IP의 한계 / 포트 / NAPT / ICMP

네트워크 계층과 응용 계층 사이의 전송 계층

• IP 한계 보완: 신뢰할 수 있는 통신과 연결형 통신 기능 제공
• 응용 계층 프로세스(실행 중인 프로그램) 식별: 포트 번호 활용

 

✔ IP의 특징

• 신뢰할 수 없는 (비신뢰성) 프로토콜 (unreliable protocol)
• 비연결형 프로토콜 (connectionless protocol)
• IP 패킷의 전달: 신뢰성 없는 통신 + 비연결형 통신

신뢰할 수 없는 통신

• 패킷이 수신지까지 제대로 전송되었다는 보장을 하지 않음
• 통신 과정에서 패킷이 잘못 전송되어도 이를 확인하지 않고, 재전송도 하지 않으며, 순서대로 패킷이 도착할 것이라는 보장도 하지 않는다는 의미

비연결형 통신

• 송수신 호스트 간에 사전 연결 수립 작업을 거치지 않음
• 그저 수신지를 향해 패킷을 보내기만 할 뿐

IP는 왜 신뢰할 수 없는 비연결형 통신을 할까?

• 주된 이유는 성능, 신뢰할 수 있는 연결형 통신은 성능에 악영향
• 신뢰성 있는 전송이 모든 경우에 필요한 것은 아님

 

전송 계층의 프로토콜

✔ TCP

• 연결형 통신: 송수신하는 동안 연결을 유지하고 끝나면 연결 종료
• 신뢰성 있는 통신: 재전송을 통한 오류 제어, 흐름 제어, 혼잡 제어 등 다양한 기능 제공

✔ UDP

• 신뢰할 수 없는 통신, 비연결형 통신을 가능하게 함
• TCP 보다는 비교적 빠른 전송 가능

 

응용 계층을 식별하는 전송 계층

포트를 활용한 애플리케이션 식별

• 포트(port): 네트워크상의 애플리케이션 식별 정보

포트의 분류

• 패킷 내 수신지 포트와 송신지 포트를 통해 송수신지 호스트의 애플리케이션을 식별
• 16비트로 표현 가능: 사용 가능한 포트의 수는 2^16(65536)개
  - 할당 가능한 포트 번호: 0번 ~ 65535번

 

✔ 잘 알려진 포트(well-known port)

• 0번부터 1023번까지의 포트
• 시스템 포트(system port)
• 범용적으로 사용되는 애플리케이션 프로토콜이 일반적으로 사용하는 포트 번호를 의미

 

✔ 등록된 포트(registered port)

• 포트 번호 1024번 ~ 49151번
• 잘 알려진 포트에 비해선 덜 범용적
• 흔히 사용되는 애플리케이션 프로토콜에 할당하기 위해 사용

 

인터넷 할당 번호 관리 기관(IANA; Internet Assigned Numbers Authority)
- 잘 알려진 포트와 등록된 포트
- 포트 번호는 권고일 뿐 강제 사항은 아님
https://www.iana.org/assignments/service-names-port-numbers/service-names-port-numbers.xhtml

 

✔ 동적 포트(dynamic port)

• = 사설 포트(private port) = 임시 포트(ephemeral port)
• 특별히 관리되지 않는 포트 범위: 자유롭게 사용 가능
• 서버는 대부분 잘 알려진 포트와 등록된 포트 사용
• 클라이언트는 대부분 동적 포트 사용 (e.g. 웹 브라우저)

 

'특정 호스트'에서 실행 중인 '특정 애플리케이션 프로세스' 식별

• IP 주소:포트 번호 형식

 

포트를 활용하는 기술: 포트 기반 NAT
✔ NAT

• NAT 변환 테이블: 변환의 대상이 되는 IP 주소 쌍
• 사설 IP 주소 하나당 공인 IP 주소 하나가 대응: 많은 사설 IP 주소를 변환하기에는 무리가 있음
• 공인 IP 주소의 낭비: 사설 IP 주소의 수만큼 공인 IP 주소가 필요

 

✔ 포트 기반의 NAT, NAPT

• NAPT(Network Address Port Translation) 또는 APT(Address Port Translation)
• NAPT는 NAT 테이블에 변환할 IP 주소 쌍과 더불어 포트 번호도 함께 기록하고 변환
• 하나의 공인 IP 주소(1)를 여러 사설 IP 주소(N)가 공유 가능
  - 사설 IP 주소:공인 IP 주소를 N:1로 변환
  - 공인 IP 주소 수 부족 문제를 개선한 기술

 

✔ ICMP

• IP 패킷 전송 과정에 대한 피드백 메시지 제공

피드백 메시지?

1. 전송 과정에서 발생한 문제 상황에 대한 오류 보고
2. 네트워크에 대한 진단 정보 (네트워크상의 정보 제공)

 

ICMP 메시지 = 타입(type) + 코드(code)

• 타입: ICMP 메시지 유형 번호
• 코드: 구체적인 메시지 내용 번호

 

ICMP는 IP의 보조일 뿐: 신뢰성 완전 보장 X

 

출처

개발자를 위한 컴퓨터공학 2: 혼자 공부하는 네트워크