[スペシャルインタビュー]

LTE/EPCやWiMAX、XGPで必須技術となった 最新のモバイルIPv4/IPv6を聞く!(3)

2009/06/10
(水)
SmartGridニューズレター編集部

3.9G(LTE/EPC)やモバイルWiMAX、次世代PHS「XGP」(eXtended Global Platform)など次世代のワイヤレス・ブロードバンドの登場とともに、端末(パソコン等)が高速に移動しながらも途切れることなく通信できるようにする「モバイルIP」技術が大きな注目を集めています(EPC:Evolved Packet Core、LTEを収容する発展型パケット・コア・ネットワーク)。
ここでは、この分野で10年余の長年にわたって地道な研究を重ねてきた、トヨタIT開発センター シニアリサーチャ、慶應義塾大学SFC研究所 上席研究員(訪問)である湧川 隆次(わきかわ りゅうじ)氏に、最新のモバイルIPについて、モバイルIPv4からモバイルIPv6、プロキシー・モバイルIPに至るまで、その全体像をお聞きしました。
湧川先生はすでに国際的なインターネット技術関連の標準化組織である「IETF」において、すでに2つのRFC(標準技術文書)を完成させ、2009年2月からはIETFにおける「autoconf(Ad-Hoc Network Autoconfiguration)」ワーキング・グループの議長としてご活躍中です。また、2009年3月には、最新の技術を集大成した『モバイルIP教科書』を出版され、その普及活動にも力を注いでいます。今回(第3回)は、
第1回:モバイルIPとは何か、どのような仕組みで移動通信を実現しているか
第2回:オープンなネットワーク環境とクローズドなネットワーク環境の違い
に続いて、モバイルIPで重要となるバインディング(結合)の仕組みや、モバイルIPとプロキシー・モバイルIPの違い、IETFにおけるモバイルIP関連技術の標準化動向を中心にお聞きしました。
(聞き手:インプレスR&D インターネットメディア総合研究所)

LTE/EPCやWiMAX、XGPで必須技術となった 最新のモバイルIPv4/IPv6を聞く!

≪1≫モバイルIPにおけるバインディングの仕組み

〔1〕重要となるバインディング情報

■ モバイルIPにはいろいろな標準が登場していますが、ここでは、モバイルIPがどのような仕組みで動作しているのか、もう少し具体的に説明していただけますか。

湧川 隆次〔トヨタIT開発センター シニアリサーチャ/慶應義塾大学SFC研究所 上席研究員(訪問)〕
湧川 隆次氏
〔トヨタIT開発センター
シニアリサーチャ
/慶應義塾大学SFC研究所
上席研究員(訪問)〕

湧川 モバイルIPというのは結局何をやっているプロトコルかというと、移動端末の移動をIP層で隠蔽する(IP層からは端末が移動していることを隠し、固定的に接続されているかのように見せる)ことによって、通信の継続を保証し、どこに移動しても移動端末と通信できるようにしています。実際の仕組みとしては、前回お話ししたように、移動端末に従来のIPアドレスに代わって、ホーム・アドレス〔移動端末に割り当てられる移動しても変わらない固定アドレス「ホスト識別子(ID:Identifier)ともいう」〕と、ケア・オブ・アドレス〔移動端末が移動先で取得する可変なアドレス(「ロケータ・アドレス」ともいう)という2つのアドレスを割り当てます。

つまり、自分が契約している通信事業者から移動端末に固定的に割り当てられるホスト識別子(ID)としてのIPアドレス、これは「ホーム・アドレス」と呼ばれます。移動端末上のアプリケーションは、すべてこのホーム・アドレスを使って通信を行うことでモバイルIPが端末の移動を隠蔽してくれます。移動端末が移動した場合は、移動先のネットワークから「ケア・オブ・アドレス(気付アドレス)」を取得します(出張先の気付アドレスのようなもの)。このケア・オブ・アドレスは実際のパケットの送受信(経路制御)に使われます。このとき「ホーム・アドレス」と「ケア・オブ・アドレス」を組み合わせた1対〔これをバインディング(結合)という〕をホーム・エージェント(自分が契約している事業者内にある特定のルータ)に通知し登録します。

このバインディングは、移動端末がネットワーク上のどこに移動しているかを把握するための大事な情報なのです。移動端末のホーム・アドレス宛に送られてくるパケットは、自分が契約している事業者のネットワークに経路制御されて送られてきますので、ホーム・エージェントが移動端末に代わって代理でそのパケットを受信し、バインディング情報を元にして移動先の移動端末へ〔すなわちケア・オブ・アドレス(ロケータ)宛へ〕転送します。ホーム・エージェントが移動先にパケットを転送することによって、移動しながらでも通信を継続することができるようになっています。

郵便の例でいえば、ある人「Aさんの名前(ID)」と、「Aさんが移動した先の例えばホテルの住所(ロケータ)」を1対に結びつけたものがバインディング情報なのです。このバインディング情報を移動するたびにホーム・エージェント(移動端末の移動先を常に把握している特別なサーバ)に通知し登録することを「バインディング登録」といいます。したがって、ホーム・エージェントは、Aさんが別の場所に移動していても、Aさん宛のパケットを、移動先のネットワークに接続されている移動端末(Aさん)に転送できるようになります。

〔2〕いろいろなモバイルIPの種類

■ モバイルIPには具体的にはどのような種類のものがあるのですか?

湧川 隆次〔トヨタIT開発センター シニアリサーチャ/慶應義塾大学SFC研究所 上席研究員(訪問)〕
湧川 隆次氏
〔トヨタIT開発センター
シニアリサーチャ
/慶應義塾大学SFC研究所
上席研究員(訪問)〕

湧川 モバイルIPに関しては、モバイルIPv4(バージョン4)が先に登場しまして、その後にモバイルIPv6(バージョン6)が登場しています。IPのバージョンの違いはありますが、基本的なコンセプトは同じです。ただし、モバイルIPv6のプロトコル仕様は、IPng(現IPv6)の標準化と並行して進んだこともあり、モバイル機能をIPv6の必須機能にしようという議論から始まりました。

例えば、セキュリティのIPsec(IP Security Protocol)についてはIPv4ではオプションですが、IPv6では必須機能となったのと同じような扱いだったのです。すなわち、IPv6ノード(機器)には、基本的にはIPsecやモバイルIPv6がきちんと実装されているようにしようという議論がされていたのです。

しかし、そういう流れで標準化を進めていくと、モバイルIP自身はそんなに簡単なプロトコルではないため、細かく詰めていくと仕様が複雑になってしまうことがわかってきました。その結果として、IPv6の基本仕様の必須機能からはモバイルIPv6は外れましたが、モバイルIPv6はIPv6の諸機能をうまく利用してデザインされ、できるだけサポートするように明記されています〔RFC 4294, “IPv6 Node Requirements”, April, 2006〕。その後、ネットワークの移動を実現するネットワーク・モビリティの拡張(NEMO:Network Mobility)や、モバイルIPv6を使ってIPv4のネットワークに移動するためのデュアル・スタック拡張 (Dual Stack Mobile IPv6)、複数のインタフェースを利用するための拡張(MCoA: Multiple Care-of Address Registration)などさまざまなモバイルIPv6への拡張機能が定義されています。

≪2≫モバイルIPとプロキシー・モバイルIPの違い

■ モバイルIP関連プロトコルの中で、プロキシー・モバイルIP(PMIP:Proxy Mobile IP)というプロトコルが注目されていますが、モバイルIPとはどのように違うのでしょうか?

湧川 隆次〔トヨタIT開発センター シニアリサーチャ/慶應義塾大学SFC研究所 上席研究員(訪問)〕
湧川 隆次氏
〔トヨタIT開発センター
シニアリサーチャ
/慶應義塾大学SFC研究所
上席研究員(訪問)〕

湧川 そうですね。これまで説明してきたモバイルIPとは別に、もう1つの軸として「プロキシー・モバイルIP」が標準化されています。このプロキシー・モバイルIPというのは、モバイル・プロトコルの中でも新しい技術です。ご存じのように、インターネットというのはエンド・ツー・エンド(端末同士)ですべての通信を完結させる仕組みを基本としていますので、ネットワーク側は、IPパケットを転送するだけで基本的に何も処理しないのです。

すなわちインターネットは端末(エンド)が賢い(インテリジェンス)ため、すべてを端末でインテリジェンスをもって処理することにより、自由で、オープンな環境をつくっているのです。プロキシー・モバイルIPは、これとはまったく逆で、端末(エンド)はシンプルで何の処理もせず、ネットワーク側が賢い(インテリジェンス)という理念のもとにつくられた移動支援プロトコルです。

■ 身近な例でわかりやすく説明していただけますか?

湧川 一番イメージしやすいのは、現在の携帯電話システムを、そのままIPのアーキテクチャに置きかえると「プロキシー・モバイルIP(PMIP)」になるということです。つまり、今の携帯電話システムでは、ネットワーク側が端末の移動に伴う基地局の切り替え(ハンドオーバー)などの制御をすべて行い、端末側はネットワークにつながっているだけなのです。これとまったく同じことを、IPで実現したものがプロキシー・モバイルIPなのです。

プロキシー・モバイルIPは、プロトコル上ではモバイルIPを継承してつくられてはいるのですが、モバイルIPv6のバインディング登録などのモバイルIPに関する移動処理がすべてネットワーク側の機器(「モバイル・アクセス・ゲートウェイ」と言う)で処理されますので、エンド側(端末側)では特別な移動処理は何も要らないのです。先ほどお話ししましたように、バインディング(Binding、結合)とは、移動端末の移動に関係なく利用できる固定の「ホーム・アドレス」と、端末が移動した先で取得する「ケア・オブ・アドレス」(気付アドレス。移動先の住所)を対応付けた1対のペア情報です。プロキシー・モバイルIPでは、このバインディングは、モバイルIPv6のホーム・エージェントと同等な「ローカル・モビリティ・アンカー」(ホーム・エージェントと同等な機能をもち、移動端末のバインディングを管理する機器)で管理されます。

湧川 隆次〔トヨタIT開発センター シニアリサーチャ/慶應義塾大学SFC研究所 上席研究員(訪問)〕
湧川 隆次氏
〔トヨタIT開発センター
シニアリサーチャ
/慶應義塾大学SFC研究所
上席研究員(訪問)〕

先ほど電話システムに近いと言いましたが、このプロキシー・モバイルIPというのは、次世代(第3.9世代)の携帯電話システムであるLTE/EPCで採用されることが、決まっているのです。すなわち、プロキシー・モバイルIPv6は、携帯電話システムのオールIP化に伴って登場した移動支援プロトコルなのです。

■ ということは、モバイルIPv4やモバイルIPv6は使われないということなのでしょうか?

湧川 そのようなことはありません。モバイルIPがだめというわけではなくて、このプロキシー・モバイルIPは、携帯通信事業者が最初の運用としてネットワーク側でいろいろ制御したい、移動端末側にそのような処理機能をもたせたくない(端末の処理を軽くしておきたい)という要求から出てきたプロトコルなのです。つまり、「プロキシー・モバイルIP」は、従来の電話のコンセプトから生まれてきたプロトコルであり、一方、「モバイルIP」はインターネットのコンセプトから生まれてきたプロトコルであるとも言えます。ですから、モバイルIPが不必要ということではなく、携帯通信事業者が先陣を切ってプロキシー・モバイルIPを利用して運用するということだと考えています。

 

≪3≫IETFにおけるモバイルIP関連技術の標準化動向の整理

■ プロキシー・モバイルIP以外にもあるのですか?

湧川 はい。先ほど申し上げましたが、それ以外にも表1に示すように、例えばネットワーク・モビリティ(NEMO)という技術や、マルチホーム・サポート(MCoA:Multiple Care-of Addresses Registration)、さらにデュアル・スタック・モバイルIPがありますが、これらは、モバイルIPやプロキシー・モバイルIPに対して新しい機能を提供するプロトコルとなっています。


表1 いろいろなモバイル・プロトコルの整理(クリックで拡大)
プロトコル 英文表記 内 容
モバイルIPv4
(mip4 WG)
Mobile IPv4 IPv4ネットワークにおいて、移動端末の移動を支援する基本プロトコル。ホーム・エージェントが移動端末の移動を管理する。
モバイルIPv6
(mip6 WG, 現MEXTWG)
Mobile IPv6 IPv6ネットワークにおいて、移動端末の移動を支援する基本プロトコル。ホーム・エージェントが移動端末の移動を管理する。
デュアル・スタック・モバイルIPv6
(MEXT WG)
Dual Stack Mobile IPv6 モバイルIPは、IPv4とIPv6でそれぞれ別プロトコルとして定義されている。モバイルIPv6のみを利用して、移動端末のIPv4ネットワークの移動やIPv4を使った通信を実現するためのモバイルIPv6の拡張仕様である。
ネットワーク・モビリティ
(NEMO WG)
NEMO Basic Support Protocol ネットワーク全体(モバイル・ネットワーク)の移動を支援するモバイルIPv6の派生プロトコル。モバイル・ネットワークは、さまざまなIP端末が接続され、それらが一緒に移動します。ホーム・エージェントが移動端末の移動を管理する。
プロキシー・モバイルIPv6
(NETLMM WG)
Proxy Mobile IPv6
(PMIP v6)
モバイルIPv6では、「移動端末自身が移動支援」処理を行わなくてはならない。これに対してプロキシー・モバイルIPv6は、「移動端末の移動をネットワーク側で支援」するためのモバイルIPv6の派生プロトコルである。ネットワーク側に設置されるローカル・モビリティ・アンカー(ホーム・エージェントと同等の機能をもつ)が移動端末の移動を管理し、モバイル・アクセス・ゲートウェイ(移動端末のデフォルト・ルータ)が移動端末の移動を監視する。
マルチホーム・サポート
(monami6 WG、現MEXT WG)
Multiple Care-of Address Registration
(MCoA)
移動端末が複数(マルチ)のアクセス・ネットワークに同時に接続されているとき、宛先や通信の種類に応じて、利用するアクセス・ネットワークを切り替えたり、同時に利用したりするための、モバイルIPv6の拡張仕様である。


モバイルIPでは、コンピュータ(ホスト)1台、つまり1つのIPアドレスの移動しか担保(保証)していませんが、NEMOの技術というのは、例えば電車とか自動車のような乗り物の中にネットワークがあったときに利用します。電車の中に100人のユーザーいたら、その100人がそれぞれモバイルIPを走らせるのではなくて、電車の中のルータがこの100人をごっそりまとめて移動させてあげましょうというのが、NEMOの技術になります。参考までに図1に、IETFでモビリティ関連の標準化を行っているワーキング・グループ(WG)の時間的な経緯を整理して示します。


図1 IETFにおけるモビリティ関連のワーキング・グループ(WG)の系譜(クリックで拡大)

mobileip WG:IP Routing for Wireless/Mobile Hosts WG
mip4 WG:Mobility for IPv4 WG
mip6 WG:Mobility for IPv6 WG
Monami6 WG:Mobile Nodes and Multiple Interfaces in IPv6 WG
NEMO WG:Network Mobility WG
mipshop WG:Mobility for IP:Performance, Signaling and Handoff Optimization WG
MEXT WG:Mobility EXTensions for IPv6 WG
NETLMM WG:Network-based Localized Mobility Management WG
NetEXT WG:Network-Based Mobility Extensions WG
MANET WG:Mobile Ad-hoc Networks WG
AUTOCONF WG:Ad-Hoc Network Autoconfiguration WG
6lowpan WG:IPv6 over Low power WPAN WG
ROLL WG:Routing Over Low power and Lossy networks WG


■ この分野の標準化については、湧川先生も、IETFでいくつかRFC(公式標準技術文書)を書かれていますね。

湧川 はい、表2に示しますように、RFC 3693(NEMO)、RFC 4887(NEMOホームネットワーク・モデル)という2つのRFCを書き、さらに2009年5月現在、5つの仕様を標準化しているところです。


表2 湧川が執筆に参加した2つのRFCと審議中の5つの仕様(クリックで拡大)
RFC番号 タイトル・著者・ステータス 発行年月
[1] RFC 3963 Network Mobility (NEMO) Basic Support Protocol.
V. Devarapalli,R. Wakikawa, A. Petrescu,
P. Thubert. (Status: PROPOSED STANDARD)
2005年1月
[2] RFC 4887 Network Mobility Home Network Models.
P. Thubert, R. Wakikawa, V.Devarapalli.
(Status:INFORMATIONAL)
2007年7月
[3] draft-ietf-monami6-multiplecoa-13 Multiple Care-of Addresses Registration (MEXT WG)
Ryuji Wakikawa, Vijay Devarapalli, George Tsirtsis , Thierry Ernst , Kenichi Nagami
(Status:PROPOSED STANDARD)
2009年5月現在:RFC発行近
[4]draft-ietf-netlmm-pmip6-ipv4-support-12 IPv4 Support for Proxy Mobile IPv6
Ryuji Wakikawa, Sri Gundavelli
(Status:Proposed Standard)
2009年5月現在:IESGレビュー中
[5]draft-ietf-mip6-hareliability-04 Home Agent Reliability Protocol
Ryuji Wakikawa(Status:Proposed Standard)
2009年5月現在:WGLC前
[6]draft-ietf-monami6-mipv6-analysis-05 Analysis of Multihoming in Mobile IPv6
Nicolas Montavont, Ryuji Wakikawa, Thierry Ernst, Chan-Wah Ng, Koojana Kuladinithi(Status:Informational)
2009年5月現在:WGLC前
[7] draft-ietf-monami6-multihoming-motivation-scenario-03 Motivations and Scenarios for Using Multiple Interfaces and Global Addresses
Thierry Ernst, Nicolas Montavont, Ryuji Wakikawa, Chan-Wah Ng, Koojana Kuladinithi
(Status:Informational)
2009年5月現在:WGLC前

WGLC:Working Group Last Call、ワーキンググループ(WG)での最終合意

 


--つづく--


プロフィール

湧川 隆次〔トヨタIT開発センター シニアリサーチャ/慶應義塾大学SFC研究所 上席研究員(訪問)〕

湧川 隆次(わきかわ りゅうじ)氏

現職:TOYOTA InfoTechnology Center, U.S.A., Inc. シニアリサーチャ
   慶應義塾大学SFC研究所上席研究員(訪問)
   政策メディア博士(慶應義塾大学・2004 年)

【略 歴】
東京都に生まれる
2004年 慶應義塾大学大学院政策メディア研究科後期博士課程修了
2004年 慶應義塾大学政策メディア研究科 特別研究助手
2005年 慶應義塾大学環境情報学部 有期専任講師
2005年 Asian Institute of Technology(AIT)Adjunct Assistant Professor
2008年より株式会社トヨタIT開発センター シニアリサーチャ
2009年3月よりIETF AUTOCONF作業部会チェア、現在に至る

【主な活動】
IETF(インターネット技術標準化委員会)で、デュアル・スタック・モバイルIPv6(デザインチームの一員)、NEMO基本仕様(RFC 3963)やNEMOホーム・ネットワーク・モデル(RFC 4887)、プロキシー・モバイルIPv6のIPv4サポート拡張、複数ケア・オブ・アドレス登録など、多くの移動支援プロトコルの標準化を手掛けている。

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