공인 IP, 사설 IP, 그리고 NAT는 왜 같이 나올까요?¶

우리 집 안 기기들이 전부 인터넷에 나가는데도, 바깥세상에서는 그 기기들이 하나의 주소처럼 보일 때가 많아요.

A, AAAA, CNAME... DNS 레코드는 왜 종류가 여러 갈래일까요?에서 우리는 DNS 레코드를 보면서, 이름이 주소로 바뀌는 과정을 조금 더 구체적으로 살펴봤어요. 그러니까 이제는 이런 질문이 자연스럽게 따라와요.

"좋아요, 주소는 찾았어요. 근데 그 주소가 우리 집 안에서 쓰는 주소인지, 인터넷 바깥에서 보이는 주소인지는 또 어떻게 다른 거죠?"

좋은 질문이에요. 여기서부터는 주소를 찾는 이야기가 아니라, 그 주소가 집 안과 바깥에서 어떻게 쓰이고 바뀌는지 보는 차례예요. 즉, 앞에서는 쉬운 버전으로 봤고, 이번엔 그다음 단계인 공인 IP, 사설 IP, 그리고 NAT 를 함께 열어볼게요.

일단 비유로 시작해볼게요¶

아파트를 하나 떠올려볼까요?

• 아파트 건물 전체에는 도로명 주소 하나가 있어요.
• 하지만 그 안에는 101호, 202호, 303호처럼 각 집의 호수가 따로 있죠.
• 택배 기사님은 먼저 건물 주소를 보고 찾아오고,
• 그다음 경비실이나 택배실이 어느 호수로 보내야 하는지를 구분해줘야 해요.

네트워크도 비슷해요.

• 공인 IP = 인터넷 바깥에서 보이는 건물 주소
• 사설 IP = 우리 집 안에서만 통하는 호수
• 공유기/NAT = 바깥과 안쪽 주소를 이어주는 경비실

flowchart TD
    A[🌍 인터넷<br/><small>바깥세상</small>] --> B[🏠 공유기<br/><small>공인 IP 203.0.113.10</small>]
    B --> C[💻 노트북<br/><small>사설 IP 192.168.0.2</small>]
    B --> D[📺 TV<br/><small>사설 IP 192.168.0.3</small>]
    B --> E[📱 스마트폰<br/><small>사설 IP 192.168.0.4</small>]

이 그림에서 중요한 건, 인터넷은 노트북이나 TV의 사설 IP를 직접 보는 게 아니라, 먼저 공유기의 공인 IP를 본다는 점이에요.

공인 IP와 사설 IP는 실제로 뭐가 다를까요?¶

이름은 비슷해 보여도, 쓰이는 범위가 완전히 달라요.

여기서 많은 분이 헷갈리는 포인트가 하나 있어요.

사설 IP는 가짜 주소가 아니에요.

그냥 사용 범위가 집 안으로 한정된 주소일 뿐이에요. 여러분 집 안에서는 192.168.0.2 같은 주소가 완전히 멀쩡하게 동작하거든요.

그럼 사설 IP는 어떤 번호를 쓸 수 있을까요?¶

아무 숫자나 마음대로 쓰는 건 아니에요. 인터넷에서는 사설 네트워크용으로 따로 예약된 범위가 있어요. 이걸 보통 RFC 1918 범위라고 불러요.

/8, /12, /16 같은 표기는 지금은 이 주소가 어디까지 한 묶음인지 보여주는 범위 표시 정도로만 가볍게 봐도 괜찮아요.

이 중에서 우리가 집에서 가장 자주 보는 건 아마 192.168.x.x 일 거예요. 공유기 관리자 화면에서 192.168.0.1 이나 192.168.1.1 을 본 적 있으시죠?

그건 보통 공유기 자신의 집 안 주소예요. 즉, 인터넷에서 보이는 주소가 아니라 내부 네트워크의 출입문 주소에 더 가까워요.

근데 왜 다른 집도 똑같이 192.168.0.2를 써도 안 헷갈릴까요?¶

이게 NAT 이야기를 이해하는 첫 번째 핵심이에요.

여러분 집 노트북이 192.168.0.2 일 수도 있고, 옆집 노트북도 192.168.0.2 일 수도 있어요.

처음 들으면 이상하죠? 사실은 전혀 문제 없어요.

왜냐하면 그 숫자는 집 안에서만 의미가 있는 번호이기 때문이에요. 밖에서는 두 집이 서로의 사설 IP를 직접 보는 일이 거의 없어요.

flowchart LR
    A[🏠 집 A<br/><small>공인 IP 203.0.113.10</small>] --> I[🌍 인터넷]
    B[🏠 집 B<br/><small>공인 IP 198.51.100.24</small>] --> I

    A1[💻 192.168.0.2] --> A
    B1[💻 192.168.0.2] --> B

이 그림처럼 두 집 안에 같은 192.168.0.2 가 있어도, 인터넷에서 볼 때는 집 A의 공인 IP 와 집 B의 공인 IP 가 다르기 때문에 서로 충돌하지 않아요.

그러니까 사설 IP는 동네 안에서만 통하는 주소, 공인 IP는 전 세계에서 통하는 주소라고 생각하면 감이 와요.

근데 왜 굳이 NAT가 필요할까요?¶

여기서 이런 생각이 들 수 있어요.

"그냥 집 안 기기마다 공인 IP를 하나씩 주면 더 단순하지 않나요?"

예전 같았으면 어느 정도 가능했을지도 몰라요. 근데 인터넷에 연결되는 기기가 너무 많아졌어요. 노트북, 스마트폰, TV, 태블릿, 게임기, CCTV, 로봇청소기까지 생각해보면, 기기마다 공인 IPv4 주소를 하나씩 주는 건 금방 한계에 부딪히죠.

1. IPv4 주소가 부족해졌기 때문이에요¶

우리가 오래 써온 IPv4 주소는 개수가 무한하지 않아요. 그래서 인터넷이 커질수록 모든 기기에 공인 주소를 하나씩 주기 어려워졌어요.

2. 집 안 주소가 바깥에 직접 드러나지 않는 효과도 있어요¶

NAT를 쓰면 바깥에서는 우리 집 기기 하나하나가 직접 드러나지 않고, 일단 공유기의 공인 IP 뒤에 묶여서 보이게 돼요.

이걸 보고 가끔 "그럼 NAT가 방화벽이네요?" 라고 생각하는데, 완전히 같은 말은 아니에요.

NAT는 어디까지나 주소를 바꿔 이어주는 기술이고, 방화벽은 어떤 통신을 허용하고 막을지 판단하는 기술에 더 가까워요.

즉, NAT가 바깥에서 안쪽을 바로 보기 어렵게 만드는 효과는 있지만, 그 자체를 보안 장비랑 완전히 같은 걸로 보면 살짝 위험해요.

그럼 NAT는 실제로 어떻게 동작할까요?¶

이제 비유를 잠깐 접고, 실제 흐름으로 들어가볼게요.

여러분 노트북이 웹사이트에 접속한다고 해볼까요?

1. 노트북이 192.168.0.2:53000 같은 출발지로 패킷을 보냅니다.
2. 공유기는 그 패킷을 밖으로 내보내기 전에, 출발지 주소를 자기 공인 IP로 바꾸고, 보통은 포트도 함께 바꿔요.
3. 동시에 어느 내부 기기가 어떤 포트를 썼는지 NAT 테이블에 기록해둬요.
4. 웹사이트는 공유기의 공인 IP를 보고 응답을 보냅니다.
5. 공유기는 NAT 테이블을 확인한 뒤, 원래 요청했던 노트북에게 응답을 다시 넘겨줘요.

sequenceDiagram
    participant 노트북 as 💻 노트북<br/>192.168.0.2:53000
    participant 공유기 as 🏠 공유기/NAT<br/>203.0.113.10:61001
    participant 서버 as 🌍 웹 서버<br/>104.26.10.78:443

    노트북->>공유기: 출발지 192.168.0.2:53000<br/>목적지 104.26.10.78:443
    공유기->>공유기: NAT 테이블 기록<br/>192.168.0.2:53000 ↔ 203.0.113.10:61001
    공유기->>서버: 출발지 203.0.113.10:61001<br/>목적지 104.26.10.78:443
    서버-->>공유기: 목적지 203.0.113.10:61001 로 응답
    공유기-->>노트북: 목적지 192.168.0.2:53000 으로 다시 전달

여기서 핵심은 포트 번호까지 같이 본다는 점이에요. 공유기는 그냥 "이건 우리 집으로 온 패킷이네" 하고 끝내는 게 아니라, 어느 내부 기기가 먼저 보냈는지를 포트와 기록을 이용해 찾아내요.

NAT 테이블은 뭐길래 그렇게 중요할까요?¶

쉽게 말하면 공유기의 비밀 장부예요.

예를 들어 집 안에서 여러 기기가 동시에 인터넷을 쓰고 있다면, 공유기는 대충 이렇게 기억하고 있어야 해요.

이 기록이 있어야, 웹 서버 A에서 돌아온 응답은 노트북에게, 동영상 서버 B에서 돌아온 응답은 TV에게 정확히 보낼 수 있겠죠.

즉, NAT는 단순히 숫자 하나만 바꾸는 게 아니라, "이 연결은 누구 것이었는지"를 상태로 기억하는 작업도 같이 해요.

그럼 실제로는 어떤 장면에서 이 감각이 중요할까요?¶

1. 카페 와이파이에서 모두 같은 IP처럼 보일 때요¶

카페 안에 사람이 30명 있어도, 바깥 웹사이트 입장에서는 그 카페의 공인 IP 하나만 먼저 보일 수 있어요. 그 안에서 누가 어떤 요청을 했는지는 카페 공유기가 NAT 기록으로 구분하는 거예요.

2. 집 안 기기가 여러 대인데 다 인터넷이 되는 이유를 이해할 때요¶

노트북, TV, 스마트폰이 동시에 유튜브나 웹사이트에 접속해도, 공유기가 각 연결을 따로 기억하고 있기 때문에 서로 응답이 꼬이지 않아요.

3. 나중에 패킷 캡처를 볼 때요¶

다음에 보게 될 패킷 캡처나 공유기 로그에서는, 같은 요청이 집 안 주소로 보일 때도 있고 공인 주소로 보일 때도 있어요.

그 차이를 이해하려면 지금 보는 이 감각이 꼭 필요해요. 어느 지점에서 캡처했느냐에 따라, NAT 되기 전 패킷을 보는지 NAT 된 뒤 패킷을 보는지가 달라질 수 있거든요.

잠깐! DNS랑 NAT는 비슷해 보여도 다른 이야기예요¶

A, AAAA, CNAME... DNS 레코드는 왜 종류가 여러 갈래일까요?에서 DNS를 봤다 보니, 이쯤에서 둘이 살짝 섞여 보일 수 있어요.

근데요, 같은 문제를 푸는 기술은 아니에요.

• DNS는 example.com 같은 이름을 IP 주소로 바꾸는 기술이에요.
• NAT는 사설 IP와 공인 IP 사이를 이어주거나 바꿔주는 기술이에요.

즉,

• DNS = 이름표를 찾는 일
• NAT = 집 안 주소와 바깥 주소를 이어주는 일

이렇게 나눠 생각하면 훨씬 덜 헷갈려요.

자, 정리해볼까요?¶

어때요? 이제 집 안에서 보는 192.168.0.x 같은 숫자가 그냥 이상한 번호가 아니라, 집 안에서 쓰이다가, 인터넷으로 나갈 때는 NAT를 거쳐 바깥 주소와 연결되는 내부 주소 체계처럼 느껴지죠?

우리는 이제 이름이 주소가 되는 과정도 봤고, 그 주소가 집 안과 바깥에서 어떻게 다르게 쓰이는지도 봤어요.

다음 글 예고¶

근데 여기서 또 궁금해지지 않으세요?

"그 NAT 전후 차이랑 TCP 연결 흐름은, 실제 패킷을 보면 눈으로도 확인할 수 있을까요?"

다음 글에서는 패킷 캡처 이야기를 해볼게요. tcpdump 같은 캡처 도구에서, 우리가 지금까지 배운 패킷·TCP·NAT의 흔적이 어떻게 보이는지 같이 따라가봐요.