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ECN sada 親 makoto, hitomi
完全分散型VPNの設計と実装 ECN sada 親 makoto, hitomi
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アウトライン 背景と問題意識 ELA 提案と概要 設計課題 ネットワーク構築方法 実装と評価 関連研究 まとめと今後
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背景と問題意識
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背景 インターネットの普及と仕事の変化 在宅勤務で利用されるネットワーク技術 在宅勤務制を導入する企業の増加（Oracle等）
自由な時間や場所で仕事が可能に 在宅勤務で利用されるネットワーク技術 VPN
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VPN なぜVPNが利用されるのか？ 個人同士の作業にも利用できないか？ 専用線やダイアルアップより遥かに安価
既存のソフトウェアに手を加えることなく利用できる 認証や通信経路暗号化等によるセキュリティ 個人同士の作業にも利用できないか？ しかし企業のような設備がない
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問題意識 やりたいこと 従来のオーバーレイ型VPN機構 個人同士が協調作業するための専用ネットワークとして、VPNを構築したい
クライアントサーバモデルによる運用・性能の問題点 インターネット
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問題意識 クライアントサーバモデルのVPN 運用の問題点 性能の問題点 Addressing Single Point of Failure
Etc. 性能の問題点 Single Source of Bottleneck
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ELA ～提案と概要～
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ELA ELA (Everywhere Local Area network) 個人同士のノードによる専用ネットワーク（ELA-VPN)
LANと同様に扱える 内部的にはP2Pネットワークになっており、ノード同士の通信にサーバ不要 ELA-VPN用IPアドレスの割り当て
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ELA イメージ図 P2Pネットワーク 10.0.0.6 10.0.0.1 ELA-VPN 10.0.0.2 10.0.0.3
インターネット
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ELA ～関連研究～
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関連研究（１） Emotion Link 仮想的なLANを構築 通信の中継はサーバが行う EL IPアドレスが割り当てられる
サーバのダウン＝サービス停止
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関連研究（２） IPv6 P2P VPN システム 株式会社DITが開発 IPv6 のIPsecを用いたVPN End-to-Endの通信
管理が煩雑化 IPv6 の導入が必要
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ELA ～設計課題～
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設計課題 カプセル化パケットの転送プロトコル P2Pネットワークの構築方法 TCP? UDP? GRE? IPSec?
Firewall, NATなどのノードを考慮 P2Pネットワークの構築方法 ルーティング手段の確立
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カプセル化パケットの転送プロトコル NATやFirewallによる通信への影響
TCP/IP 設定によって通信可、内側からセッションを張れることが多い UDP/IP 設定によって通信可 GRE ルータやNATによっては通信不可 IPSec 〃 以上の理由から、オーバーレイ型VPNではTCP, UDPを利用する実装が多い
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カプセル化パケットの転送プロトコル UDPのメリット TCPのメリット 共にメリットがある
転送速度がTCPより約1.6倍高速（OpenVPNの場合、当然実装による） TCPのメリット Firewall, NAT内からでも接続できる 共にメリットがある
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P2Pネットワークの構築方法 カプセル化パケットの転送プロトコル ELA-IPアドレスとインターネットのIPアドレスの対応表
TCPとUDPを適宜使い分けるネットワークトポロジ ノードが利用できるプロトコルによってノードを分別 ELA-IPアドレスとインターネットのIPアドレスの対応表 全ノードで分散して保持、必要に応じてやり取り 分散ハッシュテーブルの利用
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P2Pネットワークの構築方法
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ELA ～ネットワーク構築方法～
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設計方針 ネットワーク ルーティングに分散ハッシュテーブルを利用 TCPとUDPの両方の特性を生かす 認証や初期ノード発見 サーバを用意
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論理ネットワークの例 30 コアノード 27 3 エッジノード 8 UDP 23 TCP 12 TCP（予備） 16 14
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コアノードとエッジノード コアノード エッジノード 他ノードからTCPを受け付けられる UDPで送受信できる
ELA-IPアドレスと実際のIPアドレスの対応表を持つ エッジノード コアノード以外のノード
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論理ネットワークの例 30 コアノード 27 3 エッジノード 8 UDP 23 TCP 12 TCP（予備） 16 14
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ブートストラップ サーバに認証される 二種類に分類される ELA-VPNの他のノードのIPアドレスを聞く ELA-IPアドレスを決定
コアノード、エッジノード ELA-VPNの他のノードのIPアドレスを聞く ELA-IPアドレスを決定 コア ノード 他のノードはここ ELA-VPN 認証
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Key = hash(ELA-IP); Value = インターネットにおけるIPアドレス
論理ネットワークの例 30 分散ハッシュテーブル Key Value 3 xx.yy.zz.3 8 aa.bb.cc.12 12 14 dd.ee.ff.16 16 23 gg.hh.ii.23 27 30 xx.yy.zz.3 27 3 8 23 12 gg.hh.ii.23 16 aa.bb.cc.12 Key = hash(ELA-IP); Value = インターネットにおけるIPアドレス 14 dd.ee.ff.16
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論理ネットワークの例 コアノードが参加する場合:例 12 ハッシュテーブルの更新 8のセッション張替え 30 27 3 8 23 12 16
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論理ネットワークの例 通信例：27→14 27→3 分散ハッシュテーブルの参照 3→16 16→14 30 27 3 8 23 12 16
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× 論理ネットワークの例 コアノードが離脱する場合：例 12 8はセッションの張替え ハッシュテーブルの更新 30 27 3 8 23 12
16 14
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ELA ～実装と評価～
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実装 OpenVPNを拡張実装 分散ハッシュテーブルにChordを利用 オープンソースのVPN実装
TCP, UDPのPoint-to-PointのVPN Linux, FreeBSD, Windowsに対応 分散ハッシュテーブルにChordを利用
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モジュール図 ユーザインタフェース ルーティング 管理用ヘッダ付加 Chord UDP トンネリング TCP トンネリング DHT
OpenVPN 仮想ネットワークデバイス ネットワークデバイス
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評価 定量評価 定性評価 シミュレータの利用 既存のVPN機構と比較 シナリオの想定 Scalability, Robustness
Delay, Throughput 定性評価 既存のVPN機構と比較
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まとめと今後
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まとめ ELAのコンセプト ELAの設計 個人のノード同士でP2P型VPNを構築 通常のLANと同等に扱える
TCPとUDPを使い分けるネットワークトポロジ 分散ハッシュテーブルを利用したルーティング
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今後のスケジュール 9月 WIT2004の論文執筆 10月 実装 11月・12月 評価・卒論執筆
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成果物 Conference S. Aoyagi, M. Takizawa, M. Saito, H. Aida, and H. Tokuda “A Fully Distributed VPN System over Peer-to-Peer Network” The 2005 International Symposium on Applications and the Internet (SAINT 2005) 2005年1月
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以上です
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隠しスライド
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カプセル化パケットの転送プロトコル TCPとUDPの性能差の実験 パケット損失率を変えてスループット計測 実験環境
PC: ThinkPad T41p Network: 100base-TX 使用ツール Netperf, NistNet
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VPN VPNとは VPNのメリット 公衆通信網を利用した仮想的な専用通信路 専用線よりコストが低い
既存のソフトウェアを変更せずに、インターネット等の公衆通信網でセキュアな通信が可能
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VPNの種類（１） LAN間接続VPN（左図） 従来の専用線の代替 リモートアクセスVPN（右図） 従来のダイアルアップの代替
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VPNの種類（２） オーバーレイ型VPN Layer 7でネットワークを作り、VPNを構築
ノードの物理的配置に依らない柔軟なネットワークを構築できる クライアントサーバ型
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VPN機構の比較 通信網がインターネット それ以外 一対一 PPTP, L2TP, OpenVPN ATM 一対多
SoftEther, TinyVPN, Emotion Link, Vtun 多対多 ELA BGP/MPLS
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