東京工業大学 大学院理工学研究科

パネルディスカッション「ネットワークの今後の展開」

ネットワーク制御技術のさらなる展開を目指す新たなネットワークテストベッド構築に向けて-ネットワーク制御技術研究者の立場から-

山岡 克式

JGNⅡシンポジウム 2007/1/18YAMAOKA Lab., Tokyo Institute of Technology FOIL 2

ネットワーク利活用研究開発

研究開発テストベッドネットワーク

運用ネットワークとは異なる実験ネットワーク

JGNⅡを利活用した研究開発

次世代高度ネットワーク社会の実現を目指した様々な研究開発の推進

様々な新規技術の創出

高度アプリケーション技術

超高速ネットワーク技術

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テストベッドと研究開発

テストベッドを有効に利活用した研究課題

テストベッドが研究開発インフラとして機能

高度アプリケーション技術• Endノードでアプリケーションを実現

超高速ネットワーク技術• End端末間通信プロトコルの研究開発

テストベッドを利用した様々な成果

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ネットワーク制御技術研究者の立場から

有効に利活用しにくい研究課題テストベッドそのものに影響する研究開発新世代ネットワークアーキテクチャの研究開発

バックボーンノード制御技術，プロトコルの研究開発

現状のテストベッドでは研究開発での利用困難根本的に基本技術が異なるため

ネットワークの内部(Underlay)に手を入れることができないため

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テストベッドの利活用が困難な研究例

ARQプロトコルの優先制御によるデータ転送スループットの向上

適応型プロトコル中継によるデータ転送方式

この程度のことさえこれまでのテストベッドでは

実験できない

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ARQプロトコルの優先制御による

データ転送スループットの向上

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ARQ: End-End間で誤り検出、再送

誤り率や遅延の増大がスループットに悪影響

遠距離通信

伝送遅延が相対的に大きい

タイムアウトが発生しやすくなる

再送時にも長距離に渡って網資源を占有

ウインドーが開ききるまで送信（Go-back-N）

再送発生時以後のパケットが全て無駄に

ARQの問題点

他の通信に悪影響

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スループットに着目したARQの優先制御

遠距離からの通信を優先制御

近距離通信は一般に遅延が増加

遠距離からの通信の遅延が減少タイムアウトが減少

その分近距離通信の遅延も減少

しかし

再送が減少した結果帯域に余裕ができる

優先度を上げた側と下げた側両者ともにスループットの向上する場合が存在

“Priority Control is Not The Property of the Privileged Classes”, Katsunori Yamaoka, Kunihiro Katoh, Yoshinori Sakai, Networks2000, S34.5(by CDROM) (2000)

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研究室内

予備実験

インターネットルータ（IBM-PC、FreeBSD）のIP層で優先制御

O-okayama Router

Nagatsuda

Kagoshima

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実験結果（TCP、遠距離）

0

50

100

150

200

250

300

350

020

0040

0060

0080

00

1000

0

1200

0

1400

0

1600

0

1800

0

2000

0

2200

0

Transmission Time (msec)

Arr

ival

Dat

a Siz

e (Kbyt

es)

Priority

No Priority

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実験結果（TCP、近距離）

0

200

400

600

800

1000

1200

040

0080

00

1200

0

1600

0

2000

0

2400

0

2800

0

3200

0

3600

0

4000

0

4400

0

4800

0

5200

0

Transmission Time (msec)

Arr

ival

Dat

a Siz

e (Kbyt

es)

Prioirty

No Priority

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スループット向上の条件

近距離側もスループットが向上する条件

α

β

p 3

p 2λ2

λμ 1

λ'2

λ'1

t 3

t 2

p 1 t 1

21

211

21

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適応型プロトコル中継によるデータ転送方式

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背景

通信網の規模が急速に拡大

接続の多段化

遅延の増大

End-End間でARQを用いるプロトコル

遅延、伝送誤りの増加に弱い

データ転送スループット悪化の原因に

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従来の研究と問題点

中継ノード上でデータバッファリング

あらかじめ定められた特定区間のみ中継

遅延区間を独自プロトコルで中継

衛星インターネットを対象としたTCPゲートウエイ

Proxyサーバの実装アプリケーション

設置ノード上であらかじめ設定を行った特定のアプリケーションのみ中継

DeleGateSquid

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適応型プロトコル中継

動的にコネクション中継ノードを設定End - End間でARQを用いたプロトコル

伝送遅延、誤り率に応じてコネクションを中継

ユーザーの関与なしにネットワークが自動的に中継

source

source destination

destinationintermediate node“適応型プロトコル中継によるブロックデータ転送効率の向上”, 山岡克式, 大槻英樹, 酒井善則, 電子情報通信学会論文誌B, Vol.J84-B, No.9, pp.1712-1715 (2001)

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理論解析

Go-back-N ARQ

Ti j = Mv i + 1

ﾅ1+ p i j ﾅ

v i + 1 ( t 0i j

+ t i j )

N

1ﾄ p i j

t0i j

4= ti j + N ﾅ

P jx = i + 1

1vx

ノード間で ARQ により生じる伝送遅延の期待値 Ti j

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通信品質均一網

C1

p x 1.

vt x 1.

p xn.

vt x n.

p x 2.

vt x 2.

x 1

C2

x2

Cn

xn

L

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中継数と転送遅延(均一網)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0 10 20 30

Relay Connection Number

Tra

nsm

issi

on D

ela

y (s

)

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現実モデルへの応用

TCP/ IP信頼性の高いデータ通信

基本的にはend - end間でARQを行う

TCPコネクションを途中ノードで中継

データ転送スループットの向上

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TCP/IP試験実装例

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実験モデル

SS20 152MP FreeBSD FreeBSD

Ethernet Ethernet

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実験結果

2.4

2.6

2.8

3

3.2

3.4

3.6

3.8

4

0.000 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 0.009 0.010

Packet Loss Rate

Tra

nsm

issi

on T

ime

Direct

Connection Relay

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オーバレイネットワーク

オーバレイネットワークをテストベッド上に構築

物理網と論理網が不整合

正確な性能評価が困難• ネットワーク内部の制御技術研究としては不適切

sender

receiverrelay

relay

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ネットワーク技術研究用テストベッドネットワークの必要性

現在のテストベッドネットワーク内部(Underlay)は既存技術

新たなネットワーク技術の検証に利用不能ネットワーク内部(Underlay)を自由にさわれないため

オーバレイによるアプローチでは性能評価が研究として不適切

新世代ネットワークアーキテクチャの創出には新たなネットワーク技術研究用テストベッドネットワークが不可欠

従来のネットワーク内部制御技術にとらわれない自由な発想による新技術を検証まだまだ研究は終わっていない

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ネットワーク技術研究用テストベッドの実現に向けて

従来のテストベッドネットワークはやはり必須

高度アプリケーション技術研究開発用

End端末間ネットワーク制御技術研究開発用

安定運用が要求される

一般的なトラヒックデータの獲得

時代とともに変化

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ネットワーク技術研究用テストベッドへの要望

必要機能従来のテストベッドで得られるアプリケーションのトラヒックパターンを

コピーして全く同条件のトラヒックを発生

ネットワーク内部の制御をユーザが自由に追加，設定，拡張可能PlanetLabの思想をバックボーンノードで実現

• 安定性は二の次でよい

様々な研究開発用ツールを標準装備計測ツール

トラヒック発生ツール• などなど

このようなネットワーク構築自体が研究？アクティブネット？

パフォーマンスとの両立は可能か？