におけるマルチキャスト機能の実現

NTMobile

におけるマルチキャスト機能の実現

菅沼 良一

，納堂 博史

，鈴木 秀和

，内藤 克浩

，渡邊 晃

名城大学，

愛知工業大学

Realization of Multicast Functions in NTMobile

Ryoichi Suganuma^†, Hiroshi Nodo^†, Hidekazu Suzuki^†, Katsuhiro Naito^‡, Akira Watanabe^†

1

はじめに

モバイル端末や無線インフラの普及により，場所に依存せず，

ネットワークに接続できる通信接続性への要求が高まってい る．また通信中に移動しても通信を継続することができる移動 透過性も重要になっている．

は移動透過性と通信接続性を同時に実現することが できる．ユーザは

をエンド端末に実装することによ り，ネットワークの制約を一切意識することなく，アプリケー ションの開発を行うことができる．しかし現在の

には，マルチキャスト機能が提供されていない．本研究では，

NTMobile

にマルチキャスト機能を実現するため，グループ管 理を行う

を利用したマルチ キャスト機能を提案する．

2 NTMobile

概要

NTMobile

は，エンド端末

以後

端末

に

機 能を実装することにより

エンドツーエンド

通信が可能と なる技術である．

は，

と，

NTM

端末によって構成されている．

はインターネット上 に設置し，

端末への仮想

アドレスの割り当てや，トン ネル構築指示を行う．アプリケーションは仮想

アドレスに よりセッションを確立する．通信開始時，

からの指示に従 い，

端末間で

トンネルを生成する．実際の通信は 全ての通信パケットを実

アドレスによってカプセル化する．

以上の方法により，

では通信接続性と，移動透過性 を同時に実現できる．

では，グループ管理のために

を設置するこ とが検討されている．

はグループメンバの管理とグルー プ鍵の配送を行う．

は，グループのメンバが入れ替わる ことがあっても，グループメンバに共通鍵を矛盾なく配送する 役割を持つ．

3

提案方式

提案方式では，

の機能を拡張することにより，マルチ キャスト機能を実現する．マルチキャストは

で管理され たグループメンバに対して実行する．

NTM

端末と

は，立ち上げ時に相互の認証後に共通鍵を 共有する．グループを構成する意志のある

端末は，同様 の手順で

との間で共通鍵を共有する．共通鍵を共有した 後，マルチキャストを利用するグループメンバは，

に対 して予め

の

トンネル経路を生成しておく．こ れにより，

と

端末間は常に

の経路が確 保されている状態となる．

NTM

端末のアプリケーションは，マルチキャスト

を

Fig. 1 Sequence of Multicast with GMS

指定して送信要求を行うと，

へデータを送信する．

は予め生成したトンネル経路を通して全グループメンバへパ ケットを送信する．マルチキャストを行うアプリケーション は，誰が現在のメンバを構成しているのかを意識する必要がな い．マルチキャストパケットを受けとったノードは，メッセー ジの内容に応じて，個別の応答，もしくはマルチキャストを利 用した応答を返す．

GMS

を用いたマルチキャストシーケンスを

に示す．

グループメンバとなる

端末は

との間で，

シグナリングを行う．この操作によって，

による

トンネルを

端末と

との間で予め生成してお く．

はこの経路を通していつでも通信パケットを

端末に送ることができる．

は

が

，

へ マルチキャストを行い，メッセージを受信した

が，マル チキャストによる応答を返す場合を示している．

は宛先 の名前がマルチキャスト

であるため，送信パケットを トンネル経由で

へ送信する．

は，マルチキャスト グループのメンバ

，

にトンネル経由でメッセージ の転送を行う．メッセージを受信した

は，

と同 様の手順で，

と

にメッセージを送信する．

4

まとめ

本稿では，

でマルチキャスト機能を実現する方法 を提案した．今後は、提案方式のマルチキャストの実装・性能 評価を行っていく．

文 献

[1] 上醉尾，他：IPv4/IPv6混在環境で移動透過性を実現するNTMobileの実 装と評価,情報処理学会論文誌Vol.54, No.10, pp.2288–2299, Oct2013.

菅沼良一

納堂博史

鈴木秀和

内藤克浩

渡邊晃

†

名城大学 理工学部 情報工学科

††

愛知工業大学 情報科学部

 モバイル端末、無線インフラの普及



通信接続性の要求

NAT の外側から内側へのアクセスができない IPv4/IPv6 間に互換性がない



移動透過性の要求

IP ネットワークは、 IP アドレスによって通信を識別

移動時のネットワーク切り替えによる IP アドレスの変化

1

NTMobile （ Network Traversal with Mobility ）

 NTM 端末



NTMobile 機能が実装された端末



仮想 IP アドレスによって通信

 DC(Direction Coordinator)



仮想 IP アドレスの割り当て・管理



UDP トンネル構築



通信経路指示

 RS(Relay Server)



特定の状況において通信を中継

2

Private IPv4 Network

Global IPv4 Network IPv6 Network

Dual-Stack Network

DC

NTM

端末

RS NTM

端末

NTM

端末

NAT NAT

NAT

 移動透過性の実現



通信に仮想 IP アドレスを使用

すべてのパケットを UDP でカプセル化

 通信接続性の実現



DC による経路指示



特定の状況下で RS を指定

両 NTM 端末が異なる NAT 配下 IPv4-IPv6 間通信

3

Private IPv4 Network

Global IPv4 Network IPv6 Network

Dual-Stack Network

DC

NTM

端末

RS NTM

端末

NTM

端末

NAT NAT

NAT

 NTMobile へマルチキャスト機能を追加



相手を意識することなく同一グループメンバーにパケットを送信



NTMobile の利点を活かしたマルチキャストの実現

移動透過性の実現 通信接続性の実現 エンドツーエンド通信

4

 グループの作成、管理

 グループ鍵の配送

 グループに関する情報を所有



グループメンバの FQDN



グループ FQDN



グループ鍵



グループメンバのログイン状況

5

6

IPv6 Network NTM

端末

Global IPv4 Network

NTM

端末

NTM

端末

DC RS

GMS

・

グループメンバ

・

マルチキャスト

・

グループ鍵

・

ログイン状況

Private IPv4 Network

Private IPv4 Network NTM

端末

7

IPv6 Network NTM

端末

Global IPv4 Network

NTM

端末

NTM

端末

DC RS

GMS

Private IPv4 Network

Private IPv4 Network NTM

端末

・

グループメンバ

・

マルチキャスト

・

グループ鍵

・

ログイン状況

8

IPv6 Network NTM

端末

Global IPv4 Network

NTM

端末

Private IPv4 Network

NTM

端末

DC RS

GMS

・

グループメンバ

・

マルチキャスト

・

グループ鍵

・

ログイン状況

Private IPv4 Network NTM

端末

9

IPv6 Network NTM

端末

Global IPv4 Network

NTM

端末

Private IPv4 Network

NTM

端末

DC RS

GMS

・

グループメンバ

・

マルチキャスト

・

グループ鍵

・

ログイン状況

Private IPv4 Network NTM

端末

10

IPv6 Network NTM

端末

Global IPv4 Network

NTM

端末

Private IPv4 Network

NTM

端末

DC RS

GMS

・

グループメンバ

・

マルチキャスト

・

グループ鍵

・

ログイン状況

Private IPv4 Network NTM

端末

11

 複数相手をグループ化してマルチキャスト



グループ化に GMS を利用

 グループ FQDN に向けてパケット送信



グループメンバの詳細を意識する必要がない

12

Direction Request

Route Direction Route Direction

Tunnel Response Tunnel Response

UDP Tunnel

MN DC NAT CN

Tunnel Request

ACK Route Direction

13

NTM1 GMS NTM2 NTM3

Query

Group Information

Capsulated Message NTMobile Signaling

・

・

14

NTM1 GMS NTM2 NTM3

Query

Group Information

Capsulated Message

・ Group FQDN

・

NTMobile Signaling

15

NTM1 GMS NTM2 NTM3

Query

Group Information

Capsulated Message

・

・Group members FQDN

NTMobile Signaling

16

NTM1 GMS NTM2 NTM3

Query

Group Information

Capsulated Message

・

・

NTMobile Signaling

17

NTM1 GMS NTM2 NTM3

Query

Group Information

Capsulated Message

・

・

NTMobile Signaling

18

NTM1 GMS NTM2 NTM3

Query

Group Information

Capsulated Message NTMobile Signaling

・

・

19

NTM1 GMS NTM2 NTM3

Query

Group Information

Capsulated Message NTMobile Signaling

・

・

20

NTM1 GMS NTM2 NTM3

Query

Group Information

Capsulated Message NTMobile Signaling

・

・

 NTMobile にマルチキャスト機能の実装を提案



NTMobile の利点を持ったマルチキャスト

移動透過性、通信接続性の実現 IPv4/IPv6 混在環境で使用可能 エンドツーエンド通信



GMS を用いてマルチキャスト

グループメンバを意識せず、複数のメンバーに同一パケット送信

 今後の予定



より効率的な配送手法の検討

21

Proposal of Selection Method of Optimal Relay Server in NTMobile

22

 GMS による、グルーピング

 GMS へメンバ問い合わせを送信

 GMS からグループメンバの情報を受信



グループメンバ FQDN



グループメンバログイン状況

 受信した情報を用いて、マルチキャストを実行

23

１ . NTM 端末と GMS 間でトンネル生成



GMS の機能拡張

２ . GMS へデータ送信

3. グループメンバにデータ送信



GMS がグループメンバにデータを転送

4. NTM 端末応答



受信によって個別、もしくはマルチキャスト応答を返す

24

25

Direction Request

Relay Direction Relay Response

Route Direction Route Direction Route Direction

Route Direction

Tunnel Request

Tunnel Response Tunnel Response Tunnel Response

UDP Tunnel UDP Tunnel

NTM

端末

端末

Route Direction

Tunnel Response

Tunnel Request

26

NTM1 GMS NTM2 NTM3

Query

Group Information

Capsulated Message

Grouping by GMS

27

NTM1 GMS NTM2 NTM3

Query

Group Information

Capsulated Message

Grouping by GMS

28

NTM1 GMS NTM2 NTM3

・Group name

・Group member FQDN

・Multicast FQDN

Group Information Capsulated Message

Query

Grouping by GMS

29 29

NTM1 GMS NTM2 NTM3

・Group name

・Group member FQDN

・Multicast FQDN

Capsulated Message Group Information

Grouping by GMS

Query

IPv6 Network NTM

端末

Proposal of Selection Method of Optimal Relay Server in NTMobile

30

Global IPv4 Network

RS NTM

端末

Private IPv4 Network NTM

端末

DC RS

GMS

・

グループ名

・

グループメンバ

・

マルチキャスト

・

ログイン状況

Proposal of Selection Method of Optimal Relay Server in NTMobile

31

NTM2

GMS AS DC

RS

NTM1

NTM3

NTM4

Cloud Server

Group A Group B

32

Private IPv4 Network

Global IPv4 Network

IPv6 Network Dual-Stack Network

33

Private IPv4 Network

Global IPv4 Network

IPv6 Network Dual-Stack Network

Proposal of Selection Method of Optimal Relay Server in NTMobile

34

Private IPv4 Network

Global IPv4 Network IPv6 Network

Dual-Stack Network

DC RS

NTM

端末

NTM

端末

NTM

端末

35

Private IPv4 Network

Global IPv4 Network IPv6 Network

Dual-Stack Network

DC

NTM

端末

RS NTM

端末

NTM

端末

36

IPv6 Network NTM

端末

Global IPv4 Network

NTM

端末

Private IPv4 Network NTM

端末

DC RS

GMS

・

グループ名

・

グループメンバ

・

マルチキャスト

・

ログイン状況

Private IPv4 Network NTM

端末

37 NTM1

NTMobile Signaling Capsulated Message

to Multicast FQDN

Capsulated Message

Capsulated Message to Multicast FQDN

Capsulated Message

NTM2 NTM3 GMS

Capsulated Message

NTMobile Signaling

38 NTM1

NTMobile Signaling Capsulated Message

to Multicast FQDN

Capsulated Message

Capsulated Message to Multicast FQDN

Capsulated Message

NTM2 NTM3 GMS

グループ名：

マルチキャスト

：

共通鍵：RN_A

Capsulated Message

NTMobile Signaling

39 NTM1

NTMobile Signaling Capsulated Message

to Multicast FQDN

Capsulated Message

Capsulated Message to Multicast FQDN Capsulated Message

Capsulated Message NTMobile Signaling

NTM2 NTM3 GMS

グループ名：

FQDN：ntm1.jp, ntm2.jp,ntm3.jp

マルチキャスト

：

groupntm.mul.jp

共通鍵：RN_A

40 NTM1

NTMobile Signaling Capsulated Message

to Multicast FQDN

Capsulated Message

Capsulated Message to Multicast FQDN Capsulated Message

Capsulated Message NTMobile Signaling

NTM2 NTM3 GMS

グループ名：

FQDN：ntm1.jp, ntm2.jp,ntm3.jp

マルチキャスト

：

groupntm.mul.jp

共通鍵：RN_A

41 NTM1

NTMobile Signaling Capsulated Message

to Multicast FQDN

Capsulated Message

Capsulated Message to Multicast FQDN Capsulated Message

Capsulated Message NTMobile Signaling

NTM2 NTM3 GMS

グループ名：

FQDN：ntm1.jp, ntm2.jp,ntm3.jp

マルチキャスト

：

groupntm.mul.jp

共通鍵：RN_A

42 NTM1

NTMobile Signaling Capsulated Message

to Multicast FQDN

Capsulated Message

Capsulated Message to Multicast FQDN Capsulated Message

Capsulated Message NTMobile Signaling

NTM2 NTM3 GMS

グループ名：

FQDN：ntm1.jp, ntm2.jp,ntm3.jp

マルチキャスト

：

groupntm.mul.jp

共通鍵：RN_A

43 NTM1

NTMobile Signaling Capsulated Message

to Multicast FQDN

Capsulated Message

Capsulated Message to Multicast FQDN Capsulated Message

Capsulated Message NTMobile Signaling

NTM2 NTM3 GMS

グループ名：

FQDN：ntm1.jp, ntm2.jp,ntm3.jp

マルチキャスト

：

groupntm.mul.jp

共通鍵：RN_A

44 NTM1

NTMobile Signaling Capsulated Message

to Multicast FQDN

Capsulated Message NTMobile Signaling

NTM2 NTM3 GMS

グループ名：

FQDN：ntm1.jp, ntm2.jp,ntm3.jp

マルチキャスト

：

groupntm.mul.jp

共通鍵：RN_A

Capsulated Message

to NTM1 FQDN