THE ARPA NETWORKDEC 19694 NODES

Sigma 7# 1UCLA

360 # 3UCSB

# 2SRI

# 4UTAH

PDP 10

940

図　１．１　 ARPA ネットの構成図（１９６９）

# 1HOSTSigma 7

# 1IMP

UCLA

THE ARPA NETWORKSEPT 1969

1 NODE

図　１．２　 ARPA ネットの最初の構成

米国の研究ネットワークの変遷

• １９９５年に政府が手を引き、民間に委ねる。• １９９６年に政府の関与が再開する。

1969 APRAnet1972 学界で知られるようになる

1983　 TCP/IP に切り替え1984　ドメイン名の導入

1990 ARPAnet 運用停止1987 NSFnet

1995 NSFnet 運用停止

vBNSスパコンセンター (5) 100

Internet2

追加

Jul 2004285,139,107

このうち JP16,445,223

図　１．３　インターネットに接続されているホストの数

注）実際に本書に掲載するグラフは、下のグラフ（１９９４年以降）では本文の記述内容（１９８３年頃を記述）と合致しない。実際に本書に掲載するグラフは、 www.isc.org に掲載されている表（カウント結果の数字が並んでいる）からグラフを描画する。（この作成方法はご相談。測定時期の間隔が一定でないため単純には描けません。）。下はグラフのイメージを示すために、１９９４年以降のグラフを示したものです。

図　２．１　双方向の通信には４線が必要

注）送話器と受話器は適宜のイラストで描いていただくのでも良いと思います。　　ここでは電話技術の従来の本にあるような記号を使いました。　　次の図２．２の書き方と記号を合わせておく必要があります。

送話器 受話器

受話器 送話器

図　２．２　２線で済ませる工夫

注）トランスの巻線の部分が手書きとなっております

電話機の内部の平衡回路電話回線のインピーダンス

受話器

送話器

加入者 A

加入者 E加入者 B

加入者 D加入者 C

図　２．３　５人の加入者間の通信

A

B

C

D

E

A B C D E

図　２．４　クロスバ交換機

図　２．５　説明図の書き方

１２３４５

１ ２ ３

１２３４５

１２３

図　２．６　小さなクロスバを組み合わせる

図　２．７　 JUNET の面影を伝える復元写真

+81-3-3347-1234

+1-212-345-6789

①010-1-212-345-6789をダイヤル

④ ﾕｰｻ U゙RI(sip:taro@xyz.com)をゲートウエイに返送

ゲートウエイ

PSTN

DNS

IP網

SIPサーバ

③E164→(9.8.7.6.5.4.3.2.1.2.1.e164.arpa)にフォーマット変換し、DNSを検索

⑤ﾕｰｻ Ｕ゙ＲＩを基に、該当するSIPサーバ　 　のIPアドレスとポート番号を取得⑥取得されたIPアドレスと

　ポート番号に従ってSIP　サーバにルーチング

ENUM機能

sip：taro@xyz.com

②ダイヤルされた電話番号がIP電話用であることを　 PSTNの交換機が識別してゲートウエイに接続

⑦SIPサーバが該当する　電話機にルーチング

注）　この図は細部まで書き込みがある。適宜省略すべきところがある。（要相談）

参考：　総務省「ＩＰネットワーク技術に関する研究会 報告書」２００２年２月

固定電話

ＩＰ電話

http://www.soumu.go.jp/s-news/2002/020222_3.html図５－４

図　２．８　電話番号と ENUM

図　２．９　ＵＲＩの例注記）　出典　 RFC2396

ftp://ftp.is.co.za/rfc/rfc1808.txtgopher://spinaltap.micro.umn.edu/00/Weather/California/Los%20Angeles

http://www.math.uio.no/faq/compression-faq/part1.html mailto:mduerst@ifi.unizh.ch news:comp.infosystems.www.servers.unix telnet://melvyl.ucop.edu/

注 ) ％２０はスペース ( 空白 ) を意味する

次世代ネットワーク次世代 IP ネットワーク• ネットワークという言葉の広がり

日テレ＝日本テレビ放送網株式会社実際に電電公社のマイクロウェーブ網がテレビ局間のフィードに使われていた

• 電話網（基幹部分、アクセスとは区別）インターネット が純然たるダークファイバ上でない限り電話会社のお世話になっている

本題

次世代 IP ネットワーク• 文字通りに解釈すると

Next Generation IPIP Next Generation = IPng現在で言うところの IPv6 の旧称である

Professor Paul FrancisDept. of Computer Science4108 Upson Hall, Cornell UniversityIthaca, New York 14853

http://www.cs.cornell.edu/People/francis/

IPng の標準化に（当時）日本から貢献した Dr Paul Francis

January 1994 to January 2000: Member Technical Staff at NTT Software Labs, Tokyo Japan.

注記

次世代ネットワーク（ NGN)• 電話事業会社の将来プラン

あるいは現在進行中のデジタル統合• 複数の動機欧州を中心とした標準化の動向（３GPP ）国内の次世代 IP インフラ研究会の提言

本題

標準化の動向• 参考資料：

江川尚志「 NGN 概説」http://internetweek.jp/pdf/ngn.pdf

• 次の３枚のスライドは総務省より頂いた資料

１．次世代ネットワーク（ NGN ）の国際標準化動向1.1 　 NGN とは

1.2 これまでの経緯　ネットワークのＩＰ化が世界的に進展する中で、 NGN は ITU-T （ ITU 電気通信標準化部門）の今会期（ 2005-2008 年）の最重要課題であり、 2004 年のＩＴＵ－Ｔ総会（ＷＴＳＡ－０４）で決定されたとおり、ＳＧ 13 を中心に、関連 SG が連携して標準化活動が推進されている。　ことに 2004 年５月からは、 SG13 を親 SG とするフォーカスグループ（ FG ー NGN ）が２ヶ月毎に会合を開催するなど精力的に標準化活動が行われてきているところ。

ネットワーク基盤（トランスポート機能）

プラットフォーム／サービス基盤（サービス付与機能）

セッション制御

Edge node

Core node

アプリケーション・サーバー等アプリケーション・サーバー等

OpticalaccessxDSL

コア網アクセス網

認証・セキュリティ 課金管理

固定電話 パソコン 情報家電 ＰＣ 携帯電 話

Otheraccesses

WirelessLAN

コンテンツ　 配信テレビ電話 ･･･････

○　現在の電話網に代わる次世代のオールパケット型ネットワーク。ＩＰ（インターネットプロトコル）をベースに音声だけでなく映像やデータ等の広範なマルチメディアサービスを提供する次世代のネットワーク。○ ネットワーク基盤（転送機能）とサービス基盤（サービス付与機能）を分離することにより、各機能毎の高機能化並びに多様なサービス展開が可能。ＮＧＮの基本構成イメージ

1.3 最近の動向

平成 17 年 11 月の第 9 回 FG ー NGN 会合（最終会合）においてＮＧＮのスコープ、要求条件、 QoS の一般則などを中心とする NGN リリース１勧告案を作成。これらは、本年１月の SG13 会合等にて勧告化。

FG （ Focus Group ）は特定課題の検討を加速するための時限体制であり、 FG ー NGN も NGN リリース１勧告案の完成をもって終結。

今後は、関連するＳＧが合同会合を開催することにより引き続き精力的に標準化作業が進められることとなっており、この体制は NGN-GSI （ Global Standard Initiative ）と呼ばれる。

（２）今後の検討体制（ NGN-GSI ）

（１） NGNリリース１勧告群の完成（平成 18 年初旬）

当面の予定：　２００６年１月　ＮＧＮ関連ＳＧ会合　　　　　　　　　　　　　　　４月　合同ラポータ会合、ＮＧＮワークショップ（神戸）　　　　　　　　　　　　　　　７月　ＮＧＮ関連ＳＧ会合

分類項目 主な勧告案文書全体概要 NGN の定義 Y.2001:General overview of NGN 〈勧告化済み〉

モデル Y.2011:General principles and general reference model for Next Generation Networks 　　　　　　　　　〈勧告化済み〉

NGN の用語 Terminological Framework for NGN

リリース１概要 NGNリリース１スコープ NGN Release 1 scope document

NGNリリース 1 要求条件 NGN Release 1 Requirements

アーキテクチャ Functional Requirements and Architecture of the NGN IMS for Next Generation NetworksThe PSTN/ISDN emulation architecture

個別技術 QoS メカニズム（コア系）

Resource and admission control sub-system

Requirements and framework for end-to-end QoS in NGN

QoS メカニズム(アクセス系 )

End-to-end QoS architecture and framework

A QoS control architecture for Ethernet-based IP access networks

QoS品質 Performance measurement and management for NGNAlgorithms for Achieving End to End Performance ObjectivesMulti Service Provider NNI for IP QoS

信号制御 TRQ.IP QoS.SIG.CS1

セキュリティ NGN security Requirements for Release 1Guidelines for NGN security

エボリューション Evolution of Networks to NGNScenarios for PSTN/ISDN evolution to NGNPSTN/ISDN emulation and simulation scenarios

転送系 Problem StatementFPBN RequirementsHigh Level ArchitectureFPBN Candidate Technologies

NGNリリース１の主な勧告案文書一覧 参考資料

次世代 IP インフラ研究会• インターネットの課題に取組む業界の問題意識により発足した研究会

• 最近の活動：２つのワーキンググループ（１）　セキュリティ WG

（２）　 IP ネットワーク WGいずれも報告書案が公開されている

セキュリティ WG の報告書１．　インシデント対応の現状と課題２．　ユビキタスネット社会におけるセキュリティ確保

- 情報家電のネットワーク接続に伴う課題 -３．　電気通信事業における情報セキュリティマネジメント４．　セキュリティ人材育成５．　総括

IP ネットワーク WG の報告書1 ．ネットワークのＩＰ化を巡る内外の動向2 ．オールＩＰ化の意義とその実現に当たっての課題３．個別課題 ① 品質・機能の確保４．個別課題 ②　安全性・信頼性の確保５．個別課題 ③　相互接続・運用性の確保６．個別課題 ④　その他の主要課題７．オールＩＰ化に向けた実現方策

図　３．１　２つのイーサネットのフォーマットの形式

宛先の MACアドレス 送信元のMACアドレス

タイプ データ FCS

宛先の MACアドレス 送信元のMACアドレス

フレームの長さLLC SNAP データ FCS

６ ６ ２ ３ ５ ３８～１４９２（可変長）２

６ ６ ２ ４６～１５００（可変長） ２注）できるだけ「データ」の部分を長く書きたい

用語：FCS 　 Frame Check SequenceLLC Logical Link ControlSNAP 　 Sub-Network 　 Access Protocol

図３．２　ＩＥＴＦにおける標準化の進行

Internet-Draft（標準の提案）

IESGによる承認

Informational RFC（情報提供を主目的としたＲＦＣ）BCP（運用方法に関する RFC）

(Best Current Practice)

Proposed Standard（提案）Draft Standard（標準の候補）

Internet Standard（インターネットの標準）

Experimental RFC（研究開発段階の記述）

Historic RFC(古くなったＲＦＣ）

IETFその他別組織で作られた規格

Standard track（標準化の流れ）STD番号BCP番号FYI番号For Your Information

参考（１）：　下の本の図１－３笠野英松監修・マルチメディア通信研究会編「インターネット RFC事典」アスキー出版局、１９９８参考（２）： 下の本の図３－５江崎浩監修・ＭＣＲ編「インターネット用語事典」Ｉ＆Ｅ神蔵研究所、２０００さらに田代秀一氏の講演による

図　３．３　 OSI 参照モデル

第７層　アプリケーション層第６層　プレゼンテーション層第５層　セッション層第４層　トランスポート層第３層　ネットワーク層第２層　データリンク層第１層　物理層

図　３．４　実際に流れるデータの形式

イーサネットのヘッダIPパケットのヘッダ

TCPパケットのヘッダ データ イーサネットのFCS

図　３．５　パケットが生成される様子

イーサネットのヘッダイーサネットのデータ

イーサネットの FCS

IPパケットのヘッダIP のデータ

TCPパケットのヘッダ TCP のデータ

データ

モジュール化

パソコンはモジュール化されている

Ａ社のパソコン Ｂ社のパソコン

部品

モジュール化されている例

• 自転車はモジュール化されている自動車はモジュール化されていない →インテグレート• ただし将来の自動車はモジュール化の方向電気自動車はパソコンに近づく

インターネットはモジュール化の典型例

マルチベンダオープン

モジュール化を歓迎すべきか

• 参入障壁が低い中小企業に機会がある大企業が有利になる訳ではない• 激しい競争社会になるニッチ (隙間 ) での戦いモジュール化は避けられない

標準化が重要

モジュール化を勝ち抜くために

• 他には出来ないことを実現する• 研究開発が不可欠後発でキャッチアップするのは儲からない

研究開発とリスク管理• 研究開発は成功率が低い

95% は瞬時に失敗• リスク管理は社会の知恵

一人の社会では保険という制度が無意味• チャレンジする人を応援する仕組み

これは一種の分業である

シリコンバレー　モデル• 日本では、うまく作用しない

米国でも、ほとんどの地域では失敗• ベンチャーキャピタリストと起業家が

相互に助け合う

日本モデル• メインバンク• 護送船団

• 市場型ファイナンス• 契約型官僚

新しい２１世紀モデル？上は古い米国モデル

図　４．１　同軸ケーブルを用いたイーサネット

図　４．２　 MACアドレスの内容

０ ０ ベンダ識別子 ベンダ内での識別子２４ビット ２４ビット

先頭の１ビット目が０：　０は個別のアドレスであることを示す。　　　　　　　　　　 普通は０である。もし１の場合にはグループアドレスである。２番目の１ビットが０：　ユニバーサルアドレスであることを示す。　　　　　　　　　　 普通は０である。もし１の場合はローカルアドレスである。ベンダ識別子：　 OUI 　 (Organizationally Unique Identifier) IEEE が管理しているベンダ内の識別子：　各ベンダが製品ごとに重複しないように管理する

リピータ

一つのイーサネットとして管理される

図　４．３　リピータとブリッジ

ブリッジ

二つのイーサネットとして管理される

図　４．４　 IPアドレスの実例

１７２．１６．７３．１０８１７２ １６ ７３ １０８

１ ０ １ ０ １ １ ０ ０ ０ ０ ０ １ ０ ０ ０ ０ ０ １０ ０ １ ０ ０ １ ０ １１ ０ １ １ ０ ０

ネットワーク部 ホスト部

１０進数

２進数

０

１ ０

１ １ ０

図　４．５　伝統的な IPアドレスのクラス

クラス A

クラス B

クラス C

８ビット ８ビット ８ビット ８ビット

１ビット

２ビット

３ビット

図　５．１　 IP パケットのフォーマット

IP パケットのヘッダ

IP のデータ

バージョン

ヘッダ長

サービスタイプ

パケット長

識別子 フラグ

フラグメントオフセット

生存時間 プロトコル ヘッダチェックサム

オプション パディング

送信元 IP アドレス

宛先 IP アドレス

０ ３１７ ８ １５１６ ２３ ２４

IP ヘッダの拡大図

（下に続く）

（下に続く）

（下に続く）

（下に続く）

（下に続く）

図　５．２　簡単なネットワークの構成

コンピュータ A コンピュータ B

（１） （２）

（３）

DNS サーバ

（４）

（５）

図　５．３　アドレスの変換

ドメイン名：　 example.goto.waseda.ac.jp

IP アドレス：　１３３．９．８１．７９

MAC アドレス：　 00:08:0D:43:5A:D8

DNS による

ARP による

図　５．４　 RARP による逆向きの変換

IP アドレス：　１３３．９．８１．７９

MAC アドレス：　 00:08:0D:43:5A:D8

コンピュータ Cワークステーション

コンピュータ Dディスクレスワークステーション

RARP による

自分の MAC アドレスを知っているが自分の IP アドレスを知らない

RARP による問い合わせ

RARP の回答

ディスク

ルータ

図　５．５　ルータは二股である

池袋新宿

図　５．６　交通標識だけでは遠方までの情報が分からない

図　５．７　複数のルータが相互接続されている様子

巣鴨 池袋 新宿 渋谷 目黒 五反田

距離１ 距離１ 距離１ 距離１ 距離１

図　５．８　ルータによる経路情報の交換

巣鴨 池袋 新宿 渋谷 目黒 五反田

目黒 ∞ 目黒 １目黒 ∞初期値

min{(∞+1), (1+1)}

2 回目

∞+1 1+1

目黒 １目黒 ０目黒 ∞

目黒 ∞ 目黒 １目黒 ２ 目黒 １目黒 ０目黒 ∞

目黒 ３ 目黒 １目黒 ２ 目黒 １目黒 ０目黒 ∞3 回目

2+1

目黒 ３ 目黒 １目黒 ２ 目黒 １目黒 ０目黒 ４4 回目

3+1

図　５．９　無限カウント問題

巣鴨 池袋 新宿 渋谷 目黒 五反田

目黒 ３ 目黒 １目黒 ２定常状態

min{( ３ +1), （∞ +1 ） }

１回目

３ +1 ∞+1

目黒 １目黒 ０目黒 ４

目黒 ３ 目黒 ∞目黒 ２ 目黒 １目黒 ０目黒 ４

目黒 ３ 目黒 ∞目黒 ４ 目黒 １目黒 ０目黒 ４２回目

目黒 ５ 目黒 ∞目黒 ４ 目黒 １目黒 ０目黒 ４３回目４ + １

目黒 ５ 目黒 ∞目黒 ６ 目黒 １目黒 ０目黒 ６４回目４ + １５ + １ ５ + １

TCP パケットのヘッダ

TCP のデータ

オプション パディング

シーケンス番号（ SEQ)

確認応答番号（ ACK)

０ ３１７ ８ １５１６ ２３ ２４

TCP ヘッダの拡大図

（下に続く）

（下に続く）

（下に続く）

（下に続く）

（下に続く）

送信元ポート番号 宛先ポート番号

チェックサム 緊急ポインタ

データオフセット

予約済 コントロールフラグ

ウィンドウサイズ

図　６．１　 TCP パケットのヘッダ

UDP パケットのヘッダ

UDP のデータ

０ ３１７ ８ １５１６ ２３ ２４

UDP ヘッダの拡大図

（下に続く）送信元ポート番号 宛先ポート番号

パケット長 チェックサム

図　６．２　 UDP パケットのヘッダ

図　６．３　昔の親切なメールサーバ

早稲田大学

大阪大学

九州大学

中継 (relay)

図　６．４　 FTP のポート番号は複雑

FTP サーバ FTP クライアント

２１ １２０２

１２０３

FTP サーバ FTP クライアント

２１ １２０２

１２０３２０

PORT コマンドで１２０３を通知

% telnet muse01.mse.waseda.ac.jp

Trying 133.9.6.71...

Connected to muse01.mse.waseda.ac.jp.

Escape character is '^]'.

Red Hat Linux release 7.1 (Seawolf)

Kernel 2.4.2-2smp on an i686

login: goto

Password: パスワードはエコーしない

ここはユーザ名をエコーしている

図　６．５　 TELNET の動作の例

図　６．６　単方向のリンクと双方向のリンク

実際にパケットを収集して…

パケットパケットとはデータの塊のことで…

単方向のリンク参照する方から参照される方へ

実際にパケットを収集して…

パケットパケットとはデータの塊のことで…

双方向のリンク参照する方と参照される方とを相互にポイントする

図　６．７　クライアント・サーバと P2P の比較

サーバ

クライアント

クライアント

クライアント

スーパーノード

ノード

ノード

ノード

図　７．１　 TCP のパケットと IP のパケットの包含関係

IP パケットのヘッダ

TCP パケットのヘッダ

TCP のデータ

TCP のパケット

IP のパケット

ACK再送に備えてデータのコピーが必要

データ

図　７．２　 ACK による受信確認と再送

送信側受信側通信回線

ACK送信側受信側

何らかの理由で ACK が返らない時には正常な往復時間の２倍だけ待つACK が届かない時にはデータを再送する

再送

ＡＣＫ

データ

図　７．３　送信側と受信側が４５０ｋｍ離れている場合

片道　 2.5ms （ミリ秒）

往復　 5ms （ミリ秒）

送信側受信側

経過時間

受信側 送信側

最初のデータの ACK を待たずに次々にデータを送信する

図　７．４　ウィンドウ制御

図　７．５　ウィンドウという意味

送信するべきデータの並び

左から順番に送信する

ACK

ACK

データ 送信済 送信済・ ACK受信済

ウィンドウのサイズ（W)

通信回線の速度

スルー

プッ

ト

10Gbps

13Mbps

W RTT

155Mbps通信回線の速度

通信回線の速度

図　７．６　スループットの限界

RTT, Round Trip Time, 往復遅延時間

直線の傾き

LFN (Long Fat Pipe)

• 発音　 elephant対語　 elegant

低速

高速

図　８．１　測定用のマシンを設置する

測定用のマシンパケットを収集

通信

注）　実際の画面は、もう少し鮮明に作成します。

図　８．２　ソフトウェアで実現している測定器の例

パケットは人間の目に見えない• 人間の神経は視覚に大半を割いている百聞は一見にしかず

• 人間は昔から可視化に力を注いできた時計、温度計、電圧計、速度計

• コンピュータの動きは、目に見えない動いているパケットも見えない

→　ネットワークの上にデータが出れば捕捉できる

ユーザ

他のマシンで

デジタルデータは取扱が容易• うまく行く例

Host: xn--h4tp1vjtd0p4a.jp

デジタルデータは取扱が容易• 失敗する例

dnserror

アナライザという言葉は誇大か２０万円の箱を２００万円で売る男• アナライザの代表選手は Sniffer実際に解析をするのは人間

• 上位層の分析エキスパート機能 ［ Sugawara］

                     Network General 社の急成長はCISCO を上回る速度であった

Smart Valley

• Dr. Harry J. Saal

シリコンバレー物語三度目の正直庭にプールや海にヨットではなく後輩の面倒をみるそれにしても日本にシリコンバレーは存在せず米国でも類似プロジェクトはうまく行かない

エピソード

次第に困難になる高速の測定• 測定器のインタフェースが高価• あっと言う間に膨大なデータを収集• フィルタが有効な場合多くの測定の場面ではフィルタが使われる

• サンプリングが有効な場合ランダムサンプリングの議論 [Mori]

ＳＡＬＳＡSecurityAt Line SpeedAdvisory

複数地点での測定• Internet2 ではエンド・エンドの測定を重視

• 相手の協力が必要片道遅延の測定 [Kato]

• 複数地点のデータの照合時計を合わせる [GPS, ISDN]

プロトコルの知識を用いる [Ogawa]

長時間にわたる測定• ディスクに書き込む間にデータが欠落

パケットが欠落すると TCP のフローに支障

２台の測定器による同期運転

プロトコルマシンを非決定性に [H. Khosravi]

• 長期間にわたる傾向を把握する必要性

ネットワークの設計に活用

セキュリティと測定• セキュリティを強化すると測定で見えなく

なる一方で、悪者も暗号化して活動する

• 信用できる管理者には測定を許すtrusted network誰に見せて良いデータか管理者の認証 (authenticate)従来の二者間通信の他に測定者が存在する

SNMP のプロトコルに応える機器群（ SNMP エージェント）

SNMP のマネージャ（管理する側）となる

ワークステーション

スイッチ

ルータ

図　８．３　 SNMP を用いたネットワークの管理法

コンピュータ

MIB II で規定されたカウンタ等の数値をマネージャに返信

図　８．４　経路のループ