[Network] 라우터의 주소 변환과 패킷 필터링 기능

🍀 들어가기 전

지난 포스팅에서는 라우터의 패킷 중계 동작에 대해서 알아보았다.

이번 포스팅에서는 라우터의 주소 변환 기능과 패킷 필터링 기능에 대해서 알아보자!

 

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🍀 주소 변환이 나온 이유

라우터는 다양한 일을 하지만, 그중 핵심은 주소 변환 및 패킷 필터링 기능이다.
주소 변환은 왜 나왔을까?

이전에는 IP주소를 관리 기관에 신청서를 내서 할당받았지만, 인터넷에 접속하는 기기가 많아지면서 할당해줄 주소가 부족해지는 현상이 발생했었다. 이를 해결하기 위해서 동일한 회사에서 사용하는 주소는 다른 회사의 주소와 동일할 수 있도록 만들었다. 

이는 어차피 다른 회사의 패킷은 서로 왕래할 일이 없으며, 같은 회사에서끼리 별도의 사내망으로 통신하기 때문에 다른 회사와 겹쳐도 상관없는 것이다. 덕분에 같은 회사에 있는 모든 기기에게 다른 주소를 할당해줄 필요가 없어졌다.

다만, 무작정 할당할 수 없기 때문에 특정 주소만 사용하며, 이를 프라이빗 주소로 두고 이전에 사용했던 모든 기기의 고유한 주소를 글로벌 주소라고 부르기로 했다.

프라이빗 주소는 다음 범위로 한정한다.

10.0.0.0 ~ 10.255.255.255
127.16.0.0 ~ 172.31.255.255
192.168.0.0 ~ 192.168.255.255

 

이는 글로벌 주소에서 일부분을 프라이빗 주소로 사용하는 것이며, 단지 사내에서 사용한다고 규정한 것이기 때문에 관리 기관에 신청서를 낼 필요 없이 자유롭게 이용하면 된다. (동일한 회사 내에서만 중복을 피하면 됨)

하지만, 사내 네트워크가 외부랑 통신하는 일이 발생할 수도 있다.
그래서 사내 네트워크는 보통 인터넷에 공개된 서버를 접속하는 부분과 사내용 네트워크 2가지로 나눈다. 그리고 사내 네트워크에 할당된 프라이빗 주소는 외부랑 통신하지 않도록 만들기 때문에 외부랑 통신하기 위해서 특별한 구조를 사용하는데 이때 주소 변환을 사용한다.

 

그림으로 본다면 이런 느낌으로 동작한다고 생각할 수 있다.

사내 네트워크에서 사용하는 프라이빗 주소를 외부에서 사용하는 글로벌 주소로 바꾸거나, 글로벌 주소에서 들어온 패킷을 프라이빗 주소로 바꿔주는 동작을 진행한다.

 

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🍀 주소 변환의 동작 알아보기

주소 변환은 패킷 중계 시 IP 헤더에 적힌 IP 주소와 포트 번호를 다르게 바꾸는 것이다.

먼저, TCP 접속 시 송신처의 IP 주소를 프라이빗 주소에서 글로벌 주소로 바꿔쓴다.
여기서 글로벌 주소는 라우터 (주소 변환 장치, 방화벽 같은 다른 것일수도 있으나 여기서는 라우터를 예시로 들음)의 인터넷 측의 포트에 할당된 주소이며, 포트 번호는 사용하지 않는 번호를 라우터가 알아서 선택하여 바꿔준다. 그리소 이전에 사용하던 프라이빗 주소와 포트번호, 바꿔쓴 글로벌 주소와 포트 번호를 라우팅 테이블에 저장해둔다.

 

 

💬 이때, 포트 번호는 왜 바꿔쓰는 것일까?

만약 IP 주소만 바꿔쓰게 된다면, 프라이빗 주소와 글로벌 주소가 1:1로 매칭되어야 하기 때문에 글로벌 주소가 매우 많이 필요하다.
하지만, 사내 네트워크에 수백 대의 단말기가 존재한다면 수백 개의 글로벌 주소가 필요해진다.
이를 해결하기 위해서 포트 번호도 바꿔쓰며 각각의 단말기를 식별하고자 했고, 어차피 클라이언트 측의 포트 번호는 원래 비어있기 때문에 무작위로 선택해서 사용하므로 바꿔쓰더라도 문제가 발생하지 않는다.
결과적으로 한 개의 글로벌 주소를 수만 개의 프라이빗 주소에 매칭시켜 주소 고갈 문제를 해결했다.

 

주소 변환이 완료된 패킷은 인터넷에 송출되며, 이에 대한 회신 패킷은 라우터에게 되돌아온다.

돌아온 패킷은 라우팅 테이블에 저장된 정보를 바탕으로 다시 프라이빗 주소로 변경하고, 원래의 송신처로 이동하게 된다.

결과적으로 그뒤로 주고받을 때는 라우팅 테이블에 적힌 정보를 참고하게 되며, 데이터 송/수신 종료 후 접속 동작이 끝나게 되면 라우팅 테이블에 등록한 정보를 제거한다. 

 

 

 

위에서는 주소 변환이 글로벌 <-> 프라이빗 주소 간 양방향으로 일어난다고 했다.
이때, 프라이빗 주소에서 글로벌 주소로 변환할 때는 라우팅 테이블에 정보가 등록되지 않았더라도 중계가 가능하다.
기본적으로 글로벌 주소는 라우터에 할당이 되어 있고, 포트 번호는 사실 비어있는 정보를 사용하면 되기 때문이다. 

하지만, 프라이빗 주소로 변환할 때에는 라우팅 테이블의 정보가 없으면 내부에서 어떤 주소가 사용되는지 알 수 없기 때문에 꼭 필요하다.

그렇기 때문에 외부에서 액세스하지 않는 단말 기기에는 외부에서 패킷을 송신할 수 없으며, 액세스하더라도 실제로 통신에 사용하는 포트 번호가 아니라면 그쪽으로 패킷을 보낼 수 없다. 덕분에 부정 침입을 방지하는 효과를 가지게 된다.

만약, 외부에서 액세스하지 않더라도 그쪽으로 패킷을 송신하고 싶다면 직접 라우팅 테이블에 등록해두면 된다. 

공개용 서버는 라우팅 밖의 영역에서 글로벌 주소를 할당하지만, 서버의 프라이빗 주소를 라우터에 등록해두면 외부로 해당 주소를 공개할 수 있게 된다. (DNS 서버에 등록할 때는 라우터에 등록한 글로벌 주소를 등록하면 된다)

 

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🍀 라우터의 패킷 필터링 기능

패킷 필터링 시 MAC, IP, TCP 헤더에 기록된 내용을 조사하여 사전에 설정된 조건에 부합되면 패킷을 중계하거나, 혹은 폐기한다.

방화벽 같은 기기, 소프트웨어는 대부분 위와 같은 방식으로 동작한다.

이건 추후 챕터를 진행하면서 더 자세히 다루도록 하겠다.

 

💡 퀴즈

Q. 입력 신호를 모든 포트에 출력하는 것은 스위칭 허브와 리피터 허브 중 어떤 것일까?
A. 리피터 허브

Q. 네트워크 번호와 호스트 번호의 비트 수를 결정하는 것은 무엇일까?
A. 넷마스크

Q. 큰 패킷을 분할하는 기능을 뭐라고 할까?
A. 조각 나누기

Q. 라우터의 경로표의 '넷마스크'에 0.0.0.0인 경로 정보는 무엇을 의미할까?
A. 기본 경로