P2P SIP解説
2005/9/3
吉澤
http://muziyoshiz.jp/
1

自己紹介• 無印吉澤
http://muziyoshiz.jp/

2

“P2P”と“SIP”• P2P（Peer-to-Peer）– Peer = 「仲間、同等の人」– 中央サーバの機能を、個人のPCに分散する技術– Napster, Gnutella等のファイル共有ソフトで注目• SIP（Session Initiation Protocol）– IP電話（VoIP）を実現する標準プロトコルの1つ– SIPサーバがアドレス登録、呼び出しの機能を提供• P2P SIP
– SIPサーバの機能を分散し、拡張性、耐障害性を向上– オープンなプロトコル、既存のSIP技術を流用可能
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目次

1 IP電話プロトコルSIP
2 P2P技術“DHT”
3 P2P SIPの技術解説
4 今後の課題と可能性
4

目次

1 IP電話プロトコルSIP
2 P2P技術“DHT”
3 P2P SIPの技術解説
4 今後の課題と可能性5

SIP(Session Initiation Protocol)• IETF（Internet Engineering Task Force）が標準化• 単純で、拡張性の高いIP電話プロトコル– HTTPに似たテキストベースの呼制御メッセージ– セッション確立の手順が単純
SIPサーバ（Registrar, Proxy）②セッション確立（相手の呼び出し）

SIP UA(User Agent)

IP Network

データ（音声・動画など）①アドレス情報の登録（ログイン）

SIP UA
6

SIPサーバの機能① アドレス情報の登録（ログイン）
ユーザ名
アドレス情報sip:iwata@example.com 192.0.2.1

Location Service
登録

SIPサーバREGISTER200

SIP UA(yoshiz)

SIP UA(iwata)• ユーザ名（sip:iwata@example.com）• アドレス情報（192.0.2.1）
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SIPサーバの機能② セッション確立（相手の呼び出し）
Location Service
ユーザ名

ユーザ名
アドレス情報sip:iwata@example.com 192.0.2.1

アドレス情報SIPサーバINVITE
To: iwata

SIP UA(yoshiz)

INVITE
To: iwata

データ（音声など）

SIP UA(iwata)• データ通信に使うアドレス• メディア種別（音声、動画）• コーデック
8

SIPの基本シーケンス• セッション確立時
SIPサーバSIP UA(yoshiz)
INVITE
To: iwata

SIP UA(iwata)

ユーザ名
アドレス情報sip:iwata@... 192.0.2.1

INVITE
To: iwata

100 Trying
180 Ringing

180 Ringing

200 OK

200 OK

ACK

ACK
データ（音声・動画など）
9

SIPの基本シーケンス• セッション終了時
SIPサーバSIP UA(yoshiz)

SIP UA(iwata)

データ（音声・動画など）
BYE
BYE
200 OK
200 OK

10目次

1 IP電話プロトコルSIP
2 P2P技術“DHT”
3 P2P SIPの技術解説4 今後の課題と可能性
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初期のP2P技術
Hybrid P2P

Pure P2P(ex. Napster)(ex. Gnutella, Freenet, Winny)
Search(Flooding)
Peer

ServerPeer

Search

Peer
Peer

Peer

Peer

Peer

Peer

Transfer

Peer

Peer
Peer

Transfer• サーバが単一障害点（Single Point of Failure）• ノード数が増加すると、検索メッセージ数が急増• 検索がどれくらいで終わるか保証できない
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DHT(Distributed Hash Table)
DHT(ex. Chord, CAN, Pastry, Tapestryなどのアルゴリズム)
Peer

Peer

search
Peer

Peer

Peer

Peer

Peer

Peer

Transfer• ノード数が増加しても、検索メッセージ数は急増しない• コンテンツが存在しない場合、それが明確に分かる– 平均探索数は、DHTアルゴリズムに依存
例：Chordの場合はO(logN) （Nはノード数）
13DHTの特徴
特徴１
ハッシュ関数を用いて、ノードとコンテンツを対応付け※ハッシュ関数
文字列などのデータを与えると、決まった範囲の値を返す関数（例：SHA-1は、返り値が160ビットなので0〜 2160-1の範囲）
192.0.2.1

192.0.2.2

ノード
SHA-1
（192.0.2.1）

ノード
SHA-1
（192.0.2.2）

Skypeの仕組み.pdf

コンテンツ
SHA-1
（”Skypeの仕組み.pdf”）

近いもの同士を対応付け

02160-1
14

DHTの特徴特徴２
局所的な知識を持つノードが協調動作して探索（近くの情報は細かく、遠くの情報はおおざっぱに）
例：192.0.2.1のノードがファイル名”Skypeの仕組み.pdf”を検索” Skypeの仕組み.pdf”
ノード のハッシュ値を計算
192.0.2.2
SHA-1（192.0.2.1）

0

知ってる中で一番近そうな人に聞く

ノード

コンテンツ
SHA-1
（”Skypeの仕組み.pdf”）

2160-1
15DHTの特徴
特徴２ • ハッシュ値とノードの関係を表すテーブルを管理
局所的な知識を持つノードが協調動作して探索→分散ハッシュテーブル
（近くの情報は細かく、遠くの情報はおおざっぱに）• 検索結果はコンテンツ or その位置情報• 名前が厳密に一致していないと検索失敗
例：192.0.2.1のノードがファイル名”Skypeの仕組み.pdf”を検索” Skypeの仕組み.pdf”
ノード のハッシュ値を計算
192.0.2.2
SHA-1（192.0.2.1）

0

知ってる中で一番近そうな人に聞く

ノード

コンテンツ
SHA-1
（”Skypeの仕組み.pdf”）

2160-116

DHTの特徴
特徴３
ノードの参加、離脱時に、コンテンツの引き継ぎと近隣ノードのハッシュテーブル更新が必要
参加
ノード

ノード

SHA-1
（192.0.2.1）

0SHA-1（192.0.2.99）

ノード
SHA-1
（192.0.2.1）

0

離脱17

SIPとDHT• SIP（VoIP）に必要なのは、単純な名前解決• リアルタイム通信のため、名前解決の速度が重要→ DHTは、SIPのLocation Serviceに適している
SIPサーバ（Registrar, Proxy）

IP Network

SIP UA

ユーザ名
アドレス情報sip:yoshiz@example.com 192.0.2.1

名前SIP UA

コンテンツの位置情報

18

目次

1 IP電話プロトコルSIP
2 P2P技術“DHT”
3 P2P SIPの技術解説
4 今後の課題と可能性
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P2P SIPに関する提案• P2P SIPのモデル– P2P over SIP• D. A. Bryan(College of William and Mary)• K. Singh and H. Schlzrinne(Columbia University)– SIP using P2P• A. Johnstons(MCI)• 最初の論文は2003年12月（P2P over SIPの提案）• 2005年初頭からIETFのSIPPING WGで議論が活発化
20

P2P SIPのモデル
P2P over SIP

SIP using P2P

P2P SIPoverlay network
INVITEP2P network
INVITE

ユーザ名

アドレス情報INVITESIP UASIP UA• SIPメッセージを用いてP2Pプロトコルを実装• Chord over SIPの提案あり

SIP UASIP UA• SIPのLocation Serviceのみ
P2Pプロトコルで置き換え
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Chord• 一次元座標をリングにした、比較的単純なDHT– ハッシュ関数はSHA-1（Secure Hash Algorithm 1）を使用• 2001年に発表（同時期にCAN,Pastry,Tapestryも）• ハッシュ値が自ノードより小さいコンテンツを管理• 20, 21, ..., 2m-1だけ先の座標を管理しているノードを事前に調べておく（mはハッシュ値のビット数）→ “finger table”

2160-1022

P2P over SIPの動作① P2P（Chord）ネットワークへの参加（ハッシュ値が0〜15の範囲の動作例）
11〜14の範囲をノード14に任せる

014 13より先を
2
知っているのは
ノード3
12(4)200

UA(3)REGISTER

ノード3へたらい回し（REDIRECT）

4(2)302

UA
10UA

68

UA
(1)REGISTER（ノード登録）192.0.2.4
Hash(192.0.2.4) = 1423

P2P over SIPの動作② アドレス情報の登録
sip:yoshiz@example.com
Hash(sip:yoshiz@...) = 4
14UA0(1)REGISTER

2(2)302（ノード5へ）

UA

124

4

(3)REGISTER

10UA(4)200

UA
6

ユーザ名
アドレス情報sip:yoshiz@... 192.0.2.4

824

P2P over SIPの動作③ セッションの確立（ノード10からsip:yoshiz@example.comを呼び出し）
140UA(1)INVITE

122
UA(2)302（ノード５へ）4(3)INVITE

UA
6UA
10(4)3028（192.0.2.4へ）

4
ユーザ名
アドレス情報sip:yoshiz@... 192.0.2.4
25

P2P over SIPの動作③ セッションの確立（ノード10からsip:yoshiz@example.comを呼び出し）データ（音声・動画など）

140

UA
2
UA
12(5)INVITE(6)200(7)ACK

4UA
6UA
10

4
ユーザ名
アドレス情報sip:yokota@... 192.0.2.4

826

SIP using P2P• 具体的な提案はまだ• P2P over SIPを推奨しない理由– SIP独自である• このようなLocation Serviceは、SIP以外にも応用できる– REGISTER本来の意味と違う• REGISTERは本来RegistrarとSIP UAの間でのみ使われる• REGISTERのリダイレクトは一般的でない（REGISTERの中継を許すことによるセキュリティの問題）– SIPによるメッセージ転送はオーバヘッドが高い• テキストメッセージ• トランザクション状態の管理
27

その他の提案• Industrial-Strength P2P SIP（Nimcat Networks）– P2P SIPへの要求– 既存のVoIPと同等のサービスを提供するために必要な機能• 異機種ネットワークのサポート• 不在端末への呼び出し（call forwarding, voicemail）• ネットワークを複数のゾーンに分割• ネットワーク管理機能の提供• セキュリティ– P2P LayerとSIP Layerは分離すべき28

目次

1 IP電話プロトコルSIP
2 P2P技術“DHT”
3 P2P SIPの技術解説
4 今後の課題と可能性
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P2P SIPの課題• 技術的な課題– ユーザ名の一意性– セキュリティ– NAT越え• ビジネス的な課題– P2P SIPの適用先

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ユーザ名の一意性• 同じ名前のユーザが複数存在する可能性• ユーザ名の割り当て– ユーザ名（SIP URI）の重複を防ぐためには、名前空間を管理する権威（Naming Authority）が必要• ユーザ名の認証– ログイン時に、そのユーザ名を使う権利があるかどうかを認証するための認証機関（Certificate Authority）が必要– ログイン後も、他ユーザへの成りすましを防ぐ仕組み

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セキュリティ• メッセージ（DHT, SIP）の経路上に悪意あるノード– DoS攻撃• メッセージを破棄、または正しくないノードへ転送– 成りすまし– メディアデータ（音声、動画など）の盗聴– 通信履歴の監視（call forwarding含む）– voicemailの覗き見• SPIT（Spam over Internet Telephony）

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セキュリティ（対策案）• DoS攻撃– 悪意あるノードを排除する仕組みを持つDHTアルゴリズム（リアルタイム通信に適した評判システム）– 任意の座標に侵入できないハッシュ値の計算方法• 成りすまし、メディアデータの盗聴、voicemailの覗き見– 1回目の通話で自己署名証明書を配布（例：SSH）– S/MIME、SRTP等で暗号化• 通信履歴の監視– Freenetのような匿名化技術でメッセージの送信者を隠す（？）• SPIT（Spam over Internet Telephony）– ホワイトリスト、ブラックリスト– ユーザ名を頻繁に変えられる環境では対処が難しい

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NAT越え• Skypeのように、他のピアをNAT越えに使う技術はIETFでは提案されていない（SIP、P2P SIP）
• 標準のNAT越え技術– UPnP(Universal Plug and Play)– STUN(Simple Traversal of UDP through NATs)– TURN(Traversal Using Relay NAT)
– ICE(Interactive Connectivity Establishment)• P2P通信を試みて、ダメならサーバによるパケット中継→Google Talkはこのあたりの技術を併用？
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SIPにおけるNAT越え• 専用機器を利用– SIP ALG（Application Level Gateway）– SBC（Session Border Controller）
SIPサーバ

NATの影響を吸収
SBC

IP Network
SIPメッセージ
NATSIP UA

データ（音声・動画など）
SIP UA
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P2P SIPの適用先• 小規模ネットワーク（家庭内、中小企業）– サーバが不要– ネットワークに電話機を挿すだけで自動設定• 大規模ネットワーク（テロ、災害時）– 中央サーバと分断された際に、アドホックネットワークを構築– 非常時だけの利用で普及する？ SIP機器に組み込み？

• 大規模ネットワーク（コンシューマ向け）– Skype, Google Talk(with Gizmo)等と競争？

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企業向けP2P VoIP製品• Nimcat Networks– NimX：組み込みP2P VoIPソフトウェア– NimXを採用した電話機（Aastra Technologies Ltd.）– ネットワーク管理ソフトを無償配布している• ボイスメールの通知ソフト• nimXシステムをWebブラウザから管理するソフト• Popular Telephony– PeerioBiz：P2P VoIPソフトウェア– 過去、Peerio GNUP（VoIPソフトに電話番号）で少し話題に– Teledex（サービス業向けPBXベンダ）と戦略的提携関係を結ん
で製品開発（2005.3）
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P2P SIPの可能性• P2P SIPの標準化– 63th IETF peer-to-peer SIP adhoc meeting（2005.8）– WG化は未定だが、P2P SIPのMLが作られ、次回（11月）のIETFに向けて議論を進める• 実用的なP2P VoIPをオープンなプロトコルで再現– Naming AuthorityやCertificate Authorityを持ったP2P VoIPの実現方法には、まだ不明な点が多い– Skype：ログイン時にサーバが認証– 企業向けP2P VoIP：証明書ベースで周囲のピアが認証（？）– ビジネス面は不明だが、研究としては有意義
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まとめ• SIPにP2P技術（特にDHT）を適用して、サーバをなくす試みが注目を集めている→P2P SIP• SIPのユーザ名-IPアドレス解決（Location Service）を、DHTで実装することで拡張性を実現• P2P over SIPモデルのプロトタイプ実装が存在する（ChordというDHTを利用）• P2P VoIPは有用だが、内部動作はまだ不明な点が多く、オープンな研究はこれから
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