핑 정보
• 공유기는 송신자 끝점(192.168.0.5:10)에 대응하는 주소(55.66.77.88:2010)를 만들어 포트 매핑 엔트리에 넣는다
  • 송신자 끝점(192.168.0.5:10)을 내부 주소라고 한다
  • 대응하는 주소(55.66.77.88:2010)를 외부 주소라고 한다
  • 홀펀칭: 위처럼 포트 매핑 엔트리가 만들어지는 과정

4. 패킷 헤더 변환:

• 공유기는 패킷 헤더를 변경한다
  • 패킷의 송신자 필드에 있던 192.168.0.5:10 내부 주소를 55.66.77.88:2010 외부 주소로 변환한다

5. 패킷 전송:

• 외부 인터넷 회선으로 패킷을 전송한다

6. 응답 패킷 수신 (외부 → 내부):

• 11.22.33.44:1000에 도착하고, 수신자는 응답 패킷을 전송한다
• 공유기는 응답 패킷을 수신한다

7. 주소 역변환:

• 55.66.77.88:2010 외부 주소를 포트 매핑 엔트리를 통해 내부 주소로 변환한다

8. 내부 전달:

• 공유기 안 기기에 전달한다

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🌐 NAT의 활용

IPv4 주소 부족 문제 해결:

• IPv4 네트워크에서 주소 개수가 모자라는 일을 해결하기도 한다

모바일 통신에서의 NAT:

• LTE, 5G와 같은 모바일 셀룰러 통신은 매우 많은 수의 기기를 지원해야 한다
  • 대규모 사용자용 NAT 라우터가 쓰이며, 이를 Carrier-grade NAT이라고 한다

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🧐 정리

• NAT는 하나의 공인 IP 주소를 여러 내부 기기가 공유할 수 있게 해주는 기술이다
• 포트 매핑 엔트리를 통해 내부 주소와 외부 주소를 매핑하여 관리한다
• 홀펀칭은 포트 매핑 엔트리가 생성되는 과정을 의미한다
• IPv4 주소 부족 문제를 해결하는 데 중요한 역할을 한다
• 모바일 통신에서는 Carrier-grade NAT를 사용하여 대규모 사용자를 지원한다

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