Koneen identiteetti protokolla -pohjainen osoitteenmuuntajien läpäisy vertaisympäristöissä

Abstract

Osoitteenmuuntajat aiheuttavat ongelmia vertaisverkkojen yhteyksien luomiselle. Myös koneen identiteetti protokolla (HIP) kärsii osoitteenmuuntajien aiheuttamista ongelmista, mutta sopivilla laajennuksilla sitä voidaan käyttää yleisenä osoitteenmuuntajien läpäisymenetelmänä. Interaktiivinen yhteyden luominen (ICE) on tehokas osoitteenmuuntajien läpäisymenetelmä, joka toimii monissa erilaisissa tilanteissa. Tämän diplomityön tavoitteena on mahdollistaa HIP-pohjainen osoitteenmuuntajien läpäisy käyttämällä ICE-menetelmää, ja arvioida menetelmän toimivuutta implementoinnin ja mittausten avulla.

Implementoimme ICE-prototyypin ja testasimme sitä eri tyyppisten osoitteenmuuntajien kanssa. Käytimme mittauksissa verkkoa, jossa kaksi isäntäkonetta olivat eri aliverkoissa, ja suoritimme ICE-yhteystestejä näiden koneiden välillä. Mittasimme testeissä lähetettyjen viestien ja tavujen määrän sekä käytetyn ajan. Mittaustulosten perusteella laskimme myös arvion ICE:n ja HIP:in aiheuttamalle ylimääräisten viestien ja ajankäytön määrälle.

ICE onnistui luomaan yhteyden kaikissa testaamissamme tilanteissa, mutta käytti välillä enemmän viestejä ja aikaa kuin olisi tarpeen. Selvitimme työssä syyt ylimääräisille viesteille ja esitimme keinoja viestien määrän vähentämiselle. Saimme myös selville, että suuressa osassa tilanteista 4-5 yhteystestiviestiä riittää yhteyden luomiseksi, mutta tietynlaista osoitteenmuunnosta käyttävät osoitteenmuuntajat voivat helposti tuplata viestien määrän. Joka tapauksessa, yhteystestien luomat liikennemäärät ovat vähäisiä, ja käyttämällä lyhyempiä ajastinaikoja kuin mitä ICE spesifikaatio ehdottaa, voidaan ICE:n tehokkuutta kasvattaa merkittävästi. Käyttämällä HIP:iä ICE:n kanssa vertaisverkko-ohjelmat voivat saada käyttöönsä tehokkaan osoitteenmuuntajien läpäisymenetelmän, joka tukee myös yhteyden turvaominaisuuksia, mobiliteettia, sekä useita yhtäaikaisia verkkoliitäntöjä.

Network Address Translators (NATs) cause problems when peer-to-peer (P2P) connections are created between hosts. Also the Host Identity Protocol (HIP) has problems traversing NATs but, with suitable extensions, it can be used as a generic NAT traversal solution. The Interactive Connectivity Establishment (ICE) is a robust NAT traversal mechanism that can enable connectivity in various NAT scenarios. The goal of this thesis is to enable HIP-based NAT traversal using ICE and to evaluate the applicability of the approach by implementation and measurements.

We implemented an ICE prototype and tested it with different types of NATs. We used a network where two hosts were in different subnets and run ICE connectivity checks between them. The amount of messages and bytes sent during the process, and also how long the process took, was measured and analyzed. Based on the measurements, we calculated the overhead of using HIP with ICE for NAT traversal.

ICE was able to create a connection in all the scenarios, but sometimes using more messages and longer time than expected or necessary. We found reasons why too many messages are exchanged and presented solutions on how some of these redundant messages could be avoided. We also found out that while 4-5 connectivity check messages are enough in many scenarios, NATs with specific address mapping behavior can easily double the amount of needed checks. Still, the generated traffic bitrate is modest, and using shorter timeout values than what the ICE specification suggests can have a significant positive impact on performance. By using HIP with ICE, P2P programs can get an efficient NAT traversal solution that additionally supports security, mobility and multihoming.