P2P (Peer-to-Peer)

P2P는 중앙 서버 없이 참여 노드(피어)들이 직접 서로 연결하여 자원을 공유하는 네트워크 구조다.

Client-Server vs P2P

P2P 네트워크 유형

순수 P2P (Unstructured)

• 모든 노드가 대등한 역할
• 자원 탐색이 비효율적 (브로드캐스트 방식)
• 예: 초기 Gnutella

하이브리드 P2P

• 중앙 서버가 피어 목록·메타데이터만 관리
• 실제 데이터는 피어 간 직접 전송
• 예: 초기 Napster, BitTorrent(트래커 방식)

구조화 P2P (Structured)

• DHT(분산 해시 테이블)로 자원 위치를 체계적으로 관리
• 탐색 효율 O(log N)
• 예: BitTorrent(트래커리스), Kademlia, IPFS

NAT 통과 (NAT Traversal)

대부분의 기기는 NAT 뒤에 있어 직접 연결이 어렵다. 여러 기법으로 이를 극복한다.

STUN (Session Traversal Utilities for NAT)

• 공개 STUN 서버에 요청해 자신의 공개 IP와 포트를 파악
• Full Cone NAT, Restricted NAT 환경에서 유효

기기 A                STUN 서버          기기 B
  │── 내 공개 IP는? ──▶│                   │
  │◀── 1.2.3.4:5000 ──│                   │
  │                    │ ◀── 내 공개 IP는? │
  │                    │ ──▶ 5.6.7.8:6000 │
  │────────── 직접 연결 시도 ──────────────▶│

UDP 홀 펀칭 (UDP Hole Punching)

• 양측이 동시에 상대방에게 패킷 전송 → NAT 테이블에 허용 항목 생성
• Symmetric NAT에서는 동작하지 않음

기기 A (NAT 뒤)              기기 B (NAT 뒤)
  │── 패킷 전송 (B 방향) ────▶│  (NAT가 A 측 구멍 뚫음)
  │◀── 패킷 전송 (A 방향) ────│  (NAT가 B 측 구멍 뚫음)
  │═══════════ P2P 연결 ═══════════│

TURN (Traversal Using Relays around NAT)

• 직접 연결 불가 시 릴레이 서버를 경유
• 항상 동작하지만 서버 대역폭 소모
• 예: Tailscale의 DERP, WebRTC의 TURN 서버

ICE (Interactive Connectivity Establishment)

• STUN + TURN을 조합하여 최적 연결 경로를 자동 선택하는 프레임워크
• WebRTC가 ICE를 사용

ICE 후보 수집:
  1. Host 후보: 로컬 IP (192.168.x.x)
  2. Srflx 후보: STUN으로 파악한 공개 IP
  3. Relay 후보: TURN 서버 IP

→ 우선순위 순으로 연결 시도, 성공한 것으로 확정

DHT (Distributed Hash Table)

분산 환경에서 키-값 쌍을 저장·조회하는 구조. 중앙 서버 없이 피어들이 데이터 위치를 관리한다.

Kademlia (BitTorrent에서 사용)

• 노드 ID와 콘텐츠 해시를 XOR 거리로 비교
• O(log N) 홉으로 원하는 피어 탐색
• 각 노드는 자신과 가까운 노드들만 알면 됨

탐색 예시 (목표: 콘텐츠 해시 0x1A2B)
내 노드(0x1000) → 가장 가까운 노드에 질의 → 더 가까운 노드 발견 → ... → 목표 도달

주요 활용 사례

BitTorrent

• 파일을 청크 단위로 분산 저장·공유
• 보유 청크가 많을수록 더 많이 업로드 (tit-for-tat)
• Magnet 링크: 트래커 없이 DHT로 피어 탐색

WebRTC

• 브라우저 간 실시간 오디오/비디오/데이터 P2P 전송
• ICE(STUN+TURN)로 NAT 통과, DTLS+SRTP로 암호화

브라우저 A          시그널링 서버        브라우저 B
  │── SDP Offer ───────▶│──────────────▶│
  │◀──────────────── SDP Answer ────────│
  │── ICE 후보 교환 ─────▶│──────────────▶│
  │◀──────────────── ICE 후보 교환 ──────│
  │══════════════ P2P 연결 (미디어 전송) ══│

블록체인

• 트랜잭션과 블록을 피어 간 브로드캐스트로 전파
• 51% 이상 합의로 정합성 유지
• 예: Bitcoin, Ethereum

IPFS (InterPlanetary File System)

• 콘텐츠 주소 지정: URL 대신 파일 해시로 접근
• DHT로 파일 위치 탐색, P2P로 전송
• 동일 파일은 네트워크 어디서든 같은 해시

P2P 보안 고려사항

메모