FreeBSDではじめるIPv6 第8回

(FreeBSD PRESS No.15)

梅本肇 / ume@mahoroba.org

　FreeBSDでもようやくXCAST6が利用できるようになりました。XCAST6はNetBSDをメインターゲットとして開発がおこなわれており、これまでFreeBSD版がなく寂しい状態でした。
　そこで、今回はXCAST6について紹介したいと思います。

1 XCAST6

　最近、エンドノード同士が直接通信をおこなうP2P (Point-to-Point)が注目されています。その中で、IPv6 はEnd-to-Endの通信を指向するため、P2Pに向いていると期待されています。
　XCAST6は少人数のグループでの通信に向いたプロトコルで、P2Pアプリケーションを支えるプロトコルのひとつになるものと期待されます。

1.1 XCAST6とは

　マルチキャストの典型的な使い方として、放送メディアとしての使い方である放送型と、テレビ会議やチャットなど比較的少人数のグループでのコミュニケーションをおこなう小グループ型の2つがあります。
　放送型は、少数の送信元から多数の聴衆に対して流す使い方です。この場合、グループ数は少ないですが、多数の聴衆がいます。
　それに対し、小グループ型は、参加者が少ない小さなグループが多数存在します。
　マルチキャストはグループ管理など仕掛けが複雑であり、比較的放送型には向きますが、小グループ型には向いていません。
　XCAST6は、eXplicit multiCAST for IPv6の略で、グループに参加しているメンバの宛先のアドレスを全てヘッダ内に明示的(explicit)に持っています。そのため、グループを管理する特別な仕掛けを必要としません。
　仕掛けを単純化することで、小グループ型のコミュニケーションに向いたプロトコルとなっています。逆に、ヘッダ内にメンバの宛先を持っていますので、放送型のように宛先が多数ある使い方には向きません。

　XCAST6では、ROUTINGヘッダに参加している全てのメンバのアドレスを持っています。XCAST6独自のヘッダは IPv6の拡張ヘッダを使用しています。
　拡張ヘッダはIPv6の特長のひとつで、通信経路上に理解できないルータがあったとしても、そのまま素通しさせることができます。これにより、柔軟にプロトコルを拡張できるようになっています。
　図1はXCAST6のヘッダの例で、送信者AがB, C, D宛に送信する場合をあらわしています。

図1 ヘッダの構造
IPv6ヘッダ
src=A, dst=B Hop-by-Hopヘッダ
tail=D ROUTINGヘッダ
[B, C, D] Destination
ヘッダ UDP
ヘッダ

図1 ヘッダの構造
IPv6ヘッダ src=A, dst=B	Hop-by-Hopヘッダ tail=D	ROUTINGヘッダ [B, C, D]	Destination ヘッダ	UDP ヘッダ

　パケットがXCAST6に対応したルータを通過すると、宛先に応じて分割されフォワードされます。XCAST6に対応していないルータを通過した場合、拡張ヘッダは処理されず、IPv6ヘッダのデスティネーションにそのままフォワードされます。これにより、経路上の全てのルータが XCAST6に対応していなくても、余計な経路は通りますが、全てのメンバにパケットが届くことになります。
　図2を見てください。Aから送信されたパケットはBに一旦送られています。これは、ルータaがXCAST6を理解しないためで、ルータaはIPv6ヘッダ中のデスティネーションアドレス宛にユニキャスト的にフォワードしています。
　ルータbはXCAST6を理解しますので、ROUTINGヘッダを見て、CとDに分岐します。

図2 XCAST6パケットのフォワード

　例えば、帯域が細くなる境界であるプロバイダのカスタマ・エッジなど、経路上に適切にXCAST6対応ルータを設置することで効率良くパケットを配送できることがお分かり頂けると思います。

　現在、XCAST6はドラフトの段階であり、 draft-ooms-xcast-basic-spec-03.txt^*1)に記述されています。
　XCAST6の情報は

http://www.xcast.jp/

から得ることができます。

　また、XCAST6の実験・検証および普及を目的として『WIDE X6-Bone接続実験サービス』がおこなわれています。WIDE pTLA 3ffe:051b::/32を使った、XCAST6のための仮想トンネルv6網を構築しています。興味のある方は

http://www.xcast.jp/rule-j.html

を参照ください。

1.2 XCAST6 のインストール

　XAST6の実装は

http://sourceforge.net/projects/xcast6/

で配布がおこなわれています。本稿執筆時点での最新版は0.1.2-1となっています。

　XCAST6はkernelに対するパッチと、アプリケーションに対するAPIを提供するライブラリ、そして、アプリケーションから構成され、それぞれ別のアーカイブとして提供されています(表1)。

表1 FreeBSDで必要なXCAST6の配布アーカイブ
xcast6-0.1.2-1-freebsd-sys-4.6.2.diff.gz FreeBSD 4.6.2-RELEASE kernel用パッチ

xcast6-0.1.2-1-xcgroup.tar.gz xcgroup

xcast6-0.1.2-lib.tar.gz libem6, libxcast

xcast6-0.1.2-rat-4.2.22.diff.gz rat用パッチ

xcast6-0.1.2-tcpdump-3.7.1.diff.gz tcpdump用パッチ

xcast6-0.1.2-usr.sbin.tar.gz ping6x, tracecoute6x

xcast6-0.1.2-vic-2.8ucl-1.1.3.diff.gz vic用パッチ

表1 FreeBSDで必要なXCAST6の配布アーカイブ
xcast6-0.1.2-1-freebsd-sys-4.6.2.diff.gz	FreeBSD 4.6.2-RELEASE kernel用パッチ
xcast6-0.1.2-1-xcgroup.tar.gz	xcgroup
xcast6-0.1.2-lib.tar.gz	libem6, libxcast
xcast6-0.1.2-rat-4.2.22.diff.gz	rat用パッチ
xcast6-0.1.2-tcpdump-3.7.1.diff.gz	tcpdump用パッチ
xcast6-0.1.2-usr.sbin.tar.gz	ping6x, tracecoute6x
xcast6-0.1.2-vic-2.8ucl-1.1.3.diff.gz	vic用パッチ

　バージョン0.1.2からFreeBSDもサポートされるようになりました。FreeBSDの対象バージョンは4.6.2-RELEASE ですが、4.7-RELEASEでも問題なくパッチが当たります。

　まずはkernelをXCAST6対応にしましょう。 /usr/src/sys/以下にFreeBSDのカーネルのソースを展開しておきます。そして、 xcast6-0.1.2-1-freebsd-sys-4.6.2.diff.gz^*2)を当てます。

　XCAST6関連のカーネルの設定項目は以下の2つです。

・options XCAST6
XCAST6を組み込みます。
・pseudo-device xcst 1
XCAST6 用仮想ネットワークインタフェースを組み込みます。

　使用しているコンフィグファイルにこれらを加えます。
　これらをGENERICに加えたコンフィグファイルが GENERIC_XCAST6として提供されていますので、そのまま用いても良いでしょう。
　GENERIC_XCAST6を使用する場合の構築例を図3に示します。

図3 XCAST6 対応kernelの作成
# cd /usr/src # zcat xcast6-0.1.2-1-freebsd-sys-4.6.2.diff.gz \| patch -p1 # make buildkernel KERNCONF=GENERIC_XCAST6 # make installkernel KERNCONF=GENERIC_XCAST6

　なお、正式に配布されているパッチは4.6.2-RELEASE に対するものですので、別途5-CURRENTに対するパッチを用意しています^*3)。

http://www.imasy.or.jp/~ume/FreeBSD/xcast6-0.1.2-1-freebsd-sys-5-current-20021114.diff.gz

　また、今野元之氏が

http://motoyuki.bsdclub.org/BSD/xcast6.html

でFreeBSDおよびNetBSD用のバイナリを配布されており、コンパイルする手間を省くことができます。

1.3 設定

　XCAST6ではxcst0という仮想ネットワークインタフェースを使用します。また、XCAST6ではff05::10 (All_Xcast_Routers)というマルチキャストアドレスを使用します。ff05::10宛の経路をxcst0へ向けてあげることで、XCAST6が有効になります。
　/etc/rc.confで上記をおこなう設定例を図4に示します。

図4 /etc/rc.confの設定例
ifconfig_xcst0="up" ipv6_static_routes="xcast" ipv6_route_xcast="ff05::10 ::1 -ifp xcst0"

1.4 ライブラリ

　XCAST6対応のアプリケーションはlibxcastをリンクしますので、まずlibxcastをインストールしましょう。 libxcastはxcast6-0.1.2-lib.tar.gzに入っています。
　インストールを簡便にするためにportにしたものを、

http://www.imasy.or.jp/~ume/FreeBSD/xcast6-lib-port.tar.gz

に置いてあります。これを展開し、xcast6-libでmake installすることでlibxcastのインストールは完了です。

1.5 グループ管理

　XCAST6ではレイヤ3レベルで参加メンバの情報を持っているわけではありません。XCAST6自体では送信者はマルチキャスト・セッションの個々の相手先アドレスを明示的に指定しなければなりません。
　ここで登場するのがグループマネージャです。グループマネージャを使用することで、参加メンバのアドレスを参加者間で共有できるようになります。これにより、非常に長いIPv6アドレスの羅列をいちいち指定しなくても、グループマネージャのURLを指定するだけで済みます。

　グループマネージャのサーバおよびクライアントは xcast6-0.1.2-1-xcgroup.tar.gzに入っています。
　サーバはCGIですので、別途ApacheなどのHTTPサーバが必要です。HTTPは必ずしもIPv6対応でなくても構いませんが、実際のXCAST6による通信はIPv6を用いますので、 Apache2などIPv6対応のものにし、IPv6だけで完結させたいところです。
　xcgroupがクライアントになります。
　サーバ、クライアント共、Rubyで書かれています。

　インストールを簡便にするためにportにしたものを、

http://www.imasy.or.jp/~ume/FreeBSD/xcgroup-port.tar.gz

に置いてあります。これを展開し、xcgroupでmake installすることでxcgroupのインストールは完了です。デフォルトではxcgroupsrv.cgiはインストールしないようになってます。サーバも必要な場合は XCGROUP_WITH_SERVER=yesを指定してください。

　XCAST6を使う際には、まずxcgroupを起動し、グループに参加します。そして、vicやratなどのアプリケーションを使用します。
　xcgroupは-bオプションでxcgroupサーバのURLを、-g オプションで参加するグループ名を指定して起動します。
　xcgroupを起動すると、自ノードのIPアドレスがサーバに登録されます。明示的に登録するIPアドレスを指定したい場合は、-Aオプションで登録するIPアドレスを指定します(図5)。
　終了時は、xcgroupを停止します。xcgroupを起動している間はグループに参加していることになりますのでパケットが流れてきます。xcgroupの停止は、Ctrl-Cを押すか、kill -INTです。-INTを指定せずkillをおこなうとグループに参加したままになりますのでご注意ください。

図5 xcgroupの起動例
$ xcgroup -b http://xcast6.example.com/cgi-bin/xcgroupsrv.cgi -g FreeBSDPress -A 3ffe:505:2:8000::1

　グループに参加しているメンバの一覧は、「cmd=show」および「group=グループ名」を指定してxcgroupsrv.cgi を起動すると見ることができます。図6の例ではw3mを使って確認しています。

図6 グループ参加者の確認
$ w3m 'http://xcast6.example.com/cgi-bin/xcgroupsrv.cgi?cmd=show&group=FreeBSDPress'

1.6 アプリケーション

　現在のところ、IPv4マルチキャストツールであるvic とratに対してXCAST6対応にするパッチが公開されています。vicはカメラなどからキャプチャした動画をやりとりするツールで、ratは音声をやりとりするツールです。vicとratを併用することにより、テレビ会議をおこなうことができます。

　以下のratとvicに対するパッチが提供されています。

xcast6-0.1.2-rat-4.2.22.diff.gz
xcast6-0.1.2-vic-2.8ucl-1.1.3.diff.gz

　rat, vicについてもportを用意してあります。

http://www.imasy.or.jp/~ume/FreeBSD/rat+xcast6-port.tar.gz
http://www.imasy.or.jp/~ume/FreeBSD/vic+xcast6-port.tar.gz

からインストールすると良いでしょう。

　xcast6-0.1.2-usr.sbin.tar.gzにはping6と traceroute6をXCAST6対応にしたping6xとtraceroute6x が入っています。こちらについてもportを用意してあります。

http://www.imasy.or.jp/~ume/FreeBSD/xcast6-usbin-port.tar.gz

からインストールすると良いでしょう。

　また、tcpdumpをXCAST6対応にするパッチが提供されています。

xcast6-0.1.2-tcpdump-3.7.1.diff.gz

　なお、FreeBSDではxcast6-0.1.2-sbin.tar.gzは必要ありません。

2 ソースアドレス・セレクション

　現状の XCAST6 の実装では、xcgroupで登録するIPv6 アドレスと、実際にやりとりするパケットのソースアドレスが一致していないと正しく動かないという問題が報告されています。
　単一の IPv6グローバルアドレスを使用している環境では問題が生じることはありませんが、複数のIPv6グローバルアドレスが付いているホストではこの問題に遭遇する可能性があります。
　この問題を避けるためには、実際にやりとりするパケットのソースアドレスをxcgroupで登録する必要があります。
　これをおこなうためには、ソースアドレスがどのように選択されるかを知っておく必要があるでしょう。

2.1 ルール

　現在の実装では、以下のようなルールにもとづいてソースアドレスが選択されます。

常に、デスティネーションと同じスコープのアドレスが最優先で使用される。
デスティネーションと同じかより大きなスコープのアドレスが優先される。
新しい通信を開始する場合には、deprecatedなアドレスは使用しない。
テンポラリアドレス(RFC 3041 privacy extension)を優先する。
上記の条件を満たしている、outgoingインタフェースに割り付けられたアドレスを優先する。
上記の条件を満たしている、デスティネーションアドレスにプレフィックスが最も近いアドレスが選択される(最長一致)。

　詳しくは、/usr/share/doc/IPv6/IMPLEMENTATIONの 1.6 Source Address Selectionを参照ください。

2.2 利用例

　outgoingになるネットワークインタフェースにグローバルアドレスを付けておけば、そのノード発のパケットのソースアドレスはそのアドレスになります。
　複数のネットワークインタフェースがある場合、 XCAST6を使用する際には、パケットがどれかひとつのネットワークインタフェースからだけ出て行くように経路を設定し、そのネットワークインタフェースにグローバルアドレスを付け、そのグローバルアドレスをxcgroupの-A オプションで指定すると良いでしょう。

3 おわりに

　今回はXCAST6について紹介しました。ADSL程度の帯域があればなんとか実用になります。使うためにはkernel にパッチを当てるなど若干敷居が高いかもしれませんが、一度使い出すとなかなか面白くやみつきになります。
　XCAST6まだドラフト段階で、当面FreeBSD自体にマージされることはありませんが、みんなでどんどん使い、標準になるよう盛り上げていきましょう。

*1)	Explicit Multicast (XCAST) Basic Specification
*2)	最近の4-STABLEにはm_tagの導入が MFC されましたので適用できません。代わりに、 http://www.imasy.or.jp/~ume/FreeBSD/xcast6-0.1.2-1-freebsd-sys-4-stable-20030126.diff.gz を御使用下さい。
*3)	5.0-RELEASEでは本文中のパッチで問題ありませんが、最近の5-CURRENTではmallocまわりの修正のためコンパイルできなくなってしまいました。 http://www.imasy.or.jp/~ume/FreeBSD/xcast6-0.1.2-1-freebsd-sys-5-current-20030126.diff.gz を御使用下さい。