完全分散型VPNの設計と実装 ECN sada 親 makoto, hitomi アウトライン ﻪ背景と問題意識 ﻪELA ﻩ ﻩ ﻩ ﻩ 提案と概要 設計課題 ネットワーク構築方法 実装と評価 ﻪ関連研究 ﻪまとめと今後 背景と問題意識 背景 ﻪインターネットの普及と仕事の変化 ﻩ在宅勤務制を導入する企業の増加（Oracle 等） ﻩ自由な時間や場所で仕事が可能に ﻪ在宅勤務で利用されるネットワーク技術 ﻩVPN VPN ﻪなぜVPNが利用されるのか？ ﻩ専用線やダイアルアップより遥かに安価 ﻩ既存のソフトウェアに手を加えることなく利用 できる ﻩ認証や通信経路暗号化等によるセキュリティ ﻪ個人同士の作業にも利用できないか？ ﻩしかし企業のような設備がない 問題意識 ﻪやりたいこと ﻩ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 ﻩオーバーレイ型VPN ﻪ従来のオーバーレイ型VPN機構 ﻩ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 問題意識 ﻪクライアントサーバモデルのVPN ﻩ運用の問題点 ﻯAddressing ﻯSingle Point of Failure ﻯEtc. ﻩ性能の問題点 ﻯSingle Source of Bottleneck ELA ～提案と概要～ ELA ﻪELA (Everywhere Local Area network) ﻩ個人同士のノードによる専用ネットワーク （ELA-VPN) ﻯLANと同様に扱える ﻯ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 ﻯELA-VPN用IPアドレスの割り当て ELA イメージ図 P2Pネットワーク 10.0.0.1 10.0.0.2 10.0.0.6 10.0.0.3 ELA-VPN 10.0.0.5 10.0.0.4 インターネット ELA ～関連研究～ 関連研究（１） ﻪEmotion Link ﻩ仮想的なLANを構築 ﻩ通信の中継はサーバが行う ﻩEL IPアドレスが割り当てられる ﻩサーバのダウン＝サービス停止 関連研究（２） ﻪIPv6 P2P VPN システム ﻩ株式会社DITが開発 ﻩIPv6 のIPsecを用いたVPN ﻩEnd-to-Endの通信 ﻯ管理が煩雑化 ﻩIPv6 の導入が必要 ELA ～設計課題～ 設計課題 ﻪカプセル化パケットの転送プロトコル ﻩTCP? UDP? GRE? IPSec? ﻩFirewall, NATなどのノードを考慮 ﻪP2Pネットワークの構築方法 ﻩルーティング手段の確立 カプセル化パケットの転送プロトコル ﻪNATやFirewallによる通信への影響 ﻩTCP/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 ﻩUDP/IP 設定によって通信可 ﻩGRE ルータやNATによっては通信不可 ﻩIPSec 〃 ﻪ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 カプセル化パケットの転送プロトコル ﻪUDPのメリット ﻩ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） ﻪTCPのメリット ﻩFirewall, NAT内からでも接続できる ﻪ共にメリットがある P2Pネットワークの構築方法 ﻪカプセル化パケットの転送プロトコル ﻩTCPとUDPを適宜使い分けるネットワークトポロジ ﻩノードが利用できるプロトコルによってノードを分別 ﻪELA-IPアドレスとインターネットのIPアドレスの対 応表 ﻩ全ノードで分散して保持、必要に応じてやり取り ﻩ分散ハッシュテーブルの利用 P2Pネットワークの構築方法 ELA ～ネットワーク構築方法～ 設計方針 ﻪネットワーク ﻩルーティングに分散ハッシュテーブルを利用 ﻩTCPとUDPの両方の特性を生かす ﻪ認証や初期ノード発見 ﻩサーバを用意 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 23 UDP TCP 12 16 14 TCP（予備） コアノードとエッジノード ﻪコアノード ﻩ他ノードからTCPを受け付けられる ﻩUDPで送受信できる ﻩELA-IPアドレスと実際のIPアドレスの対応表 を持つ ﻪエッジノード ﻩコアノード以外のノード 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 23 UDP TCP 12 16 14 TCP（予備） ブートストラップ ﻪサーバに認証される ﻪ二種類に分類される ﻩコアノード、エッジノード ﻪELA-VPNの他のノードのIPアドレスを聞く ﻪELA-IPアドレスを決定 コア ノード 認証 他のノード はここ ELA-VPN 論理ネットワークの例 分散ハッシュテーブル 30 xx.yy.zz.3 27 3 8 23 12 gg.hh.ii.23 16 dd.ee.ff.16 aa.bb.cc.12 14 Key Value 3 xx.yy.zz.3 8 aa.bb.cc.12 12 aa.bb.cc.12 14 dd.ee.ff.16 16 dd.ee.ff.16 23 gg.hh.ii.23 27 xx.yy.zz.3 30 xx.yy.zz.3 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 コアノードが参加す る場合:例 12 27 1. ハッシュテーブル の更新 3 8 23 12 16 14 2. 8のセッション張 替え 論理ネットワークの例 30 通信例：27→14 1. 27→3 27 3 2. 分散ハッシュテー ブルの参照 8 3. 3→16 4. 16→14 23 12 16 14 論理ネットワークの例 30 コアノードが離脱す る場合：例 12 27 1. 8はセッションの 張替え 3 8 23 × 12 16 14 2. ハッシュテーブル の更新 ELA ～実装と評価～ 実装 ﻪOpenVPNを拡張実装 ﻩオープンソースのVPN実装 ﻩTCP, UDPのPoint-to-PointのVPN ﻩLinux, FreeBSD, Windowsに対応 ﻪ分散ハッシュテーブルにChordを利用 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 OpenVPN UDP トンネリング TCP トンネリング 仮想ネットワークデバイス Chord DHT ネットワークデバイス 評価 ﻪ定量評価 ﻩシミュレータの利用 ﻯシナリオの想定 ﻯScalability, Robustness ﻯDelay, Throughput ﻪ定性評価 ﻩ既存のVPN機構と比較 まとめと今後 まとめ ﻪELAのコンセプト ﻩ個人のノード同士でP2P型VPNを構築 ﻩ通常のLANと同等に扱える ﻪELAの設計 ﻩTCPとUDPを使い分けるネットワークトポロジ ﻩ分散ハッシュテーブルを利用したルーティング 今後のスケジュール ﻪ9月 ﻩWIT2004の論文執筆 ﻪ10月 ﻩ実装 ﻪ11月・12月 ﻩ 評価・卒論執筆 成果物 ﻪConference ﻩS. 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 以上です 隠しスライド カプセル化パケットの転送プロトコル ﻪTCPとUDPの性能差の実験 スループット (Mbps) ﻩパケット損失率を変えてスループット計測 実験環境 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 PC: ThinkPad T41p TCP over UDP TCP over TCP Network: 100base-TX 使用ツール Netperf, NistNet 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 パケット損失率 (%) VPN ﻪVPNとは ﻩ公衆通信網を利用した仮想的な専用通信路 ﻪVPNのメリット ﻩ専用線よりコストが低い ﻩ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 VPNの種類（１） ﻪLAN間接続VPN（左図） ﻩ従来の専用線の代替 ﻪリモートアクセスVPN（右図） ﻩ従来のダイアルアップの代替 VPNの種類（２） ﻪオーバーレイ型VPN ﻩLayer 7でネットワークを作り、VPNを構築 ﻩ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 ﻩクライアントサーバ型 VPN機構の比較 通信網がインターネット 一対一 PPTP, L2TP, OpenVPN それ以外 ATM 一対多 SoftEther, TinyVPN, Emotion Link, Vtun 多対多 ELA BGP/MPLS
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