NAT란?

NAT는 Network Address Translation의 약자로 하나의 공인 ip로 여러 호스트(pc)가 인터넷에 연결될 수 있도록 하는 기술이다. 보통 라우터나 방화벽에 설치되는 기술이다. 주소를 변환하는 과정에서 속도 저하가 발생된다.

동작원리

<예시 상황>

• HOST : 10.0.0.1
• ROUTER의 공인 ip : 150.150.0.1
• SERVER : 200.100.10.1

위와 같은 조건에서 HOST가 ROUTER를 통해 SERVER와 통신하는 과정을 알아본다. 아래 과정은 NAT의 한 종류인 PAT다.

1. HOST가 SERVER로 신호를 보내기 위해 패킷 헤더에 출발지와 목적지를 기록.
   출발지 : 10.0.0.1
   목적지 : 200.100.10.1

2. 이때 ROUTER에서 HOST가 외부로 신호를 보낸다는 것을 인지하고 출발지를 자신의 공인ip 주소로 변경해 기록하고, 해당 정보들로 NAT 테이블을 생성.
   출발지 : 10.0.0.1 -> 150.150.0.1
   목적지 : 200.100.10.1

   <NAT 테이블>

   프로토콜	사설ip	출발지ip	목적지ip
   TCP	10.0.0.1	150.150.0.1	200.100.10.1

3. 위 과정을 통해 SERVER에 신호가 도착한다면 SERVER는 데이터를 수신해 처리하고 응답한다. 이때도 패킷 헤더에 출발지와 목적지를 기록한다. 하지만 이때의 목적지ip는 ROUTER의 공인 ip주소로 기록한다.
   출발지 : 200.100.10.1
   목적지 : 150.150.0.1

4. 해당 패킷을 ROUTER가 받게 되면 기존에 기록해두었던 NAT 테이블을 참조해 목적지를 ROUTER의 공인 ip에서 사설 ip로 변경한다. 이러면 통신 완료
   출발지 : 200.100.10.1
   목적지 : 150.150.0.1 -> 10.0.0.1

※ 만약 여러 사설 ip들이 같은 SERVER와 통신을 원한다면?
<NAT 테이블>

프로토콜	사설ip	출발지ip	목적지ip
TCP	10.0.0.1	150.150.0.1	200.100.10.1
TCP	10.0.0.2	150.150.0.1	200.100.10.1
TCP	10.0.0.3	150.150.0.1	200.100.10.1

다음과 같은 NAT 테이블이 기록되어 어떤 사설 ip가 SERVER로 신호를 보냈던 SERVER에서 되돌아오는 패킷에 목적지가 150.150.0.1로 표시되어 있기 때문에 어떤 사설 ip로 응답을 보내야 하는지 모르게 될 것이다. 이를 위해서 포트를 이용해 각각의 사설 ip들을 구분하는 방식을 이용한다. 이를 PAT 또는 NAPT라고 한다.

즉, 다음과 같은 NAT 테이블이 생성됨
<NAT 테이블>

프로토콜	사설ip	사설망포트	출발지ip	목적지ip
TCP	10.0.0.1	1	150.150.0.1	200.100.10.1
TCP	10.0.0.2	2	150.150.0.1	200.100.10.1
TCP	10.0.0.3	3	150.150.0.1	200.100.10.1

종류

• Static NAT
  1:1 매핑으로 주소를 변화하는 방식이다. 1:1로 변환만 해주는 방식으로 ip를 효율적으로 사용하는 방식은 아니다. 이 방법은 보통 하나의 사설ip가 큰 역할을 담당해 포트 포워딩 작업이 많이 필요할 경우 사용한다. 한 개의 사설ip = 공인 ip 이런 느낌으로 사용하는 방식.
• Dynamic NAT
  사설 ip도 여러개, 공인 ip도 여러개 있을 때 사용하는 방식이다. 위에서 설명한 동작 원리를 통해 서로 다른 사설 ip들이 같은 SERVER에 신호를 주고 응답을 받기 위해서는 서로 다른 사설 ip들을 구분할 수 있어야 함을 알 수 있었다. 이를 위해 서로 다른 비어있는 공인 ip를 동적으로 선택해 주소를 변환하는 방식이다.
• PAT
  위에서 설명한 동작원리의 방식.