NTMobile におけるアドレス無変換型 RS の検討

NTMobile

RS

土井 敏樹

†

†

‡

†

†

‡

1

近年，公衆無線網の普及や小型端末の発達により，自 由に通信を開始できる通信接続性と，移動しながら通 信できる移動透過性が要求されている．

我々は，通信接続性と移動透過性を同時に実現でき る技術として，NTMobile(Network Traversal with Mo-

bility）[1, 2]

IP

NTMobile

RSN(Relay Server NAT Type）を経由する事で，一般端末との通信

RS

IP

IP

RST(Relay Server Transparent type）の動作につ

2 NTMobile

2.1 NTMobile

図.1に

NTMobile

NTMobile

(NTM

NTM

DC(Direction Coordinator）、エンドエンド

RS

IP

IP

実際の通信は、実

IP

IP

UDP

DC

Study of No addresss conversion type Relay Server in NTMobile

†Toshiki DOI and Hidekazu SUZUKI and Akira WATANABE Faculty of Science and Technology, Meijo University

‡Katsuhiro NAITO

Graduate School of Science and Technology, Mie University

RS

DC

Internet

NAT Router

NTM Node (Fixed Node)

NAT Router

3G Network

NTM Node (after move)

NTM Node (before move)

NTM Node RS

General Server

Handover Wifi

General Communication

Encrypted Communication through Tunnel

RSN

図

1: NTMobile

決定し、NTM端末に経路確立手順を指示する．この手 法によって、アプリケーションに対して、NATの存在 や移動に伴う実

IP

2.2 RSN

NTMobile

NTMobile

RS

UDP

RS

NAT（アドレス変換）機能を

RS

RS（以後 RSN

Relay Server NAT Type）と呼ぶ．一般端末からは，自分の通信相手が常

RSN

しかし，SIPのようにメッセージ内に

IP

IP

パケットのヘッダ部とメッセージ部の

IP

3

RS

本稿では，アドレス変換を行わないアドレス無変換 型

RS（以後 RST：Relay Server Transparent type）の動

作についての検討を行った．RSTを利用すると，通信 相手が一般端末であっても

NTMobile

SIP

3.1 RST

RST

DC

IP

IP

RST

MN

CN

IP

NAT

3.2

図

2

NTM

MN

NAT

NTM

IP

CN

NAT Router DNS Server DC_MN RST

NTM Node (MN)

General Node (CN)

Direction Request

Relay Direction

Route Direction Tunnel Request

Tunnel Response DNS Name Resolution

UDP Tunnel

RIP_RS⇔RIP_CN Direction Response

Source Address Translation RegistrationTunnel Establish and Connection

RIP：RIPCN RIP：RIPRS

RIP：RIPMN VIP：RIPRS

Outer IP Header Original IP Header RIP：RIPMN

RIPMN⇔RIPRS

RIPRS⇔RIPCN

RIPNAT⇔RIPRS

RIPRS⇔RIPCN

Real IP RIP Virtual IP VIP

図

2: NTM

MN

DNS

CN

A

NTMobile

を得ることができないため，CNが一般端末であること が分かる．

次に，MNは

DC

Direction Request

Relay Direction

RS

MN

CN

DC

MN

RS

RS

Tunnel Request

Tunnel Response

以上の動作により，MNと

RS

UDP

RS

IP

RS

3.3

MN

RIP

UDP

IP

RIP

IP

IP

RIP

MN

IP

CN

このようにして，MNと

CN

RST

CN

IP

SIP

NAT

4

NTMobile

RS（RST）の

参考文献

[1]

1349–1359(2011)

[2]

pp. 1339–1348(2011)

NTMobile における

アドレス無変換型 RS の検討

† 名城大学 ^‡ 三重大学

土井敏樹 ^† 鈴木秀和 ^† 内藤克浩 ^‡ 渡邊晃 ^†

研究背景

• 移動しながら通信をしたいという要求

– 公衆無線網や小型端末の普及

• IP ネットワークでは IP アドレスを通信識別子として利用する

– 接続場所が変わると IP アドレスが変化 – 端末が移動すると通信継続が難しい

• IPv4 ネットワークにおける NAT の存在

– 相手端末が NAT 配下に存在すると，インターネット側端末から通信を 開始できない

移動透過性と NAT 越えを同時に実現する技術 NTMobile(Network Traversal with Mobility)

NAT

Network Address Translation

NAT

NTMobile とは

• 移動透過性と NAT 越えを同時に実現する技術

• 特徴

仮想アドレスの導入

・ 端末を一意に識別できる仮想アドレスを提供

・ 移動に伴う実アドレスの変化を隠蔽

UDP トンネルを使った通信

・ 通信開始時に UDP トンネルを構築

・ 全てのデータパケットを UDP を使ってカプセル化

NTMobile の概要

Internet

Relay Server(RS)

General Node Direction Coordinator(DC)

NTM Node RS

NTM Node

NTM Node

パケットの中継 端末の位置情報管理

仮想アドレスの割り当て トンネル経路の指示

NTMobileの機能を

NAT Router

NAT Router

NTMobile の概要

Internet

Relay Server(RS)

General Node Direction Coordinator(DC)

NTM Node RS

NTM Node

NTM Node

パケットの中継 端末の位置情報管理

仮想アドレスの割り当て トンネル経路の指示

NTMobileの機能を

NAT Router

NAT Router

NTMobile の概要

Internet

General Node Direction Coordinator(DC)

NTM Node RS

NTM Node

NTM Node

パケットの中継 端末の位置情報管理

仮想アドレスの割り当て トンネル経路の指示

NTMobileの機能を

NAT Router

NAT Router

Relay Server(RS)

NTMobile の概要

Internet

Relay Server(RS)

General Node Direction Coordinator(DC)

NTM Node RS

NTM Node

NTM Node

パケットの中継 端末の位置情報管理

仮想アドレスの割り当て トンネル経路の指示

NTMobileの機能を

NAT Router

NAT Router

NTMobile 動作シーケンス (1/2) - 名前解決

• 通信相手端末の名前を解決する

– 端末のネットワーク接続時

– A レコード問い合わせの応答をフックしてネゴシエーションを行う

NTM Node(MN) NAT DNS DC _MN

DNS Request for A Record

DNS Reply for A Record DNS Request for NTM Record

DNS Reply for NTM Record A

問い合わせ

NTM

一般端末の場合，NTM レコードが存在しない

通信相手端末は 一般端末である

NTMobile 動作シーケンス (1/2) - 名前解決

• 通信相手端末の名前を解決する

– 端末のネットワーク接続時

– A レコード問い合わせの応答をフックしてネゴシエーションを行う

NTM Node(MN) NAT DNS DC _MN

DNS Request for A Record

DNS Reply for A Record DNS Request for NTM Record

DNS Reply for NTM Record A

問い合わせ

NTM

一般端末の場合，NTM レコードが存在しない

通信相手端末は 一般端末である

NTMobile 動作シーケンス (1/2) - 名前解決

• 通信相手端末の名前を解決する

– 端末のネットワーク接続時

– A レコード問い合わせの応答をフックしてネゴシエーションを行う

NTM Node(MN) NAT DNS DC _MN

DNS Request for A Record

DNS Reply for A Record DNS Request for NTM Record

DNS Reply for NTM Record A

問い合わせ

NTM

一般端末の場合，NTM レコードが存在しない

通信相手端末は 一般端末である

NTMobile 動作シーケンス (2/2) – トンネル構築

NTM Node(MN) NAT DC _MN RS General Node

Direction Request

Relay Direction Direction Response Route Direction

Tunnel Request

Tunnel Response

UDP Tunnel

指示要求

・トンネル構築の 指示の要求

中継指示

・通信中継を指示

経路指示

・トンネルの経路の指示

トンネル要求

・トンネルを構築したい

UDP

NTMobile 動作シーケンス (2/2) – トンネル構築

NTM Node(MN) NAT DC _MN RS General Node

Direction Request

Relay Direction Direction Response Route Direction

Tunnel Request

Tunnel Response

UDP Tunnel

指示要求

・トンネル構築の 指示の要求

中継指示

・通信中継を指示

経路指示

・トンネルの経路の指示

トンネル要求

・トンネルを構築したい

UDP

NTMobile 動作シーケンス (2/2) – トンネル構築

NTM Node(MN) NAT DC _MN RS General Node

Direction Request

Relay Direction Direction Response Route Direction

Tunnel Request

Tunnel Response

UDP Tunnel

指示要求

・トンネル構築の 指示の要求

中継指示

・通信中継を指示

経路指示

・トンネルの経路の指示

トンネル要求

・トンネルを構築したい

UDP

NTMobile 動作シーケンス (2/2) – トンネル構築

NTM Node(MN) NAT DC _MN RS General Node

Direction Request

Relay Direction Direction Response Route Direction

Tunnel Request

Tunnel Response

UDP Tunnel

指示要求

・トンネル構築の 指示の要求

中継指示

・通信中継を指示

経路指示

・トンネルの経路の指示

トンネル要求

・トンネルを構築したい

UDP

NTMobile 動作シーケンス (2/2) – トンネル構築

NTM Node(MN) NAT DC _MN RS General Node

Direction Request

Relay Direction Direction Response Route Direction

Tunnel Request

Tunnel Response

UDP Tunnel

指示要求

・トンネル構築の 指示の要求

中継指示

・通信中継を指示

経路指示

・トンネルの経路の指示

トンネル要求

・トンネルを構築したい

UDP

NTMobile 動作シーケンス (2/2) – トンネル構築

NTM Node(MN) NAT DC _MN RS General Node

Direction Request

Relay Direction Direction Response Route Direction

Tunnel Request

Tunnel Response

UDP Tunnel

指示要求

・トンネル構築の 指示の要求

中継指示

・通信中継を指示

経路指示

・トンネルの経路の指示

トンネル要求

・トンネルを構築したい

UDP

実際の通信の様子

• 現在の RS ： RSN(Relay Server NAT type)

– アドレス変換型

– 受信したパケットをデカプセル化 + アドレス変換

• MN(NTM 端末 ) から CN( 一般端末 ) への通信開始

MN NAT RSN CN

UDP Tunnel

RIP:RIP

_MN

_MN

RIP:RIP

_RS

_CN

外側IPヘッダ 元IPヘッダ RIP

_NAT

_RS

VIP

_MN

_CN

_MN

_RS

VIP

_MN

_CN

RIP

_RS

_CN

MN(Mobile Node)

CN(Correspondent Node)

実際の通信の様子

• 現在の RS ： RSN(Relay Server NAT type)

– アドレス変換型

– 受信したパケットをデカプセル化 + アドレス変換

• MN(NTM 端末 ) から CN( 一般端末 ) への通信開始

MN NAT RSN CN

UDP Tunnel

RIP:RIP

_MN

_MN

RIP:RIP

_RS

_CN

外側IPヘッダ 元IPヘッダ RIP

_NAT

_RS

VIP

_MN

_CN

_MN

_RS

VIP

_MN

_CN

RIP

_RS

_CN

MN(Mobile Node)

CN(Correspondent Node)

・ネゴシエーション時，

DC

・Route DirectionでNTM端末に対して仮想アドレスを通知

実際の通信の様子

• 現在の RS ： RSN(Relay Server NAT type)

– アドレス変換型

– 受信したパケットをデカプセル化 + アドレス変換

• MN(NTM 端末 ) から CN( 一般端末 ) への通信開始

MN NAT RSN CN

UDP Tunnel

RIP:RIP

_MN

_MN

RIP:RIP

_RS

_CN

外側IPヘッダ 元IPヘッダ RIP

_NAT

_RS

VIP

_MN

_CN

_MN

_RS

VIP

_MN

_CN

RIP

_RS

_CN

NAT処理

MN(Mobile Node)

CN(Correspondent Node)

実際の通信の様子

• 現在の RS ： RSN(Relay Server NAT type)

– アドレス変換型

– 受信したパケットをデカプセル化 + アドレス変換

• MN(NTM 端末 ) から CN( 一般端末 ) への通信開始

MN NAT RSN CN

UDP Tunnel

RIP:RIP

_MN

_MN

RIP:RIP

_RS

_CN

外側IPヘッダ 元IPヘッダ RIP

_NAT

_RS

VIP

_MN

_CN

_MN

_RS

VIP

_MN

_CN

RIP

_RS

_CN

デカプセル化 + NAT処理

MN(Mobile Node)

CN(Correspondent Node)

NAT処理

RSN の問題点

• NTM 端末から一般端末へ通信を開始する場合

– RSNは受信パケットをデカプセル化してアドレス変換 – 送信元アドレスが RS のアドレスとなる

• メッセージ内に IP アドレスを含むプロトコルの場合

アドレス無変換型

RS

IP

IP

IP

IP

Message Header

• ヘッダ部とメッセージ部の IP アドレスに相違が生じる

アドレス変換をしない

RS

アドレス変換後

RSN の問題点

• NTM 端末から一般端末へ通信を開始する場合

– RSNは受信パケットをデカプセル化してアドレス変換 – 送信元アドレスが RS のアドレスとなる

• メッセージ内に IP アドレスを含むプロトコルの場合

アドレス無変換型

RS

IP

IP

IP

IP

アドレス変換 される

Message Header

• ヘッダ部とメッセージ部の IP アドレスに相違が生じる

アドレス変換をしない

RS

アドレス変換後

RSN の問題点

• NTM 端末から一般端末へ通信を開始する場合

– RSNは受信パケットをデカプセル化してアドレス変換 – 送信元アドレスが RS のアドレスとなる

• メッセージ内に IP アドレスを含むプロトコルの場合

アドレス無変換型

RS

IP

IP

IP

IP

アドレス変換 されない アドレス変換

される

Message Header

• ヘッダ部とメッセージ部の IP アドレスに相違が生じる

アドレス変換をしない

RS

アドレス変換後

提案方式：アドレス無変換型 RS

• アドレス無変換型 RS ： RST(Relay Server Transparent type)

– アドレス無変換型

– 受信したパケットをデカプセル化 ( カプセル化 ) するのみ

• 特徴

– RSの実 IP

NTM 端末の仮想 IP

NTM Node(A)

プール

RST

RIP：実IPアドレス VIP

IP

RIP

RIP _A

VIP

VIP _A NTM Node(B)

RIP

RIP _B

VIP

VIP _B

提案方式：アドレス無変換型 RS

• アドレス無変換型 RS ： RST(Relay Server Transparent type)

– アドレス無変換型

– 受信したパケットをデカプセル化 ( カプセル化 ) するのみ

• 特徴

– RSの実 IP

NTM 端末の仮想 IP

NTM Node(A)

RST RIP ₁

RIP ₂

・

・

・ プール

RIP：実IPアドレス VIP

IP

RIP

RIP _A

VIP

VIP _A NTM Node(B)

RIP

RIP _B

VIP

VIP _B

提案方式：アドレス無変換型 RS

• アドレス無変換型 RS ： RST(Relay Server Transparent type)

– アドレス無変換型

– 受信したパケットをデカプセル化 ( カプセル化 ) するのみ

• 特徴

– RSの実 IP

NTM 端末の仮想 IP

NTM Node(A)

RST RIP ₁

RIP ₂

・

・

・ プール

RIP：実IPアドレス VIP

IP

RIP

RIP _A

VIP

VIP _A NTM Node(B)

RIP

RIP _B VIP

VIP _B RIP

RIP _A VIP

VIP _A RIP ₁

RIP

RIP _B VIP

VIP _B RIP ₂

追加

追加

仮想アドレスの使い分け

• 仮想インタフェース (Virtual Interface)

– 物理インタフェースの他に仮想的にインタフェースを持つ – 提案方式ではさらにもう 1 つ仮想インタフェースを追加する

物理IF

(RIP)

仮想IF

(VIP)

仮想IF

(RIP ₁ )

NTM

仮想アドレスの使い分け

• 仮想インタフェース (Virtual Interface)

– 物理インタフェースの他に仮想的にインタフェースを持つ – 提案方式ではさらにもう 1 つ仮想インタフェースを追加する

物理IF

(RIP)

仮想IF

(VIP)

仮想IF

(RIP ₁ )

NTM

現在の

NTMobile

仮想アドレスの使い分け

• 仮想インタフェース (Virtual Interface)

– 物理インタフェースの他に仮想的にインタフェースを持つ – 提案方式ではさらにもう 1 つ仮想インタフェースを追加する

物理IF

(RIP)

仮想IF

(VIP)

仮想IF

(RIP ₁ )

NTM

提案方式で追加した仮想インタフェース

仮想アドレスの使い分け

• 仮想インタフェース (Virtual Interface)

– 物理インタフェースの他に仮想的にインタフェースを持つ – 提案方式ではさらにもう 1 つ仮想インタフェースを追加する

物理IF

(RIP)

仮想IF

(VIP)

仮想IF

(RIP ₁ )

NTM

提案方式で追加した仮想インタフェース

RST を用いた実際の通信の様子

• MN(NTM 端末 ) から CN( 一般端末 ) への通信開始

MN NAT RST CN

UDP Tunnel

RIP:RIP

_MN

_RS

RIP:RIP

_RS

_CN

外側IPヘッダ 元IPヘッダ RIP

_NAT

_RS

RIP

_RS

_CN

_MN

_RS

RIP

_RS

_CN

RIP

_RS

_CN

MN(Mobile Node)

CN(Correspondent Node)

RST を用いた実際の通信の様子

• MN(NTM 端末 ) から CN( 一般端末 ) への通信開始

MN NAT RST CN

UDP Tunnel

RIP:RIP

_MN

_RS

RIP:RIP

_RS

_CN

外側IPヘッダ 元IPヘッダ RIP

_NAT

_RS

RIP

_RS

_CN

_MN

_RS

RIP

_RS

_CN

RIP

_RS

_CN

・アプリケーションがパケットを送信

・カーネルでパケットをカプセル化

MN(Mobile Node)

CN(Correspondent Node)

RST を用いた実際の通信の様子

• MN(NTM 端末 ) から CN( 一般端末 ) への通信開始

MN NAT RST CN

UDP Tunnel

RIP:RIP

_MN

_RS

RIP:RIP

_RS

_CN

外側IPヘッダ 元IPヘッダ RIP

_NAT

_RS

RIP

_RS

_CN

_MN

_RS

RIP

_RS

_CN

RIP

_RS

_CN

NAT処理

・外側

IP

MN(Mobile Node)

CN(Correspondent Node)

RST を用いた実際の通信の様子

• MN(NTM 端末 ) から CN( 一般端末 ) への通信開始

MN NAT RST CN

UDP Tunnel

RIP:RIP

_MN

_RS

RIP:RIP

_RS

_CN

外側IPヘッダ 元IPヘッダ RIP

_NAT

_RS

RIP

_RS

_CN

_MN

_RS

RIP

_RS

_CN

RIP

_RS

_CN

NAT処理

・受信したパケットをデカプセル化

・アドレス変換は行わない

MN(Mobile Node)

CN(Correspondent Node)

RST を用いた実際の通信の様子

• MN(NTM 端末 ) から CN( 一般端末 ) への通信開始

MN NAT RST CN

UDP Tunnel

RIP:RIP

_MN

_RS

RIP:RIP

_RS

_CN

外側IPヘッダ 元IPヘッダ RIP

_NAT

_RS

RIP

_RS

_CN

_MN

_RS

RIP

_RS

_CN

RIP

_RS

_CN

NAT処理

・

RST

・通信相手は

RST

MN(Mobile Node)

CN(Correspondent Node)

まとめ

• NTMobile における課題

– メッセージ内に IP アドレスを含むプロトコルを使えない – RSN でパケットの IP アドレスの相違が生じてしまう

• アドレス無変換型 RS(RST) を提案

– 動作の検討

• 今後の予定

– RST の他の用途についての検討

– 動作に向けての実装