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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 200511206情報科学主専攻 鈴木良平指導教員　　　 朴泰祐

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2

背景と目的

リレー方式◦ 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3

現在のNAT越え技術

UDP hole punching◦Skype 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

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NAT越え技術の使用例

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ノード

ノード

サーバ

ノード

NATbox

NATbox

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

システムの概念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 に保護されていたら，リレー方式， UPnP ， UDP hole 　punching など利用

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

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

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UDP hole punchingモジュール

The Internet

NATbox

ノード ノード

NATbox

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

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UPnPモジュール

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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

システムの構成 (1)

サーバNATbox

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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

システムの構成 (2)

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NATbox

ノード

NATbox

サーバ

１００BASE-T

ノード

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

評価環境サーバ 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 UPnPBUFFALO BBR-4HG 　(NATbox1)

○

I-O DATA ETX-R (NATbox 2) ×

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 20 ｍ秒かかった

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評価結果

TCP DMZ TCP by UPnP UDP DMZ UDP hole punching0

10

20

30

40

50

60

通信方式

スループット

(Mbp

s)

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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

まとめ

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TCP DMZ TCP normal UDP DMZ UDP hole punching0102030405060708090

100

NATbox1のアウトバウンド

1 → 21 → NAT なし

スループット

(Mbp

s)

TCP DMZ TCP normal UDP DMZ UDP hole punching0102030405060708090

100

NATbox2のアウトバウンド

1 ← 2NAT なし ← 2

スループット

(Mbp

s)

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TCP DMZ TCP normal UDP DMZ UDP hole punching0

102030405060708090

100

NATbox1のインバウンド

1 ← 21 ← NAT なし

スループット

(Mbp

s)

TCP DMZ TCP normal UDP DMZ UDP hole punching0102030405060708090

100

NATbox2のインバウンド

1 → 2NAT なし → 2

スループット

(Mbp

s)