各種ルータに対応する P2P通信環境に関する研究

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1 各種ルータに対応する P2P通信環境に関する研究
学籍番号 情報科学主専攻 鈴木良平 指導教員　　　 朴泰祐

2 背景と目的 P2P環境上での，Volunteer Computingに関する 研究が盛んに行われている
多数の遊休状態のPCをP2P環境上で接続して，分散コン ピューティングに利用 例:BOINC 家庭や企業に散在しているPCはNATやファイア ウォールによって守られているため，容易に相互 通信できない 通信環境や家庭用ルータ(NATbox)の種類に応じた NAT越えをユーザ透過に行うシステムを提案する

3 現在のNAT越え技術 リレー方式 UDP hole punching TCP hole punching
サーバなどを介した通信 UDP hole punching あらゆるNATboxに対応しているが，UDP通信 TCP hole punching TCP通信でNAT越えを行うが，すべてのNATboxで行えない UPnP (Universal Plug and Play) 特定のポートを開けれるが，操作できないNATboxがある 先行研究 RI2N/UDPを用いたP2Pオーバレイネットワーク「岡本 2006」 上記のようなNAT越え技術(通信モジュール)の実装，そして， 実装した通信モジュールを用いてTCP，UDP通信をユーザ 透過に行うシステムの実装 先行研究：UDP hole punchingはほぼ確実なNAT越えなので、ノード間のUDP通信をTCPライクに行うための API を提供する研究

4 NAT越え技術の使用例 UDP hole punching UPnP Skype Windows Messenger
IP電話，テレビ会議用アプリケーション UPnP Windows Messenger インスタントメッセージの交換などを行うアプリ ケーション 代表的な例としてskype，messenger

5 システムの概念 通信相手がNATboxに保護されていたら，リレー方式，UPnP，UDP hole　punchingなど利用 各ノードとそれを保護しているNATboxの種類に応じて， 自動的に通信方式を選択する 通信相手がNATboxに保護されていないなら，NAT越え技術は必要ない 今回はUPnPモジュールと，UDP hole punchingモジュー ルを実装し，これら２つの通信モジュールに優先度をつけて ノード間通信を行うシステムを実装 相手がNATboxなどに保護されていないなら，通信を行うことは容易． しかし，そうでない場合はサーバを介さないと通信は行えない． システムの概要： 通信開始時，サーバにアクセスして情報を交換する． そして，通信を行う．

6 UDP hole punchingモジュール
宛先を指定してUDPパケットを送信しただけではパケッ トは通信相手のNATboxによって破棄される UDPパケットを何度か送信することでNATboxのポート を開け，通信相手と開いたポートを用いて通信をする 今後の設計として，ノード間の通信には先行研究によって提供されたAPIを用いることを検討している

7 UPnPモジュール UPnPデバイス開発用のライブラリとして UPnP SDKを使用
UPnP対応NATboxをSSDP (Simple Service Discovery Protocol) によって検索 発見できたら，NATboxの情報がXMLで記述され たURLの記載されたメッセージを受信 NATboxの操作専用URLにAction命令を送信す ることで，操作する グローバルアドレスの取得 TCPもしくはUDPのポートを開く XMLを介してNATboxの情報を取得し，Action命令を送る

8 システムの構成(1) サーバと接続 自分の情報の登録 通信相手の検索 通信相手を発見できたら，サーバに指示された通信 方式を用いる

9 システムの構成(2) サーバ 接続されたノードの情報を登録 ノードの情報から通信方式を選択する 通信する両ノードのうち 片方だけUPnP対応NATboxによって保護されていたら，その内 側のノードをインバウンド通信側とし，もう一方のノードをアウトバ ウンド通信側とする 両方UPnP非対応NATboxだったら，UDP hole punchingを選択 ノードに通信相手の情報と，通信方式の情報を送信する UPnPモジュールとUDP hole punchingモジュールを 統合したことで，TCP，UDP通信をユーザ透過に行うこ とが可能

10 評価環境 評価内容:各通信モジュールのスループット NATboxはすべて100Mbps対応 サーバ ノード CPU
Intel®Pentium®4 2.4GHz Intel®Pentium®M 1.2GHz Memory 1024Mbyte 512Mbyte NIC Intel®PRO/100 Intel®PRO/1000 NATbox UPnP BUFFALO BBR-4HG　(NATbox1) ○ I-O DATA ETX-R (NATbox 2) ×

11 評価結果 NATbo2のノードがアウトバウンド側， NATbox1のノードがインバウンド側
UDP hole punching以外は Iperf2.0.2 を用いて測定 （NATbox1 → NATbox2） UPnPモジュールによって，NATboxの設定を行うのに約6秒かかった UDP hole punchingによってポートを開けるのに約20ｍ秒かかった ここでは，DMZはNATboxを手動で設定することで，パケットをフォワーディングしている意味 今回，非対称で，かつ，余計なパケットなどが発生する環境で評価を行ったため，性能としては不十分である しかし，実装したモジュールを用いて通信が行えることは確認できた．

12 まとめ 2つのNAT越え技術を統合し，ユーザ透過にした
UDP hole punchingとUPnPを適切に用いて，ノード 間の通信に成功した 今後の課題 通信モジュールの種類を増やす UDP hole punchingを用いたストリーム通信の実装 　先行研究のRI2N/UDPを用いることを検討する DHT (Distributed Hash Table) を用いたサーバの実装

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