JP2008545310A - コンピュータ装置におけるデータのルーティング - Google Patents

Abstract

コンピュータ装置は、異なるＬＡＮへ独立に接続し、それぞれ独立かつ別個にプライベートＩＰアドレスを割り当てる複数のネットワーク接続を有するアーキテクチャ（３０）を備える。受信データ・パケットに対しては、任意の１以上の様々なＬＡＮが、他の１以上のＬＡＮが使用するプライベートＩＰアドレスと知らないまま重複させた場合に発生するあいまいさを防ぐために、この装置は、ネットワーク・アドレスに固有の拡張ネットワークＩＤ（ＮＩＤ）を適用する機能を有するインタフェース・マネージャ（３２）を有する。ＮＩＤ、ネットワーク、および、ネットワークの間の対応関係は、ハード・ディスク・ドライブ（３４）等の、装置内の適切な任意の記憶手段に格納することができる。送出データ・パケットに対しては、ネットワーク接続へルーティングされ、接続されたＬＡＮのいずれかへ向けて装置を離れる前に、適用されたＮＩＤは、インタフェース・マネージャ（３２）によってパケットから取り除かれる。

Description

本発明はコンピュータ装置を動作させる方法に関し、特に、プライベート・インターネット・アドレスを特定する方法に起因するあいまいさの問題を防止することができるようにインターネット・プロトコルのプライベート・ネットワーク・アドレスを処理する、コンピュータ装置においてデータをルーティングする方法に関する。

インターネットは、インターネット・プロトコル（ＩＰ）を用いて、世界中の様々な多数のコンピュータ装置と接続している。このプロトコルは、各接続エンティティが固有のアドレスを持つことを必要とする。インターネット・プロトコル・バージョン４（ＩＰｖ４）では、このアドレスは、通常、１６進数が１０進数表示で表されたｎ.ｎ.ｎ.ｎという形の３２ビットの数であり、ここで、ｎは０と２５５の間の数である。一例を挙げると、１０進数で４３９０４１１０１に対応し、１６進数で１Ａ２Ｂ３Ｃ４Ｄに対応するアドレスは、実際には、２６．４３．６０．７７と書いて表すだろう。

インターネット・アサインド・ナンバー・オーソリティ（ＩＡＮＡ）は、ＩＰアドレスの割り当てを担っている。しかし、特定のＩＰｖ４アドレスはＩＡＮＡが「プライベート」なものとして指定しており、このアドレスは許可の申請をしなくても誰もが使用することができる。これらはローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）における使用が意図されている。これらは、インターネット・プロトコルを使用する任意のローカル・ネットワーク内で特定のコンピュータ装置にユニーク（固有）に関連付けられている必要があるが、グローバルにはユニークではなく、またその必要もない。ＬＡＮ上のプライベートＩＰアドレスは、ダイナミック・ホスト・コンフィギュレーション・プロトコル（ＤＨＣＰ）を実行している特別なサーバを用いて、コンピュータ装置が初めてネットワークに接続したときに、そのコンピュータ装置に割り振られるのが一般的である。

プライベートな使用のために取りのけられているＩＰアドレスの範囲は、１０.ｘ.ｘ.ｘと、１７２.１６.０.０から１７２.３２.２５５.２５５までと、１９２.１６８.ｘ.ｘとであり、一般に、各ＬＡＮ内のアドレス可能エンティティが外部の世界から見えない限り、これらのネットワーク・アドレスがあいまいさを生み出す可能性はないということが想定されている。

しかし、プライベートＩＰアドレスの使用に関する上述の原則は、様々なネットワーク・インタフェースを介した様々なＬＡＮへの複数の接続を別個に保っているコンピュータ装置に適用した場合に、不十分なものとなる。

これが該当する場合では、各ＬＡＮのＤＨＣＰサーバが、同一のプライベートＩＰアドレスを、同時に見ることが可能な別個のエンティティに、知らないで割り当てることも大いにあり得ることである。

このような場合に該当する図１に示す例では、標準のＩＰｖ４のアドレスを用いてルーティングされるパケットが存在する単一のＩＰプロトコル・スタックが存在するが、プライベートＩＰアドレスはあいまいさを導かないという原則が成立していないことは明らかである。特に、図１は、１９２.１６８.２.１のプライベート・アドレス宛の送出パケットを処理する単一の装置２が、ネットワークＡ内のホスト４とネットワークＢ内のホスト６とのどちらにそのパケットをルーティングすべきかを判別することができなくなっている様子を示しているということが分かるだろう。図１は、さらに、それぞれネットワークＡ、ネットワークＢに設置されたホスト８、１０は、両方とも同一の装置１６の２つの異なるインタフェース１２、１４に対して同じプライベート・アドレス１９２.１６８.２.２を割り当てることができるが、このために、単一のＩＰプロトコル・スタックでは、受信パケットを正しい内部接続へルーティングすることが不可能になってしまう様子を示している。

１つのコンピュータ装置が２つの別個のＤＨＣＰサーバから同一のアドレスを割り当てられる状況は、単に、一方のＤＨＣＰサーバに異なるアドレスを割り当てるように要求するだけで改善することができる。これは関連する標準で許されている。しかし、２つの異なるＬＡＮへ接続するときに、各ネットワーク上のプライベート・アドレスがユニークになることを保証する公知技術の方法は存在しない。

この問題は、理論的には、それぞれ別個のローカル・ネットワークに接続された、２つの別個のネットワーク・カードを有するパーソナル・コンピュータ等のように、異なるＬＡＮに対して複数の別個のネットワーク接続を行う全てのコンピュータ装置が関係しうるものである。しかし、この問題の最も重要な衝撃は、第３世代パートナーシップ・プロジェクト（３ＧＰＰ：The Third Generation Partnership Project）が特定する移動電話ネットワーク等の無線ネットワークに接続されたネットワーク端末において明らかになる。この国際標準化団体によって策定された関連仕様は、非特許文献１で見つけることができることを当業者は承知するだろう。３Ｇ（第３世代）無線ネットワークの仕様の他のセットが、第３世代パートナーシップ・プロジェクト２（３ＧＰＰ２）によっても策定されており、これは非特許文献２で見つけることができる。

無線ネットワークに接続された装置は移動局（ＭＳ：Mobile Station）として知られている。移動電話は、今日、これらの装置を最も多数備えているが、それらだけがそのようなネットワークに接続可能な種類ではない。装置の集約は、単に電話や携帯型コンピュータだけでなく、パーソナル・デジタル・アシスタント（ＰＤＡ）、ゲーム機、音楽プレイヤー（ＭＰ３プレイヤー等）、および、ビデオ再生機（ＤＶＤプレイヤー等）も、無線通信ネットワークにアクセスする機能を備えるようになっていることを意味する。このような開発は予測されるものである。３Ｇ無線ネットワークは、特に、高速なデータ・アクセスを提供して、音楽やビデオのストリーミングや、現代のインタラクティブなゲームに必要な予測可能なリアルタイム性能を可能にすることを目的としているからである。

ネットワーク上の特定のサービス（インターネットまたはＷＡＰ等）に接続している移動局は、そのサービスとの関係で複数のデータ・ストリームを維持することが許されている。通常、データ・ストリームは、コンピュータ装置内で実行中の別個のアプリケーションに属しているだろう。これらのデータ・ストリームの各々は、特定のネットワーク特性を要求するものとして特定することができ、異なる帯域要件を要求することができる。例えば、単一の移動局が、広帯域を要する優先度が比較的高いビデオ・ストリームを、たかだかベスト・エフォート・サービスしか必要としない、電子メールをバックグラウンドでダウンロードするのに用いられる優先度が低い低帯域ストリームといっしょに同時に維持するようにしてもよい。３ＧＰＰ仕様では、アプリケーションが開くそのようなデータ・ストリームは全てＰＤＰコンテキスト（ＰＤＰはパケット・データ・プロトコルの頭字語である）と呼ばれている。各ＰＤＰコンテキストは、標準的なネットワーク接続を示し、一般にそれ自身のＩＰアドレスを有するだろう。

ビデオと電子メールを同時に維持する上述の例の場合のように、２以上のＰＤＰコンテキストが異なるＤＨＣＰサーバを用いてＬＡＮに接続した場合、２以上のネットワーク内に同じＩＰアドレスの範囲が同時に出現することは可能であり、これによって動作のあいまいさが引き起こされてしまう。したがって、プライベートＩＰアドレスの仕様がＬＡＮに留まっている限りあいまいさは生じ得ないという仮説は、実際には明らかに正しくない。

このあいまいさの問題は、グローバルＩＰアドレスからプライベートＩＰアドレスを隔離するために一般的に使用されるネットワーク・アドレス変換（ＮＡＴ：Network Address Translation）等の技術によっては解決することができない。典型的には、ＮＡＴは、単一のグローバルＩＰアドレスを使用するＩＰラッパー内にパケット・データをラッピングすることによって、外部からＬＡＮ内に流入するパケットやＬＡＮから外部の宛先へ流出するパケットをルーティングするゲートウェイ装置内に実装される。ＮＡＴは、ＬＡＮ内で完全にルーティングするときに現れるパケットに関する問題を解決することはできず、したがって、上述の送信元アドレスのあいまいさを解決することはできない。
インターネット〈http://www.3gpp.org〉 インターネット〈http://www.3gpp2.org〉

したがって、本発明の目的は、装置の各インタフェース（または、ＰＤＰコンテキスト）に固有の特別なネットワークＩＤ（ＮＩＤ）を使用してＩＰアドレスを拡張することによって、プライベート・アドレスのあいまいさの課題に対する解決策を提供することである。これによって、各アドレスは固有なものになる。

本発明の第１の側面によれば、各々が異なるローカル・エリア・ネットワークへ接続可能な、複数のインタフェースを保持するコンピュータ装置上で、インターネット・プロトコルのプライベート・ネットワーク・アドレスを提供する方法であって、前記ローカル・エリア・ネットワークの各々に対して、前記インターネット・プロトコルのアドレス構造内に、それぞれ固有の識別子を埋め込む工程を有する
ことを特徴とする方法が提供される。

本発明の第２の側面によれば、第１の側面に係る方法に基づいて動作するように構成されたコンピュータ装置が提供される。

本発明の第３の側面によれば、コンピュータ装置を第１の側面に係る方法に基づいて動作させるオペレーティング・システムが提供される。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態の一例を説明する。

本質的に、本発明によれば、装置の各インタフェースに固有のネットワークＩＤ（ＮＩＤ）を付与することによって、プライベート・アドレスの間にあいまいさが存在しないことが保証される。ＮＩＤは装置の内部専用のものであり、ネットワーク上では使用されない。これはＩＰアドレス構造に埋め込まれ、装置上でアプリケーションを実行する観点からは、接続アドレスの一部に相当する。そして、これへ向けてデータ・パケットはルーティングされる。

装置上のアプリケーションは、ＮＩＤを特定して、ＩＰアドレスだけでなくＮＩＤにも基づいて、特定のネットワークへパケットをＩＰスタックにルーティングさせることもできる。したがって、同じＮＩＤを使用することによって、同じネットワークへ接続する複数のポイントを表現することが可能になる。

本発明の好適な実装においては、装置上の完全なアドレスは、アドレスと、装置ポート・アイデンティティと、ＮＩＤと、を含むＩＰソケット構造によって示される。この構造は、ネットワーク上でホストを示すためにアプリケーションが使用することができる。ネットワークＩＤを含むそのようなソケット構造の一例は以下の通りである。

この実装では、コンピュータ装置上に格納されたデータベースは、どのインタフェースがどのネットワークに接続するかについての情報を含んでいる。同一ネットワークに２以上のインタフェースが接続されている場合は、各々に同じＮＩＤが関連付けられる。図２はこのような構成を示しており、ネットワークＡのネットワーク・インタフェースＩ／Ｆ１にはＮＩＤ１が割り当てられているが、ネットワークＡと同じネットワーク・アドレスを有するネットワークＢに両方とも接続しているインタフェースＩ／Ｆ２及びＩ／Ｆ３には、両方とも共通のＮＩＤのＮＩＤ２が割り当てられている。

受信トラフィックについて、ＮＩＤがいったんインタフェースから読み出されると、そのＮＩＤはＴＣＰ／ＩＰスタック内のソケット構造に付加される。以下は、受信データ・パケットのこの変換の例である。

本発明を組み込んだ装置に到来したパケットは、典型的には、以下のように表すことができる。

ただし、
src addrは、送信元アドレス（source address）を表している。
src portは、送信元ポート（source port）を表している。
dst addrは、宛先アドレス（destination address）を表している。
dst portは、宛先ポート（destination port）を表している。

しかし、同じパケットは、アプリケーションへ、以下のようにネットワークＩＤが付加されて伝達される。

アプリケーションが送出トラフィックを送信する場合、宛先はＩＰアドレスとＮＩＤで特定することができる。コンピュータ装置内のプロトコル・スタックは、ＮＩＤを使用して正しいインタフェースを選択し、ひいてはデータ・パケットが送信される正しいネットワークを選択する。これにより、２つ以上のネットワーク上で同じＩＰアドレスが現れる問題が回避される。図２に示す構成のように２つのインタフェースが同じＮＩＤを有する場合は、両者とも同じまたは共通のＩＤで示される同一のネットワークに接続されているため、スタックはどちらのインタフェースも選択することができる。そして、ＮＩＤは削除され、その後、ソケット情報がパケット・ヘッダに組み込まれて、送信される。

送出データパケットのこのような変換は、例えば、以下のようにしてもよい。

アプリケーションを離れるパケットは以下のように表すことができる。

しかし、ＮＩＤは、送出する前にデータ・パケットから取り除かれるため、実際には、同じパケットは、以下のようなフォーマットで装置を離れる。

通常、アプリケーションが受信パケットに応答する場合は、アプリケーションはＮＩＤについて知る必要がないだろう。リスニング・ソケットからのデータを送信するために使用されるソケットを作成する場合は、その新しいソケットは正しいＮＩＤとともに生成されるだろう。

図３は、本発明を任意のオペレーティング・システムに組み込むのに適したコンピュータ装置のアーキテクチャの一例を示しており、ここでは、複数のネットワーク、ＰＤＰコンテキスト、または、それらと論理的に同等なものを複数のアプリケーションが利用できるようにするために、共通のプロトコル・スタックが用いられている。アーキテクチャ３０は、３つのネットワーク・インタフェースに接続されたインタフェース・マネージャ３２を有しており、この３つのネットワーク・インタフェースは、図３において、それぞれネットワーク識別子ＮＩＤ１、ＮＩＤ２、ＮＩＤ３が与えられた、インタフェース１、インタフェース２、インタフェース３で示されている。このアーキテクチャは、図３に示すようなハード・ディスク・ドライブ３４等の記憶装置を有しており、これは、ＮＩＤ、ネットワーク、および、インタフェースの間の対応関係を示す情報を格納するために用いられる。また、このアーキテクチャは、図３に示すアプリケーション１、２等の、複数のアプリケーションと通信することが可能な通信プロトコル・スタック３６も有している。

インタフェース・マネージャ３２は、受信データ・パケットにＮＩＤを割り当てるように機能し、また、送出データ・パケットから割り当てＮＩＤを取り除くようにも機能する。したがって、一例では、インタフェース１に連結されたネットワーク上に到達するデータ・パケットには、ＮＩＤ＝１が割り当てられるだろう。このＮＩＤを有する受信データ・パケットは、通信プロトコル・スタック３６を経由して、要求されたアプリケーションへルーティングされる。そして、関連するアプリケーションは、通常の方法で受信データ・パケットに応答することができる。アプリケーションが、受信パケットと同じネットワーク上に送出データ・パケットを送信して応答する必要がある場合は、インタフェース１ひいては正しいネットワークへ送出パケットを導くために、インタフェース・マネージャが割り当てたＮＩＤが用いられるが、パケットが実際にインタフェース１へルーティングされる前に、ＮＩＤはデータ・パケットから取り除かれるため、パケットは上述のフォーマットで装置を出て行く。

上述の説明から、本発明によって、コンピュータ装置のユーザは、アドレスのあいまいさの問題に煩わされることなく、異なるネットワークへ同時に接続することが可能になり、これにより、既存の手法に関連する欠点を克服することが実現可能になる。さらに、本発明は複数のネットワークに接続する任意のネットワーク装置において用いることができる。

以上、特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、添付の特許請求の範囲により規定される本発明の技術的範囲内においてならば、それを修正してもよいことが理解されるだろう。

インターネット・アドレスにあいまいさを有するＩＰプロトコル・スタックの一例を示す図である。 ネットワークの一方が固有のインタフェースを有し、もう一方のネットワークが２つのインタフェースを有する、共通のアドレスの範囲内における２つのネットワークの構成例を示す図である。 本発明を組み込んだコンピュータ装置のアーキテクチャを示す図である。

Claims (5)

1. 各々が異なるローカル・エリア・ネットワークへ接続可能な、複数のインタフェースを保持するコンピュータ装置上で、インターネット・プロトコルのプライベート・ネットワーク・アドレスを提供する方法であって、
   前記ローカル・エリア・ネットワークの各々に対して、前記インターネット・プロトコルのアドレス構造内に、それぞれ固有の識別子を埋め込む工程を有する
   ことを特徴とする方法。
2. 前記コンピュータ装置は、インタフェースを前記ネットワークへマッピングするデータベースを保持する
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記コンピュータ装置は、当該コンピュータ装置によってデータがネットワーク上へ送出される前に、前記アドレス構造から前記固有の識別子を取り除くように構成される
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の方法に基づいて動作するように構成されたことを特徴とするコンピュータ装置。
5. コンピュータ装置を、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法に基づいて動作させることを特徴とするオペレーティング・システム。

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