17 情報工学講義第3 木5限 for 学生0410 - keio university...2017/04/17 ·...

ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ35

２回目

インターネットの仕組み


目的

手元のパソコンからアメリカのサーバまでの通信経路を学ぶ

通信経路上の機器を学ぶ

それぞれの機器でどんな処理が行われているのかを学ぶ

ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

インターネットとは(1/2)

Computer Network 複数のコンピューターをつなぎ合わせて、お互いに情報をやりとりできるようにした仕組

２台のパソコンをケーブルで接続し、ファイルを共有できるようにすれば、それはComputer Network 1台のパソコンでも、プロバイダーに接続すれば、その瞬間

からComputer Networkの一部

複数のコンピューターが一定のルールでつながったものが、Computer Network Protocol (プロトコル)

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インターネットとは(2/2)

Computer NetworkとComputer Networkを接続して地球規模のComputer Networkにしたもの

プロトコルとしてInternet Protocol (IP) を利用 IPv4

2011年2月3日にIANAのプールが枯渇

2011年4月15日にAPNIC/JPNICのプールが枯渇

2015年9月24日にARINのプールが枯渇残りはアフリカのみ

IPv6 2011年6月6日 World IPv6 Day 2012年6月6日 World IPv6 Launch

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http://www.nic.ad.jp/ja/ip/ipv4pool/

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IPアドレス

IPv4 (32ビット) A.B.C.D (8ビットずつ区切って表示)

前半がネットワークアドレスで後半がホストアドレス

区切りを示すのが prefix値 A.B.C.D/28 は、前半28ビットがネットワークアドレスを意味する

同じネットワークアドレスに所属する機器は直接通信可能

IPv6 (128ビット) 省略 (他の授業で詳しく習うはず)

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ホストとゲートウェイ

ホスト

IP アドレスを持った機器

例えば PC 例えば無線LANルータ

ゲートウェイ

ネットワークアドレスの違うComputer Network間を接続するための機器

ルータ

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ゲートウェイ（ルータ）の役割

ネットワーク 10.2.3.0/24と20.30.0.0/16を接続ゲートウェイもホスト

10.2.3.1/24、20.30.6.1/16 直接通信できないネットワークへは、ルータを経由して通信

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10.2.3.0/24 20.30.0.0/16

10.2.3.1 20.30.6.1

ゲートウェイ(ルータ)


ブリッジの役割

同じネットワーク内での媒体変換

無線LANから有線LANへの変換

電線と光ファイバの変換

Fast Ethernet (100 Mbps) から Gigabit Ethernet (1 Gbps) への変換 FE (100 Mpbs)、GbE (1 Gbps)、10GE (10 Gbps)

40GE (40 Gbps)と100GE (100 Gbps)が2010年に出来た！

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20.30.0.0/16

同じ媒体間の場合、一般的にスイッチと呼ぶ


家からアメリカのサーバまでの道程

家庭内LAN PCと無線LAN+ブロードバンドルータ(ADSL/FTTH)

家から日本のプロバイダ

FTTHを例に

日本のプロバイダからアメリカのプロバイダ

大手町経由で太平洋横断

アメリカのプロバイダからサーバ

サーバはデータセンタに設置 Google, Amazon

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Twitter Twitterのサーバは、米国西海岸サンタクララ

NTTアメリカのデータセンタに設置(今は自前)

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家庭内LAN

複数台のPCから同時にインターネットを利用

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192.168.1.0/24

192.168.1.1

192.168.1.10

192.168.1.11

192.168.1.2 53 Mbps(802.3.11g/a/n)

100 Mbps

100 Mbps 192.168.1.20

100 Mbps

プロバイダへ


IPルータのモデル化の例

古典的なIPルータのモデル

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入力回線

回線終端

データリンク処理

テーブル参照等

スイッチ基盤回線終端

データリンク処理

バッファ管理

出力回線

出力ポート入力ポート

単一窓口の待ち行列モデル

待ち行列


100 Mbps スイッチのモデル化

無線LANとPCからルータへ接続

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スイッチ基盤バッファ

出力ポート

単一窓口の待ち行列モデル

待ち行列

53 Mbps

100 Mbps

100 Mbps

53 Mbps

100 Mbps

100 Mbps

100 Mbps100 Mbps53 Mbps


DSL (Digital Subscriber Line)

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電話と共有 (周波数多重) 光ファイバ不要

インターネット

DSLAM

加入者収容局

複数のDSL回線を束

ねてルータへ収容する集線装置

DSLモデム

電話網

スプリッタ

スプリッタ

メタルケーブル

DSLAM : Digital Subscriber Line Access Multiplexer

DSLAM

100 Mbps


FTTH (Fiber To The Home)

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占有型 (SS方式) と共有型 (PON方式)

インターネット光電気変換装置

加入者収容局

光ファイバと銅線ケーブルを接続し、光信号と電気信号を相互に変換する装置

光電気変換装置(ONU)

光電気変換装置(ONU)

光カプラ

Single Star 方式

Passive Optical Network 方式

光ファイバケーブル


加入者収容局から家庭への道程

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クロージャーまでのき線光ケーブル、配線ケーブルは、一気に引ける

ドロップケーブルは、光カプラとのファイバ接続が必要

加入者収容局

装置光ファイバ成端架

き線光ケーブル

クロージャー

ONU

ドロップケーブル

配線光ケーブル

家庭

OLT

OLT: Optical Line Terminal ONU: Optical Network Unit


光カプラの格納場所

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電話用

FTTH用


クロージャーの中

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光カプラ(1入力8出力)

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ソフトバンクによるPONの解放要求(0)

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2004年ころ

自前で光ファイバを各家庭へ

NTT東西は、100 Mbps Yahoo! BB hikari は 1 Gbps

すぐに自前で引くのは断念

NTT東西からファイバを借用

2010年3月終了

黒歴史へ



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PON: 1台のOLTに32家庭のONUが接続

32分岐のカプラ (局内4分岐、クロージャー内8分岐)加入者収容局

光ファイバ成端架


クロージャー

ONU



家庭

OLT

1本 4本 8本

NTTの主張：1本全部(32 ONU)か4本のうち1本を直結(8ONU)

NTT網

SB網

KDDIは4本のうちの1本を借りて提供 (au ひかりホーム)



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1 ONU単位での解放

事業者振り分けスイッチの準備や設定・管理はNTTにどのONUがどの事業者に接続されているかの管理もNTTに

加入者収容局



クロージャ

ONU



家庭

OLT

1本 4本 8本

事業者振り分けスイッチ

NTT網

SB網


今：××光へ

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設備はNTT お客様は各種事業者が開拓（光コラボレーション）

加入者収容局



クロージャー

ONU



家庭

OLT

1本 4本 8本

NTT系

SB系

KDDI系

NEC系

BAS

BAS: Broadband Access Server


FTTHでの通信容量共有

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SS (Single Star)は、OLTとルータ間

PONは、OLTとONU、OLTとルータ間

ONUOLT

ONUOLT

IPルータブリッジ/スイッチ


2001年のOCNバックボーン構成

東京か大阪を経由して各地が接続

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東京大阪 10Gbps ×2

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62 http://www.ocn.ne.jp/business/info/ip.html

東京大阪(40 Gbps x 4) x 2 = 320 Gbps


2012年のOCNバックボーン構成東京大阪 (40Gbps x 6) x 2 = 480 Gbps

63http://www.ocn.ne.jp/business/bocn/backbone/index.html


2015年のOCNバックボーン構成東京大阪 (100Gbps x 4) x 2 = 800 Gbps

64http://www.ocn.ne.jp/business/bocn/backbone/index.html



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東京大阪 (100Gbps x 5) x 2 = 1 Tbps

http://www.ocn.ne.jp/business/bocn/backbone/index.html


OCNのバックボーンで使われるルータ

Juniper T640 10G が32本

Juniper T1600 10G が80本 40G が16本 100Gが8本

重量約275Kg 消費電力約7 KW 45cm x 1m x 80cm

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ルータとルータの間の接続例

波長多重 (WDM: Wavelength Division Multiplex) 一本のファイバで複数の波長の信号を送受信できる

クロスコネクト

ルータの接続先を途中の装置を操作することで変更可能

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ルータルータ

波長多重伝送

ルータ

ルータ

ルータクロスコネクト


クロスコネクト装置の例 (2005年)

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ルータクロスコネクト

光クロスコネクト


最近のクロスコネクト

Huawei : OptiX OSN 9800 2012年12月アナウンス

ソフトバンクが導入したらしい

100 Gbps IFが128本 400 G/1T も予定

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220cm

60cm

枠だけで180 kg


(光)クロスコネクト/WDMの特徴

ルータは、スイッチする単位がIPパケット

パケット多重

Ethernet ブリッジ/スイッチは、スイッチする単位がEthernetフレーム

フレーム多重

クロスコネクトは、スイッチする単位がパスと呼ばれる固定帯域のバイトストリーム

パスの中にEthernetフレームやIPパケットが格納

パスとパスは混ぜることができないクロスコネクトを通過してもバッファで多重化処理されない

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データセンタ内部のネットワーク例

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Yahoo! のデータセンタ構成例

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おそらく256台か512台のサーバーを島に配備


家からサーバまで

イーサネットスイッチ、ONU、ルータ等でバッファリングされる。

WDMやクロスコネクトではバッファリングされない。

バッファリングされると、余計な遅延、パケット廃棄が起きる

インターネットの特性として見えてくる

東京からUS西海岸まで、光ファイバ長 1万km ⇒ 往復遅延時間 100 ms、 ping コマンドで調べると 120 ms くらい

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演習１

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