プライベートIPアドレスを用いた大規模IPネットワークアーキテクチャに関する研究

摘要

近年、第3世代携帯電話や無線LANなど、多様な無線アクセス手段の開発・普及とともに、携帯端末によるモバイルインターネットの利用環境がますます充実・発展しつつある。さらに、これまでの回線交換による音声通信のIP化や、移動ネットワークと固定ネットワークの融合も含めて、ALL IP化やNGN (Next Generation Network)の研究開発や標準化も進んでいる。このようなモバイルインターネットの発展や、固定ネットワークも含めた今後のALL IP化においては、多様なアクセスネットワークを収容し、さまざまな通信アプリケーション／サービスの基盤となる大規模なモバイルIPバックボーン・ネットワークの構築が必要となる。大規模モバイルIPネットワークを構築する上においては、多数の移動端末に対して、モビリティ管理機能とIPアドレスの割り当て・管理機能をいかに実現するかが大きな課題となる。このようなモビリティ管理機能やアドレス割り当て・管理機能は、端末数の増大とネットワークの大規模化に対応する必要があるという意味で、スケーラビリティを考慮した実現手法を採用する必要がある。端末のモビリティ管理機能に関しては、特定のアクセス手段に依存しないことや、既存アプリケーションの変更が不要であることから、IETFで規定されているMobile IPの適用が有効である。Mobile IPは、移動端末が別のネットワークに移動しても、その端末に固有のIPアドレス(ホームアドレス)の変更をともなわずに、他の端末・ホストとの通信を可能とする技術である。また、より大規模なネットワークに対応し、スケーラビリティの向上を図るため、位置管理機能を提供するノードの配置を階層化する階層的Mobile IPの標準化も進んでおり、キャリアクラスの大規模ネットワーク構築に有効であると考えられる。一方、アドレス割り当てに関しては、IPv4グローバルアドレスの枯渇に対応するために、本質的な解決手段としてIPv6の採用が検討されている。しかしながら、すでに数多く普及している既存のIPv4端末やネットワークをすべてIPv6に置き換えるまでには、かなりの時間とコストが必要となる。このため、当面は既存のIPv4ベースの端末、アプリケーションやネットワーク環境をサポートし、IPv4に対するニーズに対応していくことが要求される。既存の企業ネットワーク等では、一般的に閉じたネットワーク内ではプライベートIPアドレスを利用し、外部とはNAT (Network Address Translator)を介して通信することが行われている。グローバルアドレスの枯渇と既存IPv4ネットワークとの親和性を考慮して、モバイル環境においても、プライベートアドレスとNATを導入・活用することが得策と考えられる。プライベートアドレスを用いた大規模モバイルIPネットワークの構築にあたっては、特定のネットワーク内だけで有効なプライベートアドレスを、移動先の別のネットワークでも使用できるようにすることや、その際に、どのネットワークによって割り当てられたアドレスかを区別できるようにするといった要求条件を満足する必要がある。さらに、移動端末とグローバルIPネットワーク上の端末・ホストや、移動端末同士で多様な通信サービス／アプリケーションをサポートするために、プライベートアドレスを使用する移動端末に対する外部からの着信や、移動端末同士の直接通信を実現することが要求される。以上のような背景から、本論文では、上述のような要件を満たし、移動端末に対するスケーラブルなモビリティ管理機能の実現とプライベートアドレスのサポートを目的とした大規模モバイルIPネットワークのアーキテクチャに関する提案を行う。このような大規模モバイルIPネットワークのアーキテクチャを検討する上において、その目的や適用領域に応じて最適なアプローチを採用することとし、以下の3つの実現手法を提案する。【1】通信キャリア等の大規模なモバイルIPネットワークを想定するとともに、DNSによって論理名からIPアドレスを取得する仕組みを利用した着信を実現することを目的した、「階層的Mobile IPとNAT, DNSの連携による実現手法」【2】複数のネットワーク運営主体(通信キャリア等)を想定して、それぞれプライベートアドレスを使用する複数のモバイルIPネットワーク間で相互の移動・通信を実現することを目的とした、「異なる運営主体間のローミングのための実現手法」【3】通信キャリア等の大規模なモバイルIPネットワークを想定するとともに、ALL IPネットワークのセッション制御に使用されるSIPを利用して、VoIP等のエンド・ツー・エンドのリアルタイム通信アプリケーションを効率的にサポートすることを主眼とした、「階層的Mobile IPとNAT, SIPの連携による実現手法」本研究では、上述の3つの実現手法について、その位置付けと実現アプローチを明確化し、それぞれの課題・要求条件に応じて、具体的なネットワーク構成や通信ノードの機能、詳細なプロトコル手順を提案している。また、プロトコル手順の提案のみならず、試作システムの実装・評価を通して考案手法の有効性を検証している。さらに、NAT越えなどのプライベートアドレス・サポートに関する既存技術との比較・考察を行うとともに、3つの提案手法の組み合わせによるネットワーク構築の可能性についても述べ、プライベートアドレスをサポートする大規模モバイルIPネットワークの実現に関して、提案手法がさまざまな要求に対応できることを示している。