[UDP 홀펀칭(Hole Punching)] - UDP 홀펀칭(2/2)

2줄 요약

• UDP 홀펀칭을 통해 NAT가 구성되어있는 호스트끼리 통신이 가능하다
• 홀펀칭을 위해서 중개서버가 필요하다

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UDP 홀펀칭

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이전 글에서 NAT로 인해 서로의 Public IP와 Port번호를 몰라, P2P 통신을 하기가 어렵다고했다.

그렇다면 이러한 문제를 어떻게 해결 할 까? 간단하다, 이 글의 주제대로 UDP 홀펀칭 기법을 사용하면 된다.

이러한 기계를 실생활에서 본 적이 있을것이다. 구멍을 뚫어주는 녀석인데 UDP 홀펀칭도 의미대로 P2P통신을 하기 위해 NAT에다가 통로(?)같은 것을 뚫어주는 기법을 뜻한다

UDP 홀펀칭을 위해선 중개서버라는 존재가 필요하다.

 

중개 서버

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 아래 예시에서 IP 체계상 300.300.300.300이라는 IP는 존재할 수 없습니다. (255가 최대 수치기 때문)
오래된 포스트라 그림 수정이 안되는데 참고하여 봐주시길 바랍니다(__)

 

앞서 말했듯이, 유저 A와 유저 B끼리 직접적인 통신은 현재 NAT로 인해 가로막혀 있기 때문에 불가능한 상태다.

유저 A와 유저 B의 <IP, 포트번호>가 동일하다고 해서 '어..? 이거 잘못된 그림아니야?' 라고 생각 할수도 있지만 Private IP, Port번호가 같더라도 다른 NAT를 가지고 있기 때문에 서로 다른 존재다

(다시 말하지만, Private 주소는 하나의 NAT에서만 유효한 주소다)

 

우리의 목적은 유저 A와 유저 B의 Public IP와 Port번호를 알아내서 이 주소를 이해 통신을 가능하게 하는 것! 그러기 위해선 중개서버의 힘이 필요하다.

유저 A와 유저 B가 P2P통신을 하기 위해선 가장 먼저 중개서버에 접속해야 한다.

이 중개서버는 Public IP, Port가 공개되어있고 유저들이 어디서나 이 주소를 통해 접속할 수 있어야 한다.

(그림에선 300.300.300.300:3 이다.)

 

유저 A와 유저 B가 주소가 공개된 중개서버(300.300.300.300:3)에게 아무 메세지를 날리게 되면

유저 A의 NAT와 유저 B의 NAT는 외부 네트워크(중개서버)와 통신하기 위해 자신의 Private IP, Port번호를 Public IP와 적절한 Port번호를 만들어 중개서버와 통신 할 수 있도록 만들어준다.

이 과정에서 NAT는 테이블에 유저A의 Private 주소와 Public 주소를 매핑한 것을 기록하고,

유저B의 NAT도 마찬가지로 Private 주소와 Public 주소를 매핑한 것을 기록한다.

 

중개서버가 유저 A와 유저 B의 메세지에 응답을 하면 NAT가 기록한 테이블 대로,

A의 입장에서는 100.100.100.100:1 의 Public 주소로 중개서버의 응답이 왔을 땐 Private IP, Port가 192.168.0.2:1인 유저 A의 호스트로 데이터를 전달하게 되고

B의 입장에서는 200.200.200.200:2의 Public 주소로 중개서버의 응답이 왔을 땐 Private IP, Port가 192.168.0.2:1인 유저 B의 호스트로 데이터를 전달한다.

유저 A와 유저 B가 중개서버와의 통신 덕분에 

NAT A는 100.100.100.100:1 <-> 192.168.0.2:1 이라는 테이블을

NAT B는 200.200.200.200:1 <-> 192.168.0.2:1 이라는 테이블을

얻게 되었다.

한마디로 유저 A와 유저 B가 서로 통신을 가능하기 위한 통로를 만들어 주었다고 봐도 무방하다

(100.100.100.100:1 <-> 200.200.200.200:1 를 통해서)

 

 

위의 그림과 같이 이제 서로의 Public IP와 Port로 P2P 통신을 하면 된다.

(서로의 Public 주소를 알려주는 것은 중개 서버 혹은 게임서버로 어떻게든 구현하기 나름)

 

주의할 점

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주의할 점은 NAT가 매핑시킨 Private 주소와 Public 주소가 오랫동안 통신이 없으면 삭제되기 때문에 일정 주기로 하트비트(Ping)을 보내서 통로를 유지시키는 것이 중요하다.

하지만, 이런 방식도 NAT마다 차이가 있기 때문에 UDP 홀펀칭에 실패하면 어쩔 수 없이 유저 A와 유저 B의 직접적인 통신은 불가능하고 중개서버가 데이터를 전달 시키는 식으로 구현해야한다.

위에서는 유저 A와 유저 B가 서로 다른 NAT를 가지고 있다고 가정하에 설명을 했지만

유저 A와 유저 B가 같은 NAT라면 굳이 Public 주소로 통신 할 필요 없이 서로의 Private 주소로 통신하면 된다 

물론 이것도 중개서버를 적절히 활용하여 구현 할 수있다 ^^;

Golang으로 예제 구현

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https://github.com/cjwcjswo/BlogProject/tree/master/network/holePunching

json 형식으로 통신하는 중개서버, 클라이언트를 간단히 구현해 보았다.

 

글에 이해가 안되는 부분이 있거나 문제가 있을경우 지적해주시면 감사하겠습니다!