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中村隼大 鈴木秀和 内藤克浩 渡邊晃 名城大学理工学部愛知工業大学情報科学部

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Academic year: 2021

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(1)

NTMobile

を用いたエンドツーエンド通信によるチャットアプリケーションの提案

中村 隼大

†∗

,鈴木 秀和

,内藤 克浩

,渡邊 晃

(

名城大学,

愛知工業大学

)

Proposal of Chat Application of End To End Communication using NTMobile

Hayata Nakamura†, Hidekazu Suzuki, Katsuhiro Naito, Akira Watanabe(Meijo University,Aichi Institute of Technology)

1

はじめに モバイルネットワークの普及に伴い,チャットが重要なコ ミュニケーションツールとなっている.チャットはクライアン トサーバシステムで実現するのが一般的である.しかし,サー バから情報漏洩する懸念や,サーバの障害・二重化等に対する 管理負荷が大きいという課題がある. 筆者らは,端末がどのようなネットワーク環境にいてもエ ンドツーエンドで通信を行うことができるNTMobile(Network

Traversal with Mobility)を提案している[1].そこで,本稿では

NTMobileを用いたエンドツーエンド通信によるスマートフォ ン向けチャット通信方式を提案し,その利点を考察する.

2

従来のチャットアプリケーションの実現方法

従来のチャットアプリケーションは,インターネット上に存 在するIRC(Internet Relay Chat)サーバとクライアントから成 るクライアントサーバシステムで実現されている.このシステ ムでは,クライアントがサーバに対してメッセージを送付し, サーバが各クライアントに同一メッセージを配信する.サーバ はクライアントに対してNotication*1と呼ぶメッセージを送 信し,アプリケーションを起動させる.これでクライアントは メッセージの受信を知り,サーバにチャットデータを取りに行 くことができる. 現在のネットワークには通信経路上にNAT(Network Address Translation)が存在することが多く,エンドツーエンドの通信 が阻害されている.そのため,インターネット上のサーバを介 して通信を行う必要があった.クライアントサーバシステムで は,サーバの管理者が情報を取得できるため,セキュリティ上 問題があるという指摘がある.また,サーバの二重化等の管理 が必須である.

3 NTMobile

によるエンドツーエンド通信 NTMobileは,主にNTMobileを実装した端末(NTM端末)NTM端末に対してアドレス情報の管理やトンネル構築指示 を行うDC(Direction Coordinator)により構成される.NTM端 末はスマートフォンなどの移動端末を想定しており,インター ネット上に配置されたDCから仮想IPアドレスが割り当てら れる.アプリケーションは仮想IPアドレスによりセッション を確立する.通信開始側のNTM端末(イニシエータ)は通信開 始時にDCからの指示に従って通信相手のNTM端末(レスポ ンダ)との間に実IPアドレスによるUDPトンネルを構築する. 実際の通信は仮想IPアドレスによるパケットを実IPアドレス でカプセル化することにより実現する.通信経路上にNATが 存在している場合であっても,NATによるアドレス変換はカ プセル化パケットの外側IPヘッダに対して行われるため,ア

*1 Google の提供する GCM,Apple の提供する APNS などのサービスが存 在する. イニシエータ NAT レスポンダ NTM Signaling UDP入力 UDP応答 TCPコネクション ファイル転送 TCPコネクション切断 NAT キャラクタデータの入力 ファイル転送の指示 DC

Fig. 1 End To End Chat Sequence

プリケーションはNATに影響されることなくエンドツーエン ドの通信を行うことができる.NTMobileを適用することによ り,ユーザはサーバを経由することなく直接通信を行うことが できる.

4 NTMobile

を用いたチャット通信 <4・1 >概要 イニシエータがレスポンダのFQDNを指定する とNTMobileのシグナリング機能により,両者の間にエンド ツーエンドのトンネル経路が構築される.このトンネルを経由 して,キャラクタデータやファイル転送を直接実行する. <4・2 >通信方式 Fig1にエンドツーエンド通信によるチャッ トのシーケンスを示す.NTM Signaling処理の詳細説明につい ては本稿の本質ではないため省略する.NTM Signaling処理 後,送信データがチャットのキャラクタデータであれば,単一 パケットの通信で済むためUDPで通信を行う.この場合,正 常に受信できたことを確認するためレスポンダはアプリケー ションレベルで応答を返す.送信データがファイル(長デー タ)であればTCPで通信を行う.TCP通信の場合,送達確認 はTCPの機能に任せる. 本提案方式ではチャットサーバが不要であるため,サーバの 管理が不要で,サーバからの情報漏洩等の心配がない.また, サーバを介する場合に比べ,シーケンスを大幅に簡略化できる.

5

まとめ 本稿では,NTMobileを用いてエンドツーエンドでチャット 通信を実現する方式を提案した.今後は,相手端末が起動して いない場合や複数人でのチャットを行う場合等について検討す る.また,提案手法の実装・性能評価を行っていく. 文 献 [1] 鈴木 秀和,他:NTMobile における通信接続性の確立手法と実装,情報 処理学会論文誌Vol.54, No.1, pp.367379, 2013.

(2)

中村 隼大

鈴木 秀和

内藤 克浩

† †

渡邊 晃

名城大学 理工学部

(3)

ネットワーク技術が急速に発展

チャットが重要なコミュニケーションツール

クライアントサーバシステムによる実現

チャットを業務で使用するのが有用

サーバから情報漏洩する懸念

1

クライアント

A

サーバ

クライアント

B

Internet

エンドツーエンド通信によるチャットの実現

(4)

クライアントサーバシステム

2

Global Network

クライアント

A

クライアント

B

NAT

Internet

IRCサーバ

Private Network

クライアントは

経路

を確保

Keep Alive

IRC:Internet Relay Chat

NAT:Network Address Translation

NAT

クライアント

C

Private Network

(5)

クライアントサーバシステム

3

クライアント

A

クライアント

B

NAT

Internet

IRCサーバ

メッセージ送信

メッセージ受信

Private Network

クライアントは

経路

を確保

インターネット

を経由

IRC:Internet Relay Chat

NAT:Network Address Translation

NAT

クライアント

C

Global Network

(6)

4

イニシエータ

CS

NAT

レスポンダ

POST

POST応答

CS:Chat Server

POST応答

POST

GET応答

GET

Keep Alive

・サーバに

データを送信

POST

POST応答

Notification

Notification

・メッセージの

受信を通知

・メッセージを取得

Hello

Hello

(7)

5

イニシエータ

CS

NAT

レスポンダ

POST

POST応答

CS:Chat Server

POST応答

POST

GET応答

GET

Keep Alive

POST

POST応答

Notification

Notification

・メッセージの

受信を通知

・メッセージを取得

・メッセージ取得の

確認応答を送信

Hello

・サーバに

データを送信

Hello

(8)

6

イニシエータ

CS

NAT

レスポンダ

POST

POST応答

CS:Chat Server

POST応答

POST

GET応答

GET

Keep Alive

POST

POST応答

Notification

Notification

・メッセージの

受信を通知

・メッセージを取得

・メッセージ取得の

確認応答を送信

・既読通知を送信

Hello

・サーバに

データを送信

Hello

(9)

サーバから情報漏洩する懸念

管理者が情報を取得

業務での利用は難しい

サーバの管理負荷

サーバの障害・二重化等に対する管理負荷が大きい

トラフィックが大きい

シーケンスが複雑

メッセージ送信毎、すべての処理を実行

7

チャットをエンドツーエンドで実現

NTMobile上でチャットを実現

(10)

8

エンドツーエンドの通信を行える

ネットワーク環境(プライベート,グローバル)を意識せず通信

アプリはNATの存在を意識しない

DC:Direction Coordinator

Global

Network

Private

Network

(11)

9

アプリケーション間は

仮想

IPアドレス

で通信

ネットワーク環境が変わっても変化しないIPアドレス

実際の通信は

IPアドレス

でトンネル通信

IPアドレスで仮想IPアドレスをカプセル化

イニシエータは通信開始時に

DCからの指示

に従って

レスポンダとの間に

トンネル

を構築

IPアドレス

仮想

IPアドレス

エンドツーエンド通信が可能

(12)

NTM Signaling

10

イニシエータ

DC

NAT

レスポンダ

経路指示要求

トンネル構築応答

UDP トンネル

通信経路の指示

トンネル構築要求

Keep Alive

(13)

NTM Signaling

11

イニシエータ

DC

NAT

レスポンダ

経路指示要求

通信経路の指示

トンネル構築応答

UDP トンネル

トンネル構築要求

Keep Alive

(14)

NTM Signaling

12

イニシエータ

DC

NAT

レスポンダ

通信経路の指示

トンネル構築応答

UDP トンネル

経路指示要求

トンネル構築要求

Keep Alive

(15)

Keep Alive

NTM Signaling

13

イニシエータ

DC

NAT

レスポンダ

トンネル構築応答

UDP トンネル

経路指示要求

通信経路の指示

一回のみ処理を行う

トンネル構築要求

(16)

キャラクタデータ

14

イニシエータ

DC

NAT

レスポンダ

データ送信

UDP応答

キャラクタデータの入力

(17)

ファイル転送

15

イニシエータ

DC

NAT

レスポンダ

ファイル転送の指示

TCPコネクション

ファイル転送

TCPコネクション切断

・簡単にチャットを実現

・シンプルなシーケンス

(18)

16

従来方式

(CS経由)

提案方式

セキュリティ

×

(管理者が情報を取得)

(情報漏洩の心配がない)

サーバ管理

(サーバの障害、

×

二重化等の管理)

CS不要→DC)

トラフィック

(シーケンスが複雑、

×

毎回全ての処理を実行)

(シグナリング処理は

初回のみ)

(19)

NTMobileを用いたエンドツーエンド通信による

チャット通信方式

トンネルを構築・経由してキャラクタデータやファイル転送を

直接実行

提案方式の有用性を確認

サーバの管理が不要

サーバから情報漏洩の心配がない

トラフィックの軽減

今後の予定

提案手法の実装・性能評価

相手端末が起動していない場合,

大規模なチャットを行う場合の処理について検討

17

(20)
(21)

相手端末が起動していない場合

従来の方式で通信

複数人での大規模なチャットを行う場合

19

Internet

数珠繋ぎ

チャット

エンドエンド

通信

NTM端末

NAT

(22)

NAT

NAT

イニシエータ

レスポンダ

RS

DC

Private Network

20

イニシエータ・レスポンダが共に

NAT配下に

存在する場合の通信の中継

エンドツーエンドで通信を行える

CSと異なりRSは

経由するのみ

Internet

Private Network

Fig. 1 End To End Chat Sequence

参照

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