JP4191180B2 - 通信支援装置、システム、通信方法及びコンピュータプログラム - Google Patents
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Description
この方式では、自分の組織内でのみ通用するプライベートIPアドレスと、インターネット上のグローバルIPアドレスとをルータ内の変換テーブルに静的に定義しておき、この変換テーブルを用いてアドレスの相互変換を行うことにより、上記の通信を可能にする。
STUNは、インターネット規格の標準化団体であるIETFにより策定された規格である。この方式では、ルータ内に、静的な変換テーブルを定義することなく、プライベートアドレス空間同士の通信を実現することができる。しかし、同一の内部アドレスとポートのペアを異なる外部アドレスとポートのペアにマッピングするSymmetricNATと呼ばれるNAT方式には対応することができない。STUN方式の具体的な内容については、インターネット上で良く紹介されている(http://www.ietf.org/rfc/rfc3489.txt)。
上記のSTUN方式を拡張し、上記のSymmetricNATの環境にも対応した方式である。この拡張STUN方式については、特開2005−117587号公報に開示されており、インターネットにも公開されている(http://newrong.com/product/natsdk/tech3.html)。
この方式では、DNS(Domain Name System Server)とルータとが協調し、プライベートIPアドレスを有する端末同士の通信が可能になる。この方式の詳細については、下記の文献に紹介されている。
柳沢信成、加藤尚樹、鈴木秀和、渡邊晃「異なるプライベートアドレス空間端末の通信(CIPA)の提案」 マルチメディア、分散、協調とモバイル(DICOMO2005)シンポジウム、pp369−372、July、2005
プライベートネットワーク内の端末にアクセスするために、プライベートアドレスとグローバルアドレスとを1対1に対応付けなければならない。そのため、割り当てるグローバルアドレスが、将来、枯渇してしまう。
UDP(User Datagram Protocol)しか使用できないため、TCP(Transmission Control Protocol)による信頼性のある通信ができない。
対応するポート番号が見つかるまで、パケットを送信し続ける必要がある。そのため、無駄なトラフィックが発生してしまう。また、不正アクセスと判断されたときは、以降のアクセスが遮断されてしまう。
CIPA方式では、通信先のプライベートネットワーク内の端末と通信する際に、DNS検索を行う。このときに通信を行う端末に伝えられる宛先アドレスは、相手側ルータのアドレスになる。通信元の端末は、通信先のプライベートネットワーク内の端末にアクセスする際には最初にDNS検索が行われ、その後に実際の通信が行われることになる。単一の通信端末上でプライベートネットワーク内の複数の端末にアクセスするときは、アクセスするすべての端末のアドレスが同じ相手側ルータのアドレスになり、DNS検索結果と実際の通信との対応付けがなされていないと、通信相手を区別することができない。DNS検索と実際の通信との対応付けは、通信元の端末が行う必要があり、アプリケーションに依存するため、正確に相手先の端末に通信できるとは限らない。
また、UDPで送信元ポート番号と宛先ポート番号が規定されていて変化しないような通信、例えばIKEの場合には、通信先プライベートネットワークの複数端末に通信を行おうとしても、通信先のルータで宛先の区別がつかないために、1つの端末だけに通信を行ってしまう場合がある。
そこで、少数のグローバルアドレスしか利用できない環境であっても、制御用のトラフィックを最小限に抑え、かつ、TCPを用いた信頼性のあるプライベートアドレス空間同士の相互通信を実現できるアプリケーション非依存の技術が望まれている。
本発明は、このような技術を具現化した通信支援のためのシステムを提供することを主たる課題とするものである。
この通信支援システムは、前記第1プライベートネットワークと前記グローバルネットワークとの間に介在する第1通信支援装置と、前記グローバルネットワークと前記第2プライベートネットワークとの間に介在し、前記第1通信支援装置との間でグローバルアドレスを伴う前記プライベート通信を行う第2通信支援装置とを含む。
前記第1通信支援装置は、前記第1プライベートネットワーク用に割り当てられたアドレス空間のうち使用されていない未使用アドレス空間を、前記グローバルネットワークに接続された前記第2プライベートネットワーク用の仮想アドレス空間に割り当て、その割当情報を第1メモリに記憶するとともに、前記仮想アドレス空間における前記第2端末の仮想アドレスを前記第1端末に通知する管理手段と、前記第1端末から送信された前記仮想アドレス宛の通信を受け付ける受付手段と、この受付手段で受け付けた前記通信を、前記第1メモリに記憶された割当情報に従って、前記第2端末に向けた前記プライベートネットワーク通信に変換する変換手段とを有しており、前記第2通信支援装置は、前記第2プライベートネットワーク用に割り当てられたアドレス空間のうち使用されていない未使用アドレス空間を、前記グローバルネットワークに接続された前記第1プライベートネットワーク用の仮想アドレス空間に割り当て、その割当情報を第2メモリに記憶する管理手段と、前記第1端末からの前記プライベートネットワーク通信を受信する受信手段と、この受信手段で受信した前記プライベートネットワーク通信を、前記第2メモリに記憶された割当情報に従って、前記仮想アドレス空間における前記第1端末の仮想アドレスから前記第2端末への通信に変換する変換手段とを有するものである。
この通信方法は、前記第1プライベートネットワークと前記第2プライベートネットワークとの間に介在する通信支援装置が、前記第1プライベートネットワーク用に割り当てられたアドレス空間のうち使用されていない未使用アドレス空間を前記グローバルネットワークに接続された前記第2プライベートネットワーク用の仮想アドレス空間に割り当てることにより、前記第2端末を、第1プライベートネットワークに隣接する仮想ネットワークに存在する仮想端末にみせかけるとともに、前記第1端末より受け付けた前記仮想端末に対する通信を前記第2端末宛の前記プライベートネットワーク通信に変換することを特徴とする方法である。
第1のコンピュータプログラムは、コンピュータを、第1プライベートネットワークに所属する第1端末と、第2プライベートネットワークに所属する第2端末との間で行うグローバルネットワークを介したプライベートネットワーク通信を支援する通信支援装置として動作させるためのコンピュータプログラムであって、前記コンピュータを、前記第1プライベートネットワーク用に割り当てられたアドレス空間のうち使用されていない未使用アドレス空間を、前記グローバルネットワークに接続された前記第2プライベートネットワーク用の仮想アドレス空間に割り当て、その割当情報を所定のメモリに記憶するとともに、前記仮想アドレス空間における前記第2端末の仮想アドレスを前記第1端末に通知する管理手段、前記第1端末から送信された前記仮想アドレス宛の通信を受け付ける受付手段、この受付手段で受け付けた前記通信を、前記メモリに記憶された割当情報に従って、前記第2端末に向けた前記プライベートネットワーク通信に変換する変換手段、として機能させるコンピュータプログラムである。
仮想アドレスを利用するため、DNS検索と、その後の通信とを対応付ける必要がなく、CIPAで発生する問題点も解消される。
この通信支援システムは、グローバルネットワークGNに接続される管理サーバ10と、プライベートネットワークPN#1,PN#2を管理する2つのルータ20,30とを含んで構成される。グローバルネットワークGNは、本例では、インターネットである。プライベートネットワークPN#1,PN#2には、端末40,50が接続されている。
端末40(50)は、接続要求部41(51)、調査受付部42(52)、アドレス受信部43(53)、通信制御部44(54)を含んで構成される。
1台のコンピュータ上で複数のTCP/IPアプリケーションが動作している場合、そのままではネットワーク経由で送受信されるデータがどのアプリケーションに引き渡されるべきものであるかが判断できないため、通信相手のアプリケーションを指定するために、詳細な識別情報、例えば数値が用いられる。このような数値が「ポート番号」である。「ポート番号」には0〜65535までの数字が使用される。
次に、上記の通信支援システムにおいて、通信元端末である端末40と、通信先端末である端末50とが、ルータ20、グローバルネットワークGN、ルータ30を通じて、プライベートネットワーク間通信を行うときの動作例を示す。
<事前準備>
(1)ルータ20は、ネットワーク調査部21で、配下の端末40の端末名及びプライベートIPアドレスを調査する。同様に、ルータ30は、そのネットワーク調査部31で、配下の端末50の端末名及びプライベートIPアドレスを調査する。
(2)端末40は、ルータ20に、自己の端末名(端末A)及びプライベートIPアドレス(「aaa.aaa.aaa.aaa」)を通知する。同様に、端末50は、ルータ30に、自己の端末名(端末B)及びプライベートIPアドレス(「bbb.bbb.bbb.bbb」)を通知する。
(3)ルータ20(30)は、通知された端末名及びプライベートIPアドレスを受け取り、これらをアドレス管理部24(34)で変換規則DB24d(34d)に登録する。
(6)管理サーバ10は、端末40,50がどのルータの配下のプライベートネットワークに存在するかをアドレスDB15に登録する。登録するのは、上述したように、端末IPアドレス(=端末のプライベートIPアドレス)、所属ルータIPアドレス(ルータのグローバルIPアドレス)及び端末名である。
(7)端末40は、通信の接続先を知るために、通信の接続要求を管理サーバ10に対して行う。この接続要求は、ルータ20を通じて行う。ルータ20は、この接続要求をダイレクトに管理サーバ20へ転送する。
(8)端末40からの接続要求を接続要求受付部12で受け取った管理サーバ10は、アドレス検索部13で、通信の接続先をアドレスDB15から検索する。そして、アドレス配信部14が、ルータ20及びルータ30にアドレスを配信する。配信されるアドレスは、ルータ20に対しては、接続先のルータ30のグローバルIPアドレス「ddd.ddd.ddd.ddd」と接続先の端末50のプライベートIPアドレス「bbb.bbb.bbb.bbb」である。ルータ30に対しては、接続要求を行った端末40のプライベートIPアドレス「aaa.aaa.aaa.aaa」と、ルータ20のグローバルIPアドレス「ccc.ccc.ccc.ccc」である。
ルータ20についていえば、図7(a)に示されるように、変換規則DB24dの「変換前IPアドレス」に仮想端末40Vのアドレス「xxx.xxx.xxx.xxx」が登録され、「変換後IPアドレス」にルータ30のグローバルIPアドレス「ddd.ddd.ddd.ddd」が登録される。「プロトコル」は、TCPが設定される。また、仮想アドレスDB28dには、図7(c)に示されるように、仮想端末40Vのアドレス「xxx.xxx.xxx.xxx」に対応する端末IPアドレスとして、端末50のプライベートIPアドレス「bbb.bbb.bbb.bbb」とそれが所属するルータ30のグローバルIPアドレス「ddd.ddd.ddd.ddd」が登録される。
(10)ルータ20は、変換規則DB24dへの登録が済むと、接続要求を行った端末40に対して、仮想端末40Vのアドレスを通知する。
(11)ルータ20のアドレス通知部22から仮想端末40Vのアドレスが通知されると、端末40は、そのアドレスを伴う通信を開始できるようになる。例えばパケット送信する際に、そのパケットの通信先のアドレスを、通知された仮想端末40Vのアドレスとする。
このとき、図8に示されるように、ルータ20は、端末40から端末40Vに対しての通信パケット(aaa.aaa.aaa.aaa:iii→xxx.xxx.xxx.xxx:kkk)から、変換前ポート番号(iii,kkk)を取得する。
なお、上記の記載のように、パケットでのポート番号を伴うIPアドレスの表記は、(IPアドレス)aaa.aaa.aaa.aaa:(ポート番号)iiiであり、矢印の左側が送信元アドレス、右側が送信先アドレスとなる。
(12)図8に示されるように、端末40からのパケットが到達すると、ルータ20は、送信先であるxxx.xxx.xxx.xxxに通信させようとする。ルータ20は、また、(11)で示したように、パケットから端末40のポート番号「iii」と接続先のポート番号「kkk」を取り出している。これらのポート番号「iii」,「kkk」は、送信元/送信先変換部25を介してアドレス管理部24に渡される。アドレス管理部24は、変換規則DB24dの「変換前IPアドレス」が「aaa.aaa.aaa.aaa」に対応する「変換前ポート番号」に、そのポート番号「iii」を登録するとともに、「変換前IPアドレス」が「xxx.xxx.xxx.xxx」に対応する「変換前ポート番号」に、接続先のポート番号「kkk」を登録する。その結果、変換規則DB24dの内容は、図9のように変化する。
各ルータ20(30)は、自分自身で決定した変換後のアドレス及びポート若しくは相手側ルータとのネゴシエーションにより入手した変換後のアドレス及びポートを、変換前のアドレス及びポートと共に、変換規則DB24d(34d)に登録する。図11は、ルータ20の変換規則DB24dに登録される内容であり、「変換後IPアドレス」が「ccc.ccc.ccc.ccc」に対応する「変換後ポート番号」に、ポート番号「jjj」が追加される。
通信パケットに対して、その変換規則を用いて変換を行うが、ddd.ddd.ddd.dddの送信先の変換後のポート番号が確定していないために、通信できない。
(14)アドレス管理部24で変換規則DB24dを検索し、対応するアドレス及びポート番号を読み出す。この時点では、パケットはどこに送れば良いかがわかったことになる。但し、何に送れば目的のサービスを受けられるかは、わからない状態にある。しかし、図12に示されるように、ルータ20は、変換を行ったパケット(ccc.ccc.ccc.ccc:jjj→ddd.ddd.ddd.ddd:???)から、送信先のルータ30のアドレス(ddd.ddd.ddd.ddd)を知り得る。
(15)そこで、ルータ20は、図12に示されるように、パケット(ccc.ccc.ccc.ccc:jjj→ddd.ddd.ddd.ddd:???)を保持し、送信先の端末50の目的のポート番号にアクセスするために、元のパケット(aaa.aaa.aaa.aaa:iii→xxx.xxx.xxx.xxx:kkk)を取り出し、ルータ30のccc.ccc.ccc.cccのjjjから端末50のbbb.bbb.bbb.bbbのkkkにアクセスしたいという問い合わせを行う。
送信先のルータ30は、問い合わせに対して、手順(9)で確保しているルータ20のアドレスccc.ccc.ccc.cccと対応付けてあるルータ30自身の仮想端末50Vの仮想アドレスyyy.yyy.yyy.yyyに対して、yyy.yyy.yyy.yyyで使用していないポート番号(mmm)を選び、対応付ける。これで、ccc.ccc.ccc.ccc:jjjとyyy.yyy.yyy.yyy:mmmの変換規則が生成される。
(17)図14に示されるように、送信元のルータ20に、ルータ30で端末50に対応付けたポート番号(lll)が伝えられたことにより、仮想端末40Vと端末50の対応がとれ、xxx.xxx.xxx.xxx:kkkと、ddd.ddd.ddd.ddd:lllとの変換規則が生成され、保持していたパケット(ccc.ccc.ccc.ccc:jjj→ddd.ddd.ddd.ddd:???)に適用すると、通信可能なパケット(ccc.ccc.ccc.ccc:jjj→ddd.ddd.ddd.ddd:lll)となり、実際の通信フェーズに移行する。
(18)ルータ20は、端末40から受け取ったパケットを図15(a)に示した内容の変換規則DB24dを用いて、パケットの変換を行い、変換されたパケットをグローバルネットワークGNに向けて送信する。図16はこの様子を示している。
(19)ルータ30では、図15(b)に示した内容の変換規則DB34dを用いてパケットの逆変換を行う。
(20)その結果、端末40から仮想端末40Vに向けて送信されたパケットは、グローバルネットワークGN、ルータ30、仮想端末50Vに到達し、その後、図17に示されるように、端末50に到達する。
なお、以上の説明は、端末40から端末50を相手とした通信を行う場合の例であるが、端末50から端末40を相手とした通信は、逆の手順となる。
また、管理サーバ10の機能は、ルータ20又はルータ30に備えるようにしても良い。
Claims (10)
- 第1プライベートネットワークに所属する第1端末と、第2プライベートネットワークに所属する第2端末との間で行うグローバルネットワークを介したプライベートネットワーク通信を支援する装置であって、
前記第1プライベートネットワーク用に割り当てられたアドレス空間のうち使用されていない未使用アドレス空間を、前記グローバルネットワークに接続された前記第2プライベートネットワークを前記第1プライベートネットワークに隣接する仮想ネットワークとして扱うための仮想アドレス空間に割り当て、その割当情報を所定のメモリに記憶するとともに、前記仮想アドレス空間における前記第2端末の仮想アドレスを前記第1端末に通知する管理手段と、
前記第1端末から送信された前記仮想アドレス宛の通信を受け付ける受付手段と、
この受付手段で受け付けた前記通信を、前記メモリに記憶された割当情報に従って、前記第2端末に向けた前記プライベートネットワーク通信に変換する変換手段と、
を有する通信支援装置。 - 第1プライベートネットワークに所属する第1端末と、第2プライベートネットワークに所属する第2端末との間で行うグローバルネットワークを介したプライベートネットワーク通信を支援する装置であって、
前記第2プライベートネットワーク用に割り当てられたアドレス空間のうち使用されていない未使用アドレス空間を、前記グローバルネットワークに接続された前記第1プライベートネットワーク用の仮想アドレス空間に割り当て、その割当情報を所定のメモリに記憶する管理手段と、
前記第1端末からの前記プライベートネットワーク通信を受信する受信手段と、
この受信手段で受信した前記プライベートネットワーク通信を、前記メモリに記憶された割当情報に従って、前記仮想アドレス空間における前記第1端末の仮想アドレスから前記第2端末への通信に変換する変換手段と、
を有する通信支援装置。 - 通信相手との間で前記プライベートネットワーク通信に使用するポート情報のネゴシエーションを行うネゴシエーション手段をさらに有する、
請求項1又は2記載の通信支援装置。 - 第1プライベートネットワークに所属する第1端末と、第2プライベートネットワークに所属する第2端末との間で行うグローバルネットワークを介したプライベートネットワーク通信を支援するシステムであって、
前記第1プライベートネットワークと前記グローバルネットワークとの間に介在する第1通信支援装置と、前記グローバルネットワークと前記第2プライベートネットワークとの間に介在し、前記第1通信支援装置との間でグローバルアドレスを伴う前記プライベート通信を行う第2通信支援装置とを含み、
前記第1通信支援装置は、
前記第1プライベートネットワーク用に割り当てられたアドレス空間のうち使用されていない未使用アドレス空間を、前記グローバルネットワークに接続された前記第2プライベートネットワークを前記第1プライベートネットワークに隣接する仮想ネットワークとして扱うための仮想アドレス空間に割り当て、その割当情報を第1メモリに記憶するとともに、前記仮想アドレス空間における前記第2端末の仮想アドレスを前記第1端末に通知する管理手段と、
前記第1端末から送信された前記仮想アドレス宛の通信を受け付ける受付手段と、
この受付手段で受け付けた前記通信を、前記第1メモリに記憶された割当情報に従って、前記第2端末に向けた前記プライベートネットワーク通信に変換する変換手段とを有しており、
前記第2通信支援装置は、
前記第2プライベートネットワーク用に割り当てられたアドレス空間のうち使用されていない未使用アドレス空間を、前記グローバルネットワークに接続された前記第1プライベートネットワーク用の仮想アドレス空間に割り当て、その割当情報を第2メモリに記憶する管理手段と、
前記第1端末からの前記プライベートネットワーク通信を受信する受信手段と、
この受信手段で受信した前記プライベートネットワーク通信を、前記第2メモリに記憶された割当情報に従って、前記仮想アドレス空間における前記第1端末の仮想アドレスから前記第2端末への通信に変換する変換手段とを有している、
通信支援システム。 - 前記グローバルネットワークに、前記第1通信支援装置及び前記第2通信支援装置の各々のグローバルアドレスと前記第1端末及び前記第2端末のプライベートアドレスとを取得し、取得した前記第1通信支援装置のグローバルアドレスと前記第1端末のプライベートアドレスとの対応関係情報及び前記第2通信支援装置のグローバルアドレスと前記第2端末のプライベートアドレスとの対応関係情報を保持する管理サーバが接続されており、
前記第1通信支援装置は、
前記管理サーバより取得した前記第2通信支援装置のグローバルアドレスと前記第2端末のプライベートアドレスとに基づいて前記第2端末の仮想アドレスを割り当て、前記第2通信支援装置は、前記管理サーバより取得した前記第1通信支援装置のグローバルアドレスと前記第1端末のプライベートアドレスとに基づいて前記第1端末の仮想アドレスを割り当てる、
請求項4記載の通信支援システム。 - 前記第1通信支援装置と前記第2通信支援装置の一方は、それぞれ、他方との間で前記プライベートネットワーク通信に使用するポート情報のネゴシエーションを行うネゴシエーション手段をさらに有する、
請求項4記載の通信支援システム。 - 第1プライベートネットワークに所属する第1端末と、第2プライベートネットワークに所属する第2端末との間でグローバルネットワークを介したプライベートネットワーク通信を行う方法であって、
前記第1プライベートネットワークと前記第2プライベートネットワークとの間に介在する通信支援装置が、
前記第1プライベートネットワーク用に割り当てられたアドレス空間のうち使用されていない未使用アドレス空間を前記グローバルネットワークに接続された前記第2プライベートネットワークを前記第1プライベートネットワークに隣接する仮想ネットワークとして扱うための仮想アドレス空間に割り当てることにより、前記第2端末を、前記仮想ネットワークに存在する仮想端末にみせかけるとともに、前記第1端末より受け付けた前記仮想端末に対する通信を前記第2端末宛の前記プライベートネットワーク通信に変換することを特徴とする、
通信方法。 - 前記第1端末及び第2端末並びに前記仮想端末に、それぞれ前記プライベートネットワーク間通信に使用するポート情報が付加されており、前記通信支援装置は、前記ポート情報に基づいて通信元及び通信先を特定する、
請求項7記載の通信方法。 - コンピュータを、第1プライベートネットワークに所属する第1端末と、第2プライベートネットワークに所属する第2端末との間で行うグローバルネットワークを介したプライベートネットワーク通信を支援する通信支援装置として動作させるためのコンピュータプログラムであって、
前記コンピュータを、
前記第1プライベートネットワーク用に割り当てられたアドレス空間のうち使用されていない未使用アドレス空間を、前記グローバルネットワークに接続された前記第2プライベートネットワークを前記第1プライベートネットワークに隣接する仮想ネットワークとして扱うための仮想アドレス空間に割り当て、その割当情報を所定のメモリに記憶するとともに、前記仮想アドレス空間における前記第2端末の仮想アドレスを前記第1端末に通知する管理手段、
前記第1端末から送信された前記仮想アドレス宛の通信を受け付ける受付手段、
この受付手段で受け付けた前記通信を、前記メモリに記憶された割当情報に従って、前記第2端末に向けた前記プライベートネットワーク通信に変換する変換手段、
として機能させるコンピュータプログラム。 - コンピュータを、第1プライベートネットワークに所属する第1端末と、第2プライベートネットワークに所属する第2端末との間で行うグローバルネットワークを介したプライベートネットワーク通信を支援する通信支援装置として動作させるためのコンピュータプログラムであって、
前記コンピュータを、
前記第2プライベートネットワーク用に割り当てられたアドレス空間のうち使用されていない未使用アドレス空間を、前記グローバルネットワークに接続された前記第1プライベートネットワーク用の仮想アドレス空間に割り当て、その割当情報を所定のメモリに記憶する管理手段、
前記第1端末からの前記プライベートネットワーク通信を受信する受信手段、
この受信手段で受信した前記プライベートネットワーク通信を、前記メモリに記憶された割当情報に従って、前記仮想アドレス空間における前記第1端末の仮想アドレスから前記第2端末への通信に変換する変換手段、
として機能させるコンピュータプログラム。
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