SIPにおけるIPv6-v4変換装置の開発について

特集
IPv6ソリューション
SIPにおける IPv６-v４変換装置の
開発について
About the Development of the IPv6-v4 Conversion Device in SIP
松原倫哉
MATSUBARA Tomoya
概要
現在のIP電話サービスは、IPv４での普及が進んでいる。しかし、今後 IPv６の普及が進むにつれ、IP
電話システムも徐々に IPv６化されることが予想される。IPv４から IPv６への移行期には、IPv４端末と
IPv６端末の相互接続が必要となるが、既存のトランスレータ技術では呼制御プロトコルとして主に使用
されているSIP通信を相互接続することができない。
我々は、
IP電話システムの IPv６へのスムーズな移行手段を提供することを目的として、
SIP専用の IPv６-v４
変換装置を開発している。変換装置を評価した結果、端末間で遅延無く通話ができることを検証し、実
装方式の有効性を確認することができた。今回は、現在普及している IP電話に限定して開発したが、今後は、
プレゼンス、インスタントメッセージへの対応や、音声以外のメディアへの対応を検討していく。
1. はじめに
ブ・アンド・ゲノム・インフォマティクス（株）
（以下、W&G）
では、VoIP(Voice Over IP)に関する研究・開発を継続的に
２００３年に相次いで IP電話サービスが開始されて以来、IP電
行っており、現在、SIP専用の IPv６-v４変換装置の開発に取り
話は、企業向けだけでなく、コンシューマ向けにも本格的な
組んでいる。
普及が始まっている。現在の IP電話サービスは、IPv４での普
本稿では、まず S I P の概要について解説し、S I P 専用の
及が進んでおり、呼制御プロトコルとして主にSIP(Session
IPv６-v４変換装置について述べる。
Initiation Protocol)が採用されている。SIPは、インター
ネットアーキテクチャに沿って設計されており、IPv６との親和
性が高い。そのため、IPv６での IP電話サービスにおいても、
2. SIPの概要
SIPが呼制御プロトコルの主流になるものと考えられている。
2.1 SIPとは
既に IPv６とSIPを組み合わせた IP電話システムが構築され始
SIPとは、IP ネットワーク上でマルチメディアセッション
めており、今後ますます増えていくものと予想される。
を管理するためのシグナリングプロトコルである。IETF
IPv４から IPv６への移行期には、IPv４端末と IPv６端末の相
（Internet Engineering Task Force）のSIP ワーキンググ
互接続が必要となる。しかし、既存のトランスレータ技術で
ループで提案され、現在はRFC３２６１で標準化されている。
はSIP通信を相互接続することができない。インテック・ウェ
SIPによって実現される代表的なサービスとして、IP電話が
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第6号
ある。SIPは、Webで利用されているHTTPとよく似たテキス
2.2 SIPの構成要素
トベースのプロトコルであり、開発者にとっては実装しやすく、
SIPの構成要素には、SIP端末とSIPサーバの２種類がある。
インターネットアプリケーションとの親和性が高いという特徴
SIP端末は、UA（User Agent）と呼ばれ、IP電話機、携帯
がある。また、SIPは、セッションの開始・変更・終了のみ行
端末、ゲートウェイ、ソフトフォン等が該当する。SIPサーバ
い、セッション上で交換されるメディアの種類については定め
は、SIP端末の管理装置にあたり、端末に対して呼制御や付加
ていない。そのため、音声を交換する IP電話だけでなく、画像
サービスを提供する。SIPは、もともと端末間で直接情報をや
を交換するビデオ会議、インスタントメッセージ、プレゼンス
り取りできるP２P型のプロトコルであり、サーバを使用せず
等、様々なサービスに利用することができる。例えば、IP電話
に端末間でダイレクトに通話することができる。しかし、SIP
の場合、メディア情報の記述にSDP(Session Description
サーバを利用することにより、グループ管理、転送、ピックアッ
Protocol)、メディアの転送にRTP/RTCP
プ等に対応した付加価値の高い IP電話システムを構築するこ
(Real-time
Transport Protocol/ RTP Control Protocol) を使用す
とができる。
る（図 1参照）。
アプリケーション層
SDP
（メディア情報の記述）
SIP RTP/RTCP
（メディアの転送）（セッションの開始・変更・終了）
トランスポート層
TCP
UDP
SIPの基本シーケンスを図２に示す。端末の起動から通話の
終了までのシーケンスは以下のとおりである。
(1) 端末が起動すると、REGISTERリクエストをSIPサーバ
IPv４/IPv６
インターネット層
2.3 SIPの基本シーケンス
へ送信する。
図１ IP電話プロトコルでのSIPの位置付け
SIPサーバ
SIP端末
SIP端末
起動（1）REGISTER
（1）REGISTER 起動
（2）200 OK
（2）200 OK
発信（3）INVITE
（3）INVITE
リングバック
トーン
（4）180Ringing
（4）180Ringing
（5）200 OK
（5）200 OK
（6）ACK
着信
100Trying
100Trying
リンギング
応答
（6）ACK
通話
通話
音声/ビデオ/FAX
音声/ビデオ/FAX
（7）BYE
（7）BYE
ビジートーン
切断
（8）200 OK
（8）200 OK
図２ SIPの基本シーケンス
37
特
集
(2) SIPサーバは、端末の電話番号とアドレス情報をデータ
セッションの開始を要求する INVITEリクエストの例を示す。
ベースに登録し、２００OKレスポンスを戻す。
SIPメッセージのフォーマットは、空白行を境に、前半が開始
(3) 端末からダイヤルすると、INVITEリクエストをSIPサー
行とヘッダ部、後半がメッセージボディ部となる。ヘッダ部に
バへ送信し、SIPサーバは事前に登録されたアドレス情報
は、SIPメッセージを送受信する IPアドレス情報等、メッセー
を元に INVITEリクエストを転送する。
ジ処理に必要な様々な情報が含まれる。メッセージボディ部に
(4) 着端末に INVITEリクエストが届くと１８０Ringingレス
は、メディアの能力、RTP/RTCPパケットを送受信する IPア
ポンスを戻すとともに着端末のベルを鳴らす。
ドレス情報等が記述される。
(5) 着端末が応答すると２００OKレスポンスを戻す。
(6) 発端末がACKリクエストを送信すると通話が開始される。
2.4 SIPにおけるIPv６-IPv４相互接続の問題点
(7) 通話を切断する場合は、BYEリクエストを送信する。
IPv４から IPv６への移行期には、IPv４/SIP端末とIPv６/SIP
(8) 相手端末にBYEリクエストが届くと２００OKレスポンスを
端末の相互接続が必要となる。ネットワーク層やトランスポー
戻し通話が終了する。
ト層でのアドレス変換は、既にNAT-PT(Network Address
SIPメッセージには、処理を要求するリクエストと処理結果
Translation-Protocol Translation)やTRT(An IPv６ to
を示すレスポンスの２種類のメッセージが存在する。図３に、
IPv４ Transport Relay Translator)と呼ばれるトランスレー
タ技術がある。
これら既存のトランスレータ技術が呼制御プロトコル SIP
開始行
に適用できない理由を説明する。図４の左側の IPv６/SIP端末
SIP部
ヘッダ部
から送信された IPパケットはトランスレータに送られる。ト
ランスレータは IPパケットの先頭にある IPヘッダ部のアドレス
を変換するが、後続するデータ部 (アプリケーション層のメッ
空白行
セージ) のアドレスは変換しない。そのため、SIPメッセージ
IPアドレス
メッセージボディ部
SDP部
に埋め込まれた IPv６アドレスがそのまま IPv４ネットワーク
に送信され、受信側の IPv４/SIP端末でアドレスの処理に
失敗し、SIP通信を確立できない。SIP通信を確立するには、
新たにアプリケーション層でのアドレス変換が必要になる。
図３ INVITEリクエストの例
インターネット層/トランスポート層の
トランスレータ
IPv４/SIP端末
IPv６/SIP端末
IPv６アドレスが埋め込
まれたSIPメッセージを
送信
SIPメッセージ
IPv６アドレス
データ部
IPパケット
IPヘッダ部のみIPv６
からIPv４に変換
IPv６アドレス
IPヘッダ部
SIPメッセージ
IPv６アドレス
データ部
IPパケット
図 4 既存トランスレータのSIP通信問題
38
？
IPv４アドレス
IPヘッダ部
S I Pメッセージ内の
S I P / S D P 部の I P v６
アドレスが処理できない！
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第6号
3. IPv６-v４変換装置の開発
3.3 ゲートウェイ方式
IPv４/SIP網と IPv６/SIP網をそれぞれ対等なSIP網として
3.1 開発の背景/目的
相互接続する方式である (図５)。IPv６-v４変換装置がふたつ
既存の IP電話システムの多くは IPv４で運用されている。し
のSIPサーバ間を接続する。
かし、今後 IPv６の普及が進むにつれ IP電話システムも徐々に
IPv６化されることが予想される。IPv４で構築された既存の IP
電話システムを IPv６へ移行する手段として、SIPサーバを IPv６
IPv４/SIP網
SIPサーバ
と IPv４に対応できるデュアルスタック化する方法と、新たに
登録
IPv６-v４変換装置を導入する方法がある。現時点では、既に
安定稼働している IP電話システムをデュアルスタック化するの
通話
IPv６-v４変換装置
は、リスクが高く現実的ではない。既存の IP電話システムに
は極力手を加えず、新しいシステムについてのみ IPv６対応に
して、IPv６から IPv４への接続手段を提供する手法が望まし
登録
SIPサーバ
いと考えている。
このような背景のもと、IP 電話システムの IPv６へのスムー
IPv６/SIP網
ズな移行手段を提供することを目的として、アプリケーション
図５ゲートウェイ方式のシステム構成
レベルで動作する IPv６-v４変換装置を開発している。
ゲートウェイ方式における変換装置の主な機能は、以下の
3.2 開発のアプローチ
通りである。
先に述べた通りSIPの用途は多岐に渡り、用途によりSIPプ
● SIPサーバへの登録機能
ロトコルの使い方に違いがある。そのため変換装置のターゲッ
変換装置をSIP端末として、外部のSIPサーバへ登録する
トを現在普及している IP電話に限定して開発することにした。
機能
また、IPv４と IPv６を相互に接続する際、SIPサーバとSIP端
● 呼制御機能
末の位置関係により、ゲートウェイ方式と仮想端末方式の２種
SIP端末間のセッションを確立する機能
類の接続方式が考えられる (表1)。適用する環境に応じて接続
● メディア転送機能
方式を選択できるように IPv６-v４変換装置を設計した。
SIP端末間で音声、ビデオ、FAX用のメディアパケットを
W&Gでは、これまでに IPv４のみに対応したSIPサーバ製品
転送する機能
を商品化してきた。IPv６-v４変換装置の開発は、既存製品の
ゲートウェイ方式のアドレス変換対象は、呼制御のみとなる。
IPv６対応と機能追加という形で進めている。
IPv６/SIP端末から IPv４/SIP端末に発信するときの IPv６-v４
変換装置の動作概要を示す。
表 1 接続方式の比較
ゲートウェイ方式仮想端末方式
特徴
IPv4側と IPv6側にそれぞ
れSIPサーバが存在し、SIP
サーバ間を相互接続
IPv4側にのみSIPサーバが
存在し、IPv4/SIPサーバと
IPv6/SIP端末を相互接続
(１) IPv６/SIPサーバから INVITEリクエストを受信する。
(２) INVITEリクエストに含まれるアドレス情報を変換装置の
IPv４アドレスに変換し、IPv４/SIPサーバへ転送する。同時
に IPv４から IPv６方向へのメディア転送機能を有効にする。
(３) IPv４/SIPサーバから INVITEリクエストに対する２００
OKレスポンスを受信する。
IPv4で構築された企業内 IP IPv4で構築された企業内 IP
適用例電話システムと IPv6による電話システムを IPv6/SIP端
末から使用する
IP電話サービスを接続する
(４) ２００OKレスポンスに含まれるアドレス情報を変換装置の
IPv６アドレスに変換し、IPv６/SIPサーバへ転送する。同時
に IPv６から IPv４方向へのメディア転送機能を有効にする。
(５) IPv６/SIPサーバからのACKリクエストを INVITEリクエ
39
特
集
ストと同様にアドレス変換し、IPv４/SIPサーバへ転送する。
２００OKレスポンスを受信する。
(６) 以上により、セッションが確立し通話が開始される。
(５) ２００OKレスポンスに含まれるアドレス情報を変換装置の
IPv６アドレスに変換し、IPv６/SIP端末へ転送する。
3.4 仮想端末接続方式
(６) 以上により、端末登録が完了する。呼制御の動作概要は、
IPv4/SIP網に IPv6/SIP端末を収容する形で相互接続する
ゲートウェイ方式と同様である。
方式である(図6)。IPv6-v4変換装置が IPv4/SIPサーバと
3.5 アーキテクチャ
IPv6/SIP端末を接続する。
変換装置は、大きく分けて４つの機能モジュールから構成さ
れる。変換装置のアーキテクチャを図７に示す。
IPv４/SIP網
(1) SIPプロトコル処理部
SIPサーバ
SIPプロトコルの低レベル処理を行う機能モジュールで
登録
ある。具体的には、SIPメッセージの入出力処理、エン
仮想端末
通話
仮想端末
仮想端末
IPv６-v４変換装置
仮想SIPサーバ
登録
登録
コード/デコード処理、トランザクション管理などが該当
する。変換装置の特徴として、IPv６用と IPv４用の２つの
SIPプロトコル処理部を持つことが挙げられる。
登録
(2) 呼処理部
呼制御に関するSIPメッセージ（INVITE/ACK/CANCEL/
IPv６/SIP網
BYE/レスポンス）のアドレス変換モジュールである。本
図６仮想端末方式のシステム構成
モジュールが、SIP端末間のセッションを確立する。
(3) 端末登録処理部
仮想端末方式における変換装置の主な機能は、以下の通り
端末登録に関するSIPメッセージ（REGISTER）を処
である。
理するモジュールである。接続方式により処理が異なり、
● 仮想端末登録機能
ゲートウェイ方式ではREGISTERリクエストを内部的に
SIP端末からの登録要求を異種ネットワーク上のSIPサー
処理し、仮想端末方式ではアドレス変換処理する。内部の
バへ転送する機能
データベースには、端末の登録情報が蓄積される。
● 呼制御機能
(4) メディア転送部
SIP端末間のセッションを確立する機能
音声、ビデオ、FAX用のメディアパケットを転送する
● メディア転送機能
機能モジュールである。
SIP端末間で音声、ビデオ、FAX用のメディアパケットを
メディア転送部
転送する機能
音声、
ビデオ、FAXパケット
仮想端末方式のアドレス変換対象は、端末登録と呼制御と
なる。IPv６-v４変換装置に IPv６/SIP端末を接続するときの動
REGISTER
端末登録処理部
作概要を示す。
(１) IPv６/SIP端末からREGISTERリクエストを受信する。
REGISTER
INVITE/ACK/CANCEL/BYE/レスポンス
呼処理部
(２) IPv６/SIP端末と１対１に対応する仮想端末を内部に生成
する。仮想端末には、変換装置の IPv４アドレスが割り当
IPv６/SIPプロトコル処理部 IPv４/SIPプロトコル処理部
てられる。
(３) REGISTERリクエストに含まれる IPアドレス情報を仮想
端末のアドレスに変換し、IPv４/SIPサーバへ転送する。
(４) IPv４/SIPサーバからREGISTERリクエストに対する
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IPv６/SIP網
IPv４/SIP網
図７ IPv６-v４変換装置のアーキテクチャ
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3.6 評価
開発した IPv６-v４変換装置の動作を検証した結果、IPv４/SIP
特
集
端末と IPv６/SIP端末の間でセッションを確立し、通話がで
きることを検証した。また、変換装置における音声パケット
の遅延がほとんどなく、音声品質に影響が出ないことを検証
した（表２）。これにより変換装置のアドレス変換の実装方
式の有効性を確認することができた。
表 2 IPv6-v4変換装置の性能
構成１
構成２
CPU
Intel Celeron 566MHz
Intel Celeron 2.8GHz
メモリ
128MB
512MB
同時接続数
30チャネル
92チャネル
音声パケットの平均遅延
0.34msec
0.53msec
今後の宿題を示す。
(1) IPv６/SIP端末との接続評価
現状入手可能な IPv６/SIP端末の種類が少ない。そのた
め、変換装置の評価は、フリーのソフトフォンであるSIP
Communicatorを使用した。今後、他の端末でも評価す
る必要がある。
(2) プレゼンス、インスタントメッセージへの対応
SIPは、IP電話だけではなく、プレゼンスやインスタン
トメッセージの通信基盤としても使用することができる。
今回の開発では、IP電話をサポート対象としたが、今後、
プレゼンスやインスタントメッセージにも対応していかな
ければならない。
(3) SIP端末の高機能化への対応
SIP端末が高機能化するにつれ、セッション上で様々な
メディアを取り扱うようになる可能性がある。例えば、
データ会議、アプリケーション共有、ファイル転送等が
考えられる。今後、これらの対応を検討していく予定である。
4. おわりに
今後は、開発した IPv６-v４変換装置を実環境に適用し、運用実
績を増やしていく予定である。また、
今回の開発では、IPv６-v４
変換の対象をSIPプロトコルに限定したが、SIPと既存イン
ターネットアプリケーションとの連携を実現すべく、SIP以外
松原倫哉
MATSUBARA Tomoya
インテック・ウェブ・アンド・ゲノム・インフォマティクス株式会社
先端 IT事業部 IPテレフォニー事業グループ
● VoIPシステムの開発に従事
●
のプロトコルへの対応を進めていく。
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