多段通信路ネットワークにおける信頼保証型マルチキャストデータ

配送システムの設計と実装

Mikiyo Nishida/west@sfc.wide.ad.jp2000/2/4

修士論文発表

本研究で実現したこと

• 多数の受信者にデータを配布する仕組み– 多数の利用者が同一のデータを受信する– マルチキャストを使用したデータ配送– 信頼性を保証した通信を行う

• 受信者数に対する規模性を持つ• ネットワークの帯域の多様性を考慮する

インターネットでのデータ配送

データ配送の使用例

• どこでも音楽が聴きたい– CD １枚 =640MByte

• 何枚も HDD に入れておくには大きい

– 好きなときに聴きたい• CD を持ち歩くのはスマートでない

– ネットワーク上に置き、聴きたいときに取る

データ配送の典型例

データ

自宅 学校 会社

Network

大容量データ

多様な帯域のネットワーク

どこでも同じデータを再生したい

現在のインターネットでの問題点

既存の通信での問題点

• 既存のユニキャスト /TCP では？– 利用者が多くなると破綻する

既存の通信での問題点 (cont’d)

• IP マルチキャストを使う– 信頼性を保証する枠組みがない– 多様なネットワークの帯域を考慮していない

既存の通信での問題点 (cont’d)

• IP マルチキャスト上でのデータ配送システムが必要

• 配送システムの用途と効率を考える必要がある

• 現在のインターネットでは、マルチキャストを用いたデータ配送の仕組みがない

▼データ配送の要求を満たす配布の仕組みが必要

マルチキャストデータ配送

• 実時間性マルチキャスト– 実装が複数存在し、使用されている

• 信頼保証型マルチキャスト– Reliable Multicast– SRM/RMTP/MFTP など– 実装と利用例が少ない

Reliable Multicast の問題

• 信頼性の保証と配送性能– 速い受信者と遅い受信者

• ネットワークの多様性と配送性能– 送信者と受信者の位置関係

多様な受信者の受信能力を考慮すると→ 配送性能の低下→ 信頼保証機構の複雑化

今のインターネットでは……

• 「全てを叶える Reliable Multicast 」は不可能– 特定用途に最適化された RM– 使用用途によって手法を選ぶ

• 多数受信者に対する同期的データ配送システムがない

SHRM

• Segmented Hierarchical Reliable Multicast– セグメント化階層構造信頼性マルチキャストデー

タ配送システム

データ配送に特化した Reliable Multicast▼

• 信頼性保証の範囲を限定する手法を導入

本研究での解決手法の提案

SHRM(Segmented Hierarchical Reliable Multicast)

MLS 手法の導入

• MLS: Multicastable Local Segment– 概ね均質にマルチキャスト・データグラム

を配送可能なネットワーク• MLS 単位で完結した信頼性保証の仕組み

▼信頼保証の責任を持つ範囲を限定すること

により効率と規模性を両立させる

信頼性保証の範囲

• 均質な伝送品質を持った限定的ネットワーク– 通信路の多様性を考慮しなくて良い– 信頼保証の仕組みを簡略化できる

• 「均質」の意味– 同一帯域で配送可能なセグメントの集合

同一種のデータリンクで構成されたネットワーク・セグメント

MLS による配送システム

• １つの MLS 内での信頼保証型データ配送

• 複数の MLS が相互に協調MLS

MLS

MLSMLS

MLS

信頼保証データ配送

データの移送

MLS の階層構造

• 広帯域 MLS が上位に、狭帯域 MLS は下位に

• 配送対象データは必ず最上位に

– データの流通方向が必ず一方向– 広帯域から順次重なるのが理想的なトポロジー

SHRM の設計と実装

MLS 内データ配送システム

• データの巡回送信・受信– データ一覧の広報– データの巡回送信– 欠落情報の補正

• Negative ACK を使用した信頼性保証• 帯域の使用レートを設定

– 静的なフロー制御

MLS 内データ配送システム

配送データ

配送データの一覧

データ・チャネル広報チャネル

パケット

送信側

受信側

広報データ受信

データ本体受信 再送要求

複数の受信者

MLS 間データ配送

• ホストが MLS 間を接続し、データを中継• 中継ホスト

– 上位 MLS に対しては受信ホスト、下位 MLSに対しては、送信ホスト

中継ホストデータ配送

データ配送

データの中継 上位MLS

下位MLS送信

受信

配布データ配送

• MLS の階層構造– 広帯域 MLS が上位に、順次低帯域のものへ

と接続– データの流れは、必ず上位→下位への一方

向• 下位 MLS中の配布データは、最上位 M

LSへ配送してから配布

SHRMまとめ

MLS

MLS

MLSMLS

MLS

信頼保証データ配送

データの移送

配布データ

SHRM上位 MLS

下位 MLS

実装

• Microsoft Windows 上での実装–アプリケーションとしての実装

• Windows98 / C++言語を使用• Winsock2.0またはそれ以降• 1 つ以上のネットワーク・アダプタ

– 実装上の拡張• ユニキャストによるデータ中継に対応• 中継ホストは 1 つのインターフェースで動作可• 再送要求をしない受動受信モード

– 片方向の通信路に対応

アプリケーション構成

アプリケーション動作の実際

上段・メイン画面下段左・設定下段右・配布データ追加

SHRM についての考察

SHRM と他の Reliable Multicast

Protocol 信頼保証 トポロジー

フロー制御

途中参加

受信者数

帯域の多様性

RMTP ACK 集約 TREE Cache △ 大 ×

MFTP NACK STAR Rate ○ 大 ×

RMP ACK RING Window △ 小 ×

TRAM SACK TREE Window △ 大 ×

SHRM NACK STAR+ TREE

Rate（静的 )

○ 大 ○

SHRM の特徴

• 欠点– 到着順序保証を行わない–パケット損失率が非常に高いと効率が低下

• 利点– 多様なネットワーク帯域への対応– 規模性と効率を両立– システムの簡易さ

まとめ

• Reliable Multicastへの要求とその問題点• SHRM

– 信頼性を持った、多数の受信者へのデータ配送に特化した有効なシステム

– MLS 手法の提案– MLS を用いたデータ配送システムの設計と実

装• ネットワークでの有効なデータ配布システ

ムの実現

今後の課題

• MLS 階層構造の動的な構築– 現実の広域ネットワーク上で、効率的な

MLS 階層構造を構成するための枠組み• フロー制御

– TCP Friendly なフロー制御– システムの簡易さ、全体のスループットと

のバランス