NAT-f を利用した SIP の NAT 越え通信の検討 三浦 健吉

NAT-f を利用した SIP の NAT 越え通信の検討 三浦 健吉^＊，鈴木 秀和，渡邊 晃(名城大学)

Researches on the NAT traversal technology utilizing NAT-f Kenkichi Miura, Hidekazu Suzuki, Akira Watanabe (Meijo University)

１．はじめに

いつでもどこからでもネットワークにアクセスできるユ ビキタスネットワークの需要が広まっている．しかし，家 庭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，インターネット側の端末からプライベートア ドレスの端末に通信を開始できないという NAT 越え問題 がある．

我々は，グローバルアドレスの端末と NAT ルータが連携 することにより，NAT 越え問題を解決する NAT-f(NAT-free protocol)を提案している．しかし，NAT-f は SIP(Session Initiation Protocol)に対応できないという問題があった．

そこで NAT-f による SIP の NAT 越えについて検討した．

２．NAT-f とその課題

Fig1 に NAT-f の概要を示す．外部ノードを EN ，内部ノー ドを IN と略する． IN はプライベートアドレス空間に存在 する． EN 及び NAT-f ルータには NAT-f 機能が実装されてお り， IN 及び DDNS サーバは既存のものを使用する． ただし，

DDNS サーバには予め設定が必要である．

EN は IN へ通信を開始する際， IN の FQDN に対する名前 解決を DDNS サーバに依頼する．ここでは， IN の FQDN を bob.home.example.net とする． EN は DNS 応答パケットをカ ーネルでフッキングし，取得した NAT-f ルータの IP アドレ ス G2 を仮想アドレス V1 に書き換える．この処理により，

EN は通信相手の IP アドレスを V1 として認識する．

EN は宛先 IP アドレスが V1 である最初の TCP/UDP パケ ットを送信する際に，一時的にこのパケットをカーネル内 に退避させ， NAT-f ルータとの間で NAT-f ネゴシエーション を実行する． NAT-f ルータはこれにより EN-IN 間の通信に 必要な NAT テーブルを生成する．ここで， NAT-f ルータは，

自身のグローバルアドレス G1 と外側にマッピングされた ポート番号を EN に返信する． EN は以後，送信するパケッ トの宛先 IP アドレスを G1 へ，宛先ポート番号をマッピン

グされたポートに書き換える．逆方向も同様のアドレス変 換を行う．以上の動作により NAT 外部からの通信開始が可 能となる．

ここで，SIP においては TCP/UDP パケットの IP ペイロ ード部分に IP アドレスの情報が記載されている．そのため，

NAT-f のようにネットワーク層でのアドレス変換だけでは

対応できないという課題がある．そこで次章で NAT-f を改 造することにより SIPの NAT 越えを実現する方法について 検討した．

３．提案方式

提案方式のシーケンスを Fig2 に示す．EN， NAT-f ルータ 及び SIP プロキシ B には NAT-f 機能が実装されている．

IN から送信された REGISTER メッセージを受信した SIP プロキシ B は， IP アドレスを P1 から仮想アドレス V1 へ書 き換えて登録する． EN から INVITE を受け付けると SIP プ ロキシ B は NAT-f ルータとの間で NAT-f ネゴシエーション を実行し INVITE を IN まで送り届ける．

IN から返信された 200 OK メッセージは SIP プロキシ B においてトランスポートアドレスを P1 から G2 に書き換え る．200 OK を受け取った EN は同様にアドレスを G2 から V2 へ書き換える．

EN は SIP 完了後， IN との間でデータ転送を行う．この ときの NAT 越えの手段は従来の NAT-f による方法と全く同 様である．

４．むすび

NAT-f による SIP の NAT 越えについて検討を行った．今後 は，実装と動作検証を行う．

文 献

(1) 鈴木秀和他：情処学論，Vol.48，No.12，pp.3949-3961，Dec.2007 Fig.2. Sequence of the proposal method

Fig.1. NAT-f Mapping Negotiation

IP: G2 URI: UG1

IP: G1

INVITE: UG1, G1

INVITE

G2→V2

Media Session P1→G2

INVITE 200 OK: P1 200 OK

REGISTER: UP1, P1

200 OK

ACK ACK

ACK NAT-f Mapping Negotiation

URI: UP1, IP: P1

NAT-f Mapping Negotiation

SIP Proxy A SIP Proxy B NAT-f Router IN EN

P1→V1

NAT-f NAT-f NAT-f

NAT-f Router IN EN

DDNS Server

DNS Query DNS Responese

NAT-f Mapping Negotiation TCP/UDP Communication Domain: example.net

IP: G2 IP: G2, PHN: bob

*.home IN A G2 RR

NAT-f NAT-f

NAT-f

SIP

NAT

名城大学 理工学部 三浦健吉，鈴木秀和，渡邊晃

NAT-fを利用したSIPのNAT越え通信の検討 2

はじめに

„ IPv4

IPv4

IP

„ NAT

… 1

IP

⇒ グローバル

IP

„ NAT

… NAT

NAT: Network Address Transration

*: 本稿ではNAPTまたはIPマスカレードを含めてNATと呼ぶ

NAT-fを利用したSIPのNAT越え通信の検討 3

NAT-f*(NAT-free protocol)

„ NAT-f

… NAT

„ NAT-f

… SIP

NAT

→

NAT-f

SIP

IP

→

NAT-f

SIP

NAT

* 情報処理学会論文誌，Vol.48，No.12，pp.3949-3961，Dec.2007

NAT-fを利用したSIPのNAT越え通信の検討 4

NAT-f

EN(External Node): 外部ノード IN(Internal Node): 内部ノード

DDNS Server NAT-f IN router

HostName: bob EN

TCP/UDP通信 TCP/UDP通信

bobに関する NATテーブル

を生成

マップされたポートに向けて 送信

取得したIPアドレスを 仮想アドレスへ書き換える

（＝通信相手のIPアドレスを 仮想アドレスとして認識する)

宛先IPアドレスが仮想 アドレスである最初のパケッ

トをトリガにして実行

ドメイン

IPアドレス

DNS名前解決

bobと通信したい マップされたポート

NAT-fネゴシエーション

INのホスト名とNAT-f ルータのIPアドレス の関係が登録されて

いる

INのホスト名とプライ ベートIPアドレスの関 係が登録されている

NAT-fを利用したSIPのNAT越え通信の検討 5

SIP

SIP Server A SIP Server B IN

IP: IP_EN URI: URI_EN

EN

IP: IP_IN URI: URI_IN

INVITE: URI _EN , URI _IN , IP _EN :t

200 OK: URI _IN , URI _EN , IP _IN :u REGISTER: URI _IN , IP _IN :s

URI _IN , IP _IN :s

登録

ACK: URI _EN , URI _IN

ロケーション

メディアセッション

dst: IP _IN :u dst: IP _EN :t

dst: IP _IN : ｓ

転送先の情報を取得

NAT-fを利用したSIPのNAT越え通信の検討 6

NAT-f

SIP

NAT

„ NAT-f

IP

⇒

SIP

IP

NAT-fを利用したSIPのNAT越え通信の検討 7

提案方式

1/5 :

„ NAT-f

: EN

SIP Server B

NAT-f router

„ ACT: IN

SIP URI

IP

ACT(Access Controll Table):

NAT-fを利用したSIPのNAT越え通信の検討 8

提案方式

2/5 : REGISTER

„ SIP Server B

DB

NRT(Name Relation Table):

SIP Server A NAT-f IN

router

REGISTER: URI _IN , IP _IN :s

URI: URI_EN HN: bob

URI: URI_IN

ロケーション

IP _IN

V1

NRT V1 ,IP

_NAT

_IN

登録

URI

_IN

生成 NAT-f

NAT-f NAT-f

NAT-fを利用したSIPのNAT越え通信の検討 9

提案方式

3/5 : INVITE

„ SIP Server B – IN

NAT

SIP Server A NAT-f IN

router SIP Server B

URI: URI_EN HN: bob

URI: URI_IN

EN

INVITE: URI _EN ,URI _IN , IP _EN :t

URI

_IN

NRT

m

URI _IN , s

NATテーブル

IP _NAT :m

IP _IN :s

_IN

_IN

V1 ,

IP _NAT

_IN

VAT

V1:s ⇔ IP _NAT

dst: IP _NAT :m dst: IP _IN :s

転送先の情報を取得

dst: V1:s

URIによりINのプライベ ートIPアドレスを取得

VATに従いアドレス変換 V１によりマッピングに必要な情報を取得

ＮＡＴ-fネゴシエーション NAT-f

NAT-f NAT-f

トリガパケット

生成

生成

NAT-fを利用したSIPのNAT越え通信の検討 10

提案方式

4/5 : 200 OK, ACK

„ EN

NAT-f

NAT

IP

SIP Server A NAT-f IN

router SIP Server B

URI: URI_EN HN: bob

URI: URI_IN

EN

200 OK: URI _EN ,URI _IN, IP _IN :t IP _IN

IP _NAT

IP _NAT

V2

NRT V2 ,IP

_NAT

_IN

生成

ACK: URI _EN ,URI _IN

dst: IP _NAT :m dst: IP _IN :s

V1:s ⇔ IP _NAT

VATに従って アドレス変換 NAT-f

NAT-f NAT-f

NAT-fを利用したSIPのNAT越え通信の検討 11

提案方式

5/5 :

„ EN – IN

NAT

SIP Server A NAT-f IN

router SIP Server B

URI: URI_EN HN: bob

URI: URI_IN

EN

n

URI _IN , t

VAT

V2:t ⇔ IP _NAT

IP NAT

_IN

IP _NAT :m

IP _IN :s IP _NAT :n

IP _IN :t dst: V1:t

dst: IP _IN :t dst: IP _EN :t

メディアセッション確立

ACT bob, URI

_IN

_IN

NATテーブル

参照 参照

ＮＡＴ-fネゴシ エーション

VATに従って

アドレス変換

dst: IP _NAT

NAT-f

NAT-f NAT-f

トリガパケット

生成

NAT-fを利用したSIPのNAT越え通信の検討 12

むすび

„ NAT-f

SIP

NAT

„

NAT-fを利用したSIPのNAT越え通信の検討 13

補足資料など

NAT-fを利用したSIPのNAT越え通信の検討 14

提案方式の環境

SIP Server A SIP Server B IN

EN NAT-f

router

URI: URI

HN: bob URI: URI

NAT-f NAT-f NAT-f

NAT-fを利用したSIPのNAT越え通信の検討 15

NAT-f

„ 3

IN DDNS Server

NAT-f router

HN: bob IP: IP

EN

DNS名前解決

NAT-fネゴシエーション

TCP/UDP通信 TCP/UDP通信

bobと

通信したい bobに関する

NATテーブル を生成

マップされたポート に向けて送信

IP: IP

IP: IP

NAT-fを利用したSIPのNAT越え通信の検討 16

NAT-f

(

) 1/2

„ DNS

IP

IP _NAT

V1

→アプリケーションは通信相手の

IP

V1

IN DDNS Server

IP NAT

V1

NAT-f router

仮想アドレスへ書き換え DNS名前解決

NRT

HN: bob bob.home.example.net

Application Kernel

EN

保存

V1, IP _NAT , bob

NRT: Name Relation Table;

NAT-fを利用したSIPのNAT越え通信の検討 17

NAT-f

(

) 2/2

„ EN

NAT-f

VAT: Vartual Address Translation Table; 仮想アドレス変換テーブル

IN DDNS Server NAT-f

router

NRT V1, IP _NAT , bob

HN: bob

Application Kernel

EN

IP _EN :s ← V1:d

NAT-f ネゴシエーション

IP _NAT :m ⇔ IP _IN :d 生成

IP _EN :s → IP _NAT :m IP EN :s → IP IN :d IP _EN :s ← IP _IN :d IP EN :s ← IP NAT :m

VAT V1:d ⇔ IP _NAT :m IP EN :s → V1:d

アドレス変換

m bob, d

V1で検索

ACT bob, IP _IN , allow

bobで検索

生成

NATテーブル

NAT-fを利用したSIPのNAT越え通信の検討 18

仮想アドレス

„

E

IP

„

E

IP

„ IP

A: 0.0.0.0-127.255.255.255

B: 128.0.0.0-191.255.255.255

C: 192.0.0.0-223.255.255.255

D: 224.0.0.0-239.255.255.255

E: 240.0.0.0-255.255.255.255