P2PSIPの技術動向と NAT Traversal問題に対する取り組み

P2PSIPの技術動向と
NAT Traversal問題に対する取り組み
2007/05/30
NEC システムプラットフォーム研究所
山口 一郎 江川 尚志
目次
• 関連技術動向
• 標準化活動動向
• NAT Traversalに関する検討
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NEC Internal Use Only
背景
• クライアント-サーバ型モデルSIPの限界
• 分散制御型SIPによるシステム信頼性の向上
P2PSIP Peer
・SIPサーバ機能
・データベース機能
68th IETF Meeting資料
より抜粋
P2PSIP Client
・SIP UA機能
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NEC Internal Use Only
P2PSIP関連技術動向
• 企業動向
– Skype(独自プロトコル)
– Gizmo（SIPベース）
– One-X Quick Edition（SIPベース, 20台程度限定，
AVAYA）
• 大学
– Columbia University（プロトタイプ試作）
– William & Mary College（プロトタイプ試作）
• 標準化
– P2Pシグナリングプロトコル策定検討中
• 独自プロトコル，SIP拡張
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NEC Internal Use Only
P2PSIP標準化動向
• P2PSIP WGのcharter
– Overview
• 用語の定義，Peer，Clientの役割定義
• Peer：SIPハンドリング，ロケーションサーバ，DHT，Bootstrap，
NAT Traversal，Media Relay
• Client：Peerのサブセット
– P2PSIP Peer Protocol
• Peer間，Peer-Client間の通信プロトコル
– P2PSIP Client Protocol
• Client間，Client-Peer間の通信プロトコル
– P2PSIP Usage
• ユースケースの提示
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NEC Internal Use Only
68th IETF Meetingでの議論
•
Concept & Terminology
– P2PSIP Peer/Clientに必要な機能とその用語の定義
•
DHT Discussion
– P2PSIPで使うDHTアルゴリズムを1つに絞るのか?
それとも，複数アルゴリズムをサポートするのか?
•
NAT Traversal Discussion
– Super Peer経由でのNAT Traversalを実現
– 部分的にPeer間で論理的なメッシュネットワークを形成し，Traversalを実現
•
Peer Protocol Discussion
– DHT，レプリケーション機能，NAT Traversal機能
•
Henning s additional Peer Protocol Discussion
– データサイズ，期限，Peer-Peer，Peer-Client
•
Client Protocol Discussion
– ストレージ機能に関して，
• 単に，Peerにアクセスするのみ
• Peerの補助的な役割を果たす
• ストレージ機能は持たずに，DBへのアクセスを可能とする
次回69th IETF Meetingにて，Concept & TerminologyをFixの予定
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NEC Internal Use Only
P2PSIPにおける
NAT Traversal方式の提案
分散セッション制御（P2PSIP）について
• SIPサーバのP2P化
• 分散セッション制御（P2PSIP）アーキテクチャ
– 分散セッション制御ノード（P2PSIP Peer）
• SIPサーバ機能，宛先検索機能
– 分散セッション制御クライント（P2PSIP Client）
• SIP-UA機能
・SIPサーバ機能
SIPサーバ機能
・宛先検索機能
−DHT，
DHT，Flooding…
Flooding…
SIP
RTP
P2PSIP Peers
状態
SIP
RT
P
検索
・SIPSIP-UA機能
UA機能
P2PSIP Clients
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NEC Internal Use Only
NAT Traversal
問題
NAT NAT NAT
NAT
2．分散セッション制御（P2PSIP）向け
NAT Traversal方式の条件
• 分散セッション制御（P2PSIP）では，
PeerによるNAT Traversal処理
を想定
• 従って，以下3つの条件が考えられる
– いろんなタイプのNATに対応すること
– 分散型への対応
• P2PSIP Peerは多数存在する
– SIPの特性を利用する
• SDPの利用
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NEC Internal Use Only
3．NATタイプとTraversal方式について
■Cone系NAT
■Symmetric NAT
グローバル
プライベート
プライベート
（IP_B，port_b）
（IP_B，port_b）
（IP_D，port_d）
（IP_D，port_d）
（IP_A，port_a）
（IP_A，port_a） （IP_E，port_e）
（IP_C，port_c）
•
グローバル
（IP_C，port_c）
NAT Traversal技術
– STUN
• NATのグローバル側ポートを探索する方式
– Cone系NATに対応
– Full Cone，Restricted Cone，Port Restricted Cone，Symmetricの識別も行う
– TURN
• グローバルネットワーク環境に、中継ノードを配置して、トラヒックを中継する方式
– Symmetric NATに対応
– ICE
• STUN方式，TURN方式を組み合わせた方式
– Cone系NAT，Symmetric NATに対応
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NEC Internal Use Only
4．既存方式の問題点
• 各方式での問題点
– STUN方式の場合
• すべてのNATに対応することができない
– NATがSymmetricタイプの場合，通信不可能となる
– TURN方式の場合
• NAT配下同士の端末は通信可能であるが，すべてのトラヒックを
中継するためスケーラビリティがない
– ICE方式の場合
• NATでマッピングされるグローバルIPアドレス，port番号および，
トラヒック中継用のIPアドレス，port番号を端末へ通知し，端末同
士でネゴシエーションを行って通信パスを決定するため，
①最適パスが設定されない
②パス設定に無駄な時間リソースを消費する
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NEC Internal Use Only
5．提案方式概要
• グローバルIPをもったPeerが
– ① NATタイプを判定
– ② NATタイプに応じて通信パスを決定
– ③ 通信パスに応じてSIPメッセージ内のSDP書換を実施
Peer
Peer
メ
fo ッセ
rN ー
AT ジ
Ty 交換
pe
判
定
換 定
ジ交 e判
セー Typ
ッ
メ AT
rN
fo
メッセージ交換
for NAT Type判定
NAT1
NAT2
通信パス
Client1
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Client3
Client2
NEC Internal Use Only
提案方式
NATタイプの判定
Cone系，Symmetricの識別
• IP, portの組を変えて
Cone系NAT or
Symmetric
を識別する
STUNのシーケンス
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NEC Internal Use Only
提案方式
通信パス決定
Peerは，NATタイプから最適な通信パスを決定
• 通信パス①：Peerで中継するパス
– 双方のうちいずれかが，Symmetric NAT配下にいる場合
• 通信パス②：NATを越えて通信するパス
– 少なくとも一方が，Cone系NAT配下にいる場合
• 通信パス③：ローカルネットワーク内で直接通信するパス
– 双方とも同一NAT配下にいる場合
Peer
Peer
①
②
NAT1
NAT2
③
Client1
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通信パス
Client3
Client2
NEC Internal Use Only
提案方式
SDP書換
Peerは，決定したパスに応じてSDP書換を実施
①発呼側のNATタイプ通知
②通信パス決定/SDP書換
・SIPメッセージ内のSDPにNAT
タイプを書き込む
（SDPのオプションとして）
・発呼側NATタイプ，着呼側NAT
タイプから，パスを決定してSDP
内の待ちうけIP, portを書換
発呼側
Client1
INVITE
Peer1
NAT1
（Symmetric）
200OK
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INVITE
Peer2
INVITE
NAT2
（Cone系）
200OK
200OK
④SDP書換
③通信パス情報の通知
・通信パス情報から，SDP内の待
ちうけIP, portを書換
・SDP内に決定した通信パス情
報を記載
（SDPのオプションとして）
NEC Internal Use Only
着呼側
Client2
P2PSIPでのNAT Traversalを考慮した全体シーケンス
P2PSIP
NAT1
Client 1 （Symmetric）
①
P2PSIP Peer 1
STUN機能
P2PSIP Peer 2
SIP
SIP
STUN機能
REGISTER
NAT2
（Cone系）
REGISTER
②
NATタイプ把握
INVITE
⑤
④
Peer検索
INVITE
NAT1のタイプ
情報
主信号経路
決定
⑥
主信号経路
設定
⑦
INVITE
⑨
200 OK
⑩
200 OK
主信号
中継部
主信号
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①
②
NATタイプ把握
③
P2PSIP
Client 2
主信号経路
設定
⑧
200 OK
主信号
経路情
報
⑪
主信号
NEC Internal Use Only
主信号
中継部
主信号
まとめ
• P2PSIPにおけるNAT Traversal方式の検討
– PeerによるNATタイプの判定
– Peerによる通信パスの設定および，SDP書換実
施
⇒SIPメッセージ交換の際に，NAT Traversal処理
を行うための情報交換，およびSDP書換を実施
することで，従来方式に比べて高効率な通信パ
ス設定を実現できる
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NEC Internal Use Only