VPNとホストの実行環境を統合するパーソナルネットワーク

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1 VPNとホストの実行環境を統合するパーソナルネットワーク
光来健一*　廣津登志夫*　佐藤孝治* 明石修*　福田健介*　菅原俊治*　千葉滋** *ＮＴＴ未来ねっと研究所 **東京工業大学

2 複数のネットワークの同時利用 VPNの普及 複数のネットワークを使う機会が増加
管理者によるLAN間接続だけでなく、ユーザによるリモートアクセスに IPsec road warrior、ssh port forwarding 仮想的なLANに見せかける インターネット上で情報の漏洩を防ぐ 複数のネットワークを使う機会が増加 LANと複数のVPN

3 複数のネットワークを扱うホストの問題 名前空間の衝突 VPNからの情報漏洩 各ネットワークのIPアドレスやホスト名が重なるかも
名前空間の衝突 各ネットワークのIPアドレスやホスト名が重なるかも VPNからの情報漏洩 他のネットワークに機密情報が流れるかもしれない ホスト上のプロセスやファイルシステムを介して 組織1 組織2 VPN2 VPN1 インターネット

4 ネットワークの排他制御の必要性 従来のOSはネットワークを排他的に利用できなかった
名前空間が１つしか提供されていない プロセスには全てのネットワークが見える IPが重ならないように運用し、データの流れに注意を払う必要があった LAN間接続のVPNではネットワークは１つだったので問題なかった

5 パーソナルネットワーク VPNとホストの実行環境を統合 独立したネットワーク プロセスとVPNを結びつける 独自の名前空間を持つ
ベースネットワークと同じIPアドレスも使える 情報の流れを制限できる 機密情報を外に漏らさない VPN httpd popper メーラ ブラウザ

6 ポートスペース VPN毎に分離された実行環境 継承 ネットワークとファイルシステムの空間を分離 ユーザプログラムは そのまま動かせる
プロセス VPN毎に分離された実行環境 ネットワークとファイルシステムの空間を分離 ユーザプログラムは そのまま動かせる 継承 親の実行環境の一部を利用できる ユーザが作り易くなる transport transport IP IP IPsec IPsec link link ファイル システム VPN1 VPN2 IP transport link ベースネットワーク 継承 ルート・ ポートスペース ホスト

7 ネットワーク空間の多重化 ポートスペースは以下の空間を独自管理 ネットワークインタフェース空間 IPsec空間 IP空間 トランスポート空間
VPNの出入り口 IPsec空間 VPNの設定 IP空間 IPの設定とルーティングテーブル トランスポート空間 ポートへのソケットのバインド ソケット TCP UDP ICMP IP IPsecポリシー IPsec SA gif0 gif1 lo0 他のホストの ポートスペースへ

8 ネットワークサービスの継承 親ポートスペースで提供されているサービスを継承 サービスの上書き、隠蔽もできる 子ポートスペース IPsec
リクエスト ポート80 転送 親ポートスペース ポート80 ウェブ サーバ

9 ファイルシステム空間の多重化 ポートスペース毎に独自のファイルシステムを提供 ファイルシステムの継承
プロセスは他のポートスペースのファイルシステムにアクセスできない ファイルシステムの継承 親ポートスペースのファイルシステムを参照 変更は子ポートスペースのファイルシステムへ

10 パーソナルネットワークの例 安全にメールを読むためのパーソナルネットワーク 自分用のウェブサーバが使えるパーソナルネットワーク 継承
httpd 継承 popper httpd 継承

11 ポートスペース間の通信 クライアント プロセス サーバ プロセス パーソナルネットワーク における次のホストを 検索 ルーティング テーブル
IP パーソナルネットワーク における次のホストを 検索 PCBリスト 配送先の ソケットを選択 SPD IPsec通信路の 有無を検索 ルーティング テーブル ベースネットワークにおける次のホストを検索 IP IPsec SPI-ポートスペース ハッシュテーブル SPI IP ポートスペース を選択 IPsecトンネル カーネル

12 パーソナルネットワークの作成：unite
自分のホストにリモートホストを結合 自分のホスト リモートホスト 子ポートスペース unite racoon 500→500 1026→1026 ネットワーク・ポート・トランスレーション（NPT） 親ポートスペースの通信路を使って通信 親子間でポート番号をつけかえる NPTテーブル united ルート・ポートスペース

13 パーソナルネットワークへの参加： reunite
パーソナルネットワークに外部から加わる 自分のホスト パーソナルネットワーク内のホスト reunite racoon united アップコール united 認証 ルート・ポートスペース カーネル

14 実装 ポートスペースをFreeBSD 4.7に実装 ネットワーク空間の多重化 ファイルシステムの多重化
ネットワークに関するデータベースをポートスペース毎に管理 ファイルシステムの多重化 継承なし：chrootをベース 継承あり：unionファイルシステムをベース

15 実験 ポートスペースのオーバヘッドを調べた ベンチマークプログラム： netperf、ab 実験環境 ベースネットワーク＋IPsec
パーソナルネットワーク パーソナルネットワーク＋継承 実験環境 PC（PentiumIII-S 1.4GHz）　2台 100baseTのイーサネットで接続 IPsecの暗号化と認証はなし

16 実験結果：netperf 1.5%のレイテンシ増大 0.1%のスループット低下

17 実験結果：ab 並行度1では性能低下は1.1% 並行度が増すと性能低下は3.9%に

18 関連研究：仮想OS jail、VMware ネットワーク・スタックの仮想化 [Zec’02] 既存の環境の上に仮想的な環境を作る
既存の環境の名前空間を汚染する 既存の環境からアクセスできる ネットワーク・スタックの仮想化 [Zec’02] ポートスペースのネットワーク多重化と同じ 継承はない ネットワークからは複数のホストに見える

19 関連研究：仮想ネットワーク 仮想インターネット [Touch et al.’02] パーソナルVPN [宇崎ら’02]
仮想ネットワーク毎にホストに実行環境を作る 実行環境の間でルーティング パーソナルVPN [宇崎ら’02] 特定のユーザからのみ利用できるVPNを作れるようにする VNAP [廣津ら’00] VLANによって通信を分類し、ホストの特定の実行環境と結びつける

20 まとめと今後の課題 パーソナルネットワークを提案した 今後の課題 VPNとホストの実行環境（ポートスペース）を統合する
名前空間の衝突を防ぐ 情報の流れを制御する 今後の課題 パーソナルネットワーク間の情報のやりとり パーソナルネットワーク毎のQoS

21

22 パーソナルネットワークの構築における制約
チャイニーズウォール・モデルを採用 パーソナルネットワークに１つの組織の情報しか含まれないようにする サービスを継承した時、サーバプロセスを介して情報が漏れる危険性があるため NTT NTT 継承 NTT ○○大学 サーバプロセス