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端末の改造が不要な NAT 越え方式の提案 宮﨑 悠

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(1)

端末の改造が不要な NAT 越え方式の提案 宮﨑 悠,鈴木 秀和,渡邊 晃(名城大学)

A proposal of NAT-Traversal that does not force terminals to modify Yutaka Miyazaki, Hidekazu Suzuki, Akira Watanabe (Meijo University)

1.はじめに

DNS

GN

RDNS

PN(bob)

① ③

NAT router

いつでもどこからでもネットワークにアクセスすること ができるユビキタス社会の需要が広まっている.そこでは 外出先からでも家庭内や企業内の端末に自由にアクセスし たいというニーズが考えられる.しかし,家庭内や企業内 のネットワークはプライベートアドレスで構築される場合 が多く、このような環境ではインターネット側の端末から プライベートアドレスの端末に対して通信を開始すること ができないという制約がある.そこで本稿では,DNSサー バと

NAT

ルータを改造し,両者が協調することにより上記 制約を解決する通信方式を提案する.

2.既存技術

NAT

の制約を解決するいわゆる

NAT

越えの既存技術とし て,STUN(1),NAT-f(2)などがある.

STUN

はインターネット上の専用サーバを利用すること により

NAT

越えを実現しているが,専用のアプリケーショ ンや

UDP

通信でしか利用できないという制約がある.

NAT-f

はグローバルアドレスの端末と

NAT-f

ルータが連 携し,グローバルアドレスの端末とプライベートアドレス の端末が通信に必要な

NAT

テーブルを動的且つ強制的に生 成することにより

NAT

越えを実現する.しかし,外部の端 末と

NAT

ルータを改造しなければならないという課題があ る.

3.提案方式

本提案方式は

DNS

サーバと

NAT

ルータを改造すること により

NAT

越えを実現する.通信を行う各端末には手を加 える必要がないという特徴がある.また,アプリケーショ ンに依存せず

P2P

通信を実現することができる.

1

に提案方式の動作概要を示す.改造した

DNS

サーバ

RDNS(Remodeled DNS)には,予めプライベートアドレス

空間内の端末

PN

の名前と

NAT

ルータのアドレスを登録し ておく.グローバルアドレス空間の端末

GN

はプライマリ

DNS

として

RDNS

を設定する.

GN

から

PN

(bob)へ通信を開始する場合の動作手順を以 下に示す.

Fig.1 A schema of the proposed method

GN

RDNS

bob

の名前解決を依頼する

RDNS

はリソースレコードから

bob

を検索する

存在しないなら③

存在するなら④

RDNS

GN

の代わりに上位

DNS

に名前解決を依頼す

RDNS

GN

から

bob

への接続依頼があることを

NAT

ルータに通知する

RDNS

GN

bob

のアドレスを応答する(実際は

NAT

ルータのアドレス)

GN

は取得したアドレスに対して通信を開始する

NAT

ルータは

NAT

テーブルを強制的に生成し,

GN

らの通信パケットを

bob

に転送する

⑦において

NAT

ルータは

GN

からの通信パケットと

RDNS

からの④で通知された情報を元に

NAT

テーブルを生成でき る.これにより

GN

から

PN

への通信を開始することができ る.

4.むすび

端末の改造が不要な

NAT

越え方式を提案した.今後は

RDNS

NAT

ルータを実装し,動作検証を行う.

参 考 文 献

(1) J. Rosenberg, J. et al: STUN - Simple Traversal of User Datagram

Protocol (UDP) Through Network Address Translators (NATs), RFC3489, 2003

(2)

加藤尚樹,柳沢信成,鈴木秀和,渡邊

"アドレス空間の違

いを意識しない通信を可能とする NATF(NAT Free protocol) 検討と実装"DICOMO2005 シンポジウム論文集,

Vol.2005, No.6,

pp.373-376,Jul.2005.

(2)

端末の改造が不要な NAT 越え方式の提案

名城大学 理工学部

宮﨑 悠 鈴木 秀和 渡邊 晃

(3)

1

研究背景

z インターネットの普及に伴ない、ユビキタス社会 の需要が広まっている

→いつでもどこからでも情報を得たい

z 家庭内や企業内のネットワークはプライベートア ドレスで構築される場合が多い

→ NAT 越えの課題がある

(4)

2

NAT 越え問題

GN

PN1 PN2

NAT の原理 (GN にはプライベートネットワーク内の環境が見えない ) により外側から内側に アクセスする ことができない

② ①

(5)

3

NAT 越え既存技術例 1

z 各端末と第三装置に実装

z 利点

z 端末は NAT 越え技術に対応したソフトをインストールさせるだけ

z 欠点

z 第三装置を設置する必要がある

z 技術例

z STUN

z TURN

(6)

4

NAT 越え既存技術例2

z GN と NAT ルータ( DNS )を改良・設置

z 利点

z 場合によっては DNS を改良するが、特別な第三装置は必要ない

z 欠点

z GN は送信先のネットワークが

この技術を使っていることを知っていて、

対応している必要がある

z 技術例

z NATS

z IP v4 + 4

(7)

5

端末の改造が不要な NAT 越え方式の提案

z 端末には手を加えずに問題を解決したい

z 本方式では NAT ルータと DDNS サーバを改造し、

その NAT ルータと DDNS サーバ (RDNS :

Remodeled DNS) が連携をとることにより問題

を解決する

(8)

6

提案方式 ( 事前設定 )

z 予めプライベートアドレス空間内の端末 PN の名前と NAT ルータのア ドレスが RDNS へ登録される

z 上の登録時に NAT ルータで Access Control Table (ACT) を作成する

z グローバルアドレス空間の端末 GN はプライマリ DNS として RDNS を 設定する

RDNS:G1 NATルータ:G2

PN:P1(bob)

登録パケット

G2→G1 bob.example.net:P1

IPヘッダ データ

P1→G1 bob.example.net:P1

IPヘッダ データ

ACT

Host Name Private address

bob P1

(9)

7

提案方式 ( 動作手順 )

GN:G3

①名前解決依頼

② 通 信 通 知 (G 3 → P 1 )

③ 返 答

⑥通信

⑤ 通 信 開 始

IP

アドレス

(G2)

②の後ACTをチェックして から③を返信

NAT ルータは⑤を受信後,

②とACTを元にNATテーブ ルを生成し,通信を転送 RDNS レコード

FQDN Private

address

NAT router

bob.example.net P1 G2

ACT

Host Name Private address

bob P1

(10)

8

提案方式 (GN)

z 本方式を採用した端末 GN がグローバルアドレス 空間にあるサーバー等にアクセスしたい場合

一般のDNS GN:G3

①名前解決依頼

IP

アドレス

(G

)

RDNS レコード

FQDN Private

address

NAT router

bob.example.net P1 G2

server:G4

② Forwarder

③返答(G4)

⑤通信開始

(11)

9

むすび

z 提案技術

z 改良した NAT ルータと RDNS により、端末に手を加え ることなく NAT 越え問題を解決する方法を提案

z 第三の特殊な装置は必要なく、経路やパケットなどの 冗長はない

z 今後の展開

z 提案方法の実現

(12)

10

補足説明

(13)

11

補足:提案方式動作

① GN は RDNS に bob の名前解決を依頼する RDNS はソースレコードから bob を検索する

→ない場合は本方式対応ではないと判断して,一般の DNS にフォワーダする

② RDNS は NAT ルータに G3 から P1 へ通信要求があったこ とを通知する

③②に対しての返答

④ RDNS は GN に bob のアドレスを応答する

(実際は NAT ルータのアドレス G2 )

⑤ GN は取得したアドレス (G2) に対して通信を開始する

⑥ NAT ルータは得ている情報から NAT テーブルを生成し,

GN からの通信パケットを bob(P1) に転送する

(14)

12

補足:提案方式時間的流れ

GN RDNS NAT ルータ PN

名前解決依頼

名前解決返答

通信通知

ACTよりGT作成

通信

GTを参照しNATテーブルを作成

通信完了

(15)

13

補足:考えられる問題点

z 通信の乗っ取り

他の GN から IP アドレスを装って NAT ルータ宛に通 信が開始された時, NAT ルータは誤って PN に通 信を通してしまう可能性がある

→ RDNS と NAT ルータに事前に鍵を持たせておけ ば,盗聴される可能性があるのは④か⑤の為,

危険性は軽減できる

(16)

14

補足: RDNSDNS の関係

z GN は予めプライマリ DNS に RDNS を登録しておく必要がある

→ RDNS は直接 GN と通信を行うことで GN の IP アドレスを得る

z 異なるアドレス空間の PN が増大すると RDNS の対応が悪くなる可能 性がある。

z この方式が普及し、一般の DNS に RDNS の様なルータをやり取りする

機能が ( ブリッジ等で ) 実装されれば、 GN はプライマリ DNS を変換する

ことなく実現できる

(17)

15

補足: ACT (Access Control table)

z ACT には PN のホスト名、プライベート IP アドレス、グ ローバルアドレス空間からの通信の許可・拒否が書か れている。

z 外側からの通信の許可・拒否はデフォルトでは許可に しておき、何らかの理由により通信をしたくない端末だ け別途拒否登録をする。

ACT

Host Name Private address authorization

bob P1 allow

(18)

16

補足: NAT テーブル生成手法

z GN からのパケットと ACT 情報から擬似パケットを生成

z PN から GN への送信パケットに見せかけもの

z NAT ルータの内側インターフェースで受信した際の処理を実行

GN:G3 NAT router:G2-P2 ACT

Host Name Private address authorization

bob P1 allow

NAT table

Inside Outside protocol

P1:d G2:x TCP 通知情報

G3 → P1

“ G1 → G2:s(TCP) ”

P1:d→G1:s(TCP)

NATテーブル生成 “ G1 → P1:d(TCP) ”

(19)

17

NAT 越え既存技術例

技術名 実装箇所 概略 STUN

(Simple Traversal of UDP Through NATs

PN

STUN サーバ

UDP Hole Punching

を使って

NAT

を通過する方法 。

UDP Hole Punching

UDP

を用いて予め内部より外 部に通信を行うことで

NAT

に通り道を用意しておき、そ こを通して外部より内部に通信を行う方式。

IPv4+4 GN

NAT ルータ

IPv4ヘッダをカプセル化することで更に32bit追加する。

グローバルアドレスとプライベートアドレスを両方保持 し、NAT通過時にこのヘッダを見て二つのアドレスを入 れ替えることにより通信が可能となる。

NATS

(NAT with Sub- Address)

GN

NAT ルータ DNS

IPアドレスとは別に16bitsのサブ・アドレスを定義し、1

つの(グローバル)

IP

アドレスに対して

16bits

のサブ・ア ドレスを割り当てることで、

NAT

NAPT

内のホストを 特定する手段を提供

AVES

(Address

Virtualization Enabling Service)

Waypoint DNS

NAT ルータ

グローバル空間にwaypointと呼ばれる機器を配置し、

それを経由してグローバルアドレス空間の端末はプラ イベートアドレス空間の端末に通信を行う。

(20)

18

NAT 越え既存技術例: AVES

z DNS,NAT ルータ ,waypoint サーバを改良・設置

z 外側の端末は内側の端末への通信に全て waypoint を中継 する

→三角経路

NATルータ GA2 PA2

www.home.com PA1 waypoint

GA3 DNS

GA1

②ルート確認情報送信 端末 : GA1 NATルータ : GA2 www.home.com : PA1

④DNS 返答 [GA3]

参照

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