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ふじきみたにしき
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1 授業予定 2006 年秋学期インターネットの進化進化と可能性村井純湧川隆次第 1 回講義概要講義のねらい履修の注意事項について第 2 回無線無線通信メディア (WLAN, WiMAX) 携帯のデータ通信 (EvDO, HSDPA) 第 3 回電話 Voice over IP ENUM 第 4 回アンワイアードインターネットの移動体技術 (Mobile IP) 携帯電話システム (NGN 構想 ) 第 5 回ディスカッション第 6 回放送マルチキャストリアルタイム通信 UDPトラフィックの増加第 7 回ハイビジョン映像と放送映像フォーマットリアルタイムストリーミング技術光スイッチング技術政策的問題点 ( 通信と放送の融合 ) 第 8 回ディスカッション第 9 回インターネットインフラ広帯域インターネット IP version 6 第 10 回アプリケーション Web2.0 P2P 第 11 回ディスカッション第 12 回全体でのディスカッション情報社会インフラとしてのインターネットの責任と課題第 13 回全体のまとめ電話のネットワークアーキテクチャ VoIP もし電話の相手が一人だけなら二人の間に電話回線を引けば OK 電話のネットワークアーキテクチャしかし電話の相手が複数だと電話のネットワークアーキテクチャそこで中央の交換機が電話回線を切り替えることによってコミュニケーションを仲介する交換機各相手ごとに電話回線を引かなければならない 1

2 中継交換機中継交換機中継交換機中継交換機中継回線中継交換機中継交換機電話のネットワークアーキテクチャ電話のネットワークアーキテクチャーしかし電話の相手が複数だと交換機は更に中継交換機に接続されて広域に広がる中継交換機1 加入者交換機中継交換機地域加入者交換機地域 3 各相手ごとに電話回線を引かなければならない地域 2 加入者交換機加入者交換機地域 4 電話のネットワークアーキテクチャそこで中央の交換機が電話回線を切り替えることによってコミュニケーションを仲介する交換機 (Public Switched Telephone Network) 公衆電話交換網 ( 既存の電話インフラ ) 通信帯域幅情報到達性保証交換機のハードウェアやアプリケーションにインテリジェンスを持たせる問題固定的な帯域配分帯域の浪費帯域不足データトラフィックの急増柔軟性拡張性不足ベンダー装置とアプリケーションが密結合状態 VoIP(Voice over Protocol) VoIP(Voice Over IP) インターネットを用いて電話の役割を行うテクノロジの総称呼制御技術音声転送技術端末や外部エレメントにインテリジェンスを持たせるサービス例 Yahoo BB Phone ADSL モデムに一体化して既存のアナログ電話の音声をデジタル化し IP を用いて転送フュージョンコミュニケーションズ市外電話の部分を IP 化して低コスト化する ITU-T H.323 勧告 VoIPの実装例 H.323: パケット通信に基づくプロトコル LAN 上でビデオ会議 " を行なうための通信方式の全体像を規定市内市外市内ゲートウェイインターネットゲートウェイ 2

3 VoIP(Voice over Protocol) VoIP(Voice Over IP) インターネットを用いて電話の役割を行うテクノロジの総称呼制御技術音声転送技術端末や外部エレメントにインテリジェンスを持たせるサービス例 Yahoo BB Phone ADSL モデムに一体化して既存のアナログ電話の音声をデジタル化し IP を用いて転送フュージョンコミュニケーションズ市外電話の部分を IP 化して低コスト化する ITU-T H.323 勧告 VoIPの実装例 H.323: パケット通信に基づくプロトコル LAN 上でビデオ会議 " を行なうための通信方式の全体像を規定市内市外市内ゲートウェイインターネットゲートウェイ H.323 International Telecommunications Union (ITU) によって, 標準化されたリアルタイムマルチメディア通信のための仕様. TCP/IP をサポートビデオ会議などつかわれることが多い 4 つのコンポーネントエンドポイント : H.323 端末ゲートキーパー : アドレス変換 (E.164 IPaddr) 帯域幅制御呼制御ゲートウェイ : 網と IP 網とを相互接続 MCU:Multipoint Control Unit 多地点サポートクライアントに相当する. Endpoints エンドユーザがリアルタイムに通信することができるように実装する必要がある. IP 電話では,RTP/RTCP をもちいる. Endpoints Gatekeepers Endpoints Gatekeepers zone 役割 endpoints を構成する zone の管理帯域 (band width) のわりあてるエイリアスと IP アドレスの変換 Endpoints s Gatekeepers Endpoints zone Switched circuit Network の動作 endpoints と endpoints の接続性を提供 call の待ち受け audio のトランスコーディング 3

4 H.323 プロトコルスタック H.323 プロトコルの紹介 (H.225) H.245 TCP H.225 Audio/Video* Q.931 RAS RTP+RTCP UDP IP (PHY) H.225: 呼確立準備制御 RAS シグナリング Registration, Admission, and Status 登録通信の可否判断通信状態発呼制御帯域幅制御の可否判断呼制御アドレス解決ゲートキーパディスカバリマルチキャストアドレス = port 1718 Q.931 エンドポイント同士における呼制御呼の確立開放要求呼制御チャネル = TCP port 1720 *) Audio: G.711, G.722, G728, G.723, G.729 Video: H261, H263 呼制御アドレス発呼相手の識別 IP アドレス + TCP ポート番号エイリアスアドレスメールアドレス H.323 URL h323:@hostname h323:username@h323-nodename h323:username@h323-nodename:portnum H.323 プロトコルの紹介 (H.245) H.245: 論理チャネル制御エンドポイント間での音声 / 動画 codec のすり合わせ音声 / 動画 / データ送受信チャネルのセットアップ RTP チャネルの UDP ポート番号の授受 H.323 制御の流れ ( テレビ電話用論理電話用論理チャネルチャネル確立確立まで ) H.323 制御の流れ ( テレビ電話用論理電話用論理チャネルチャネル確立確立まで ) *) 網などを介さないもっとも単純な例 GK: H.323 Gatekeeper *) 網などを介さないもっとも単純な例 GK: H.323 Gatekeeper H.225 RAS シグナリング GK 呼制御アドレス解決帯域幅の確認 GK 発呼の可否判断 H.225 RAS シグナリング H.225 RAS シグナリング H.245 制御用アドレス解決 GK 音声動画 codec 交換 GK 音声動画転送チャネル確立 H.225 RAS シグナリングゾーン A 呼確立要求 H.225 呼制御 IP 網ゾーン B ゾーン A H.245 論理チャネル制御 IP 網ゾーン B 4

5 H.323 制御の流れ ( テレビ電話用論理電話用論理チャネルチャネル確立確立まで ) *) 網などを介さないもっとも単純な例 GK: H.323 Gatekeeper H.225 RAS シグナリング GK GK H.225 RAS シグナリング H.245 論理チャネル制御 RTP 音声動画転送チャネル制御ゾーン A IP 網ゾーン B の登場 H.323 はもっとも普及しているがビデオ会議をサポートするため複雑そのため起動が遅い VoIP に最適な軽量プロトコルが必要 (Session Initiation Protocol) 呼シグナリングおよび制御プロトコル単純なテキストプロトコルセッションの開始や終了は規定されるが通信内容に関する情報は規定しない通信内容は SDP により記述呼制御サーバとの通信制御コンポーネントユーザエージェントユーザエージェントクライアント : 発呼側ユーザエージェントサーバ : 着呼側ネットワークサーバプロキシサーバリダイレクトサーバロケーションサーバ DNS, LDAPを利用 -URLとメッセージ -URL フォーマット sip:<username>:<passwd> / <E.164>@<sip server hostname/ipaddr> *) E.164( 電話番号 ) を使う場合末尾に ;user=phone をつけるメッセージフォーマットスタートライン ( リクエスト or レスポンスコマンド ) メッセージヘッダ ( 発呼側の情報着呼側の情報呼識別子 ) <CRLF> メッセージボディ (SDP 記述によるセッション情報やエラー情報 ) 5

6 メッセージの例 ( リクエストメッセージ例 ) INVITE sip:taro@somewhere.com /2.0 From : Hanako <sip:hanako@somewhere.com> To : Taro <sip:taro@somewhere.com> Call-ID : @hoge.somewhere.com Subject : test Content-Type : application/sdp SDP(Session Description Protocol) SDP により表現される情報セッション記述 ( セッション名セッション生成者 ) 時間記述 ( セッションの有効期間 ) メディア記述 ( 音声や動画を受信するのに必要な情報 ) SDP タグを用いて記述 ( レスポンスメッセージ例 ) / Trying From : Hanako <sip:hanako@somewhere.com> To : Taro <sip:taro@somewhere.com> Call-ID : @hoge.somewhere.com SDP タグプロクシモードによるによる呼確立 1 v=0 2 o=taro IN IP4 hoge.somewhere.com 3 c=in IP4 hoge.somewhere.com 4 m=audio RTP/AVP 0 5 a=rtpmap : 0 PCMU/ m=video RTP/AVP 31 7 a=rtpmap : 31 H261/90000 各行の意味 ) 1 SDPバージョン0 2 ユーザtaro SDP 識別子サブ識別子インターネット IP4 コネクションホストhoge.somewhere.com 3 インターネット IP4 コネクションホストhoge.somewhere.com 4 オーディオ UDPポート49170 RTP/AVP 0 5 ペイロードタイプ0 PCM_u-law/8KHz 6 ビデオ UDPポート51372 RTP/AVP 31 7 ペイロードタイプ 31 H.261/9KHz INVITE sip: hanako@aaa.com プロクシ hanako@aaa.com hanako? ロケーションサーバ INVITE sip: hanako@hanako-pc ACK hanako-pc プロクシモードによるによる呼確立プロクシモードによるによる呼確立 hanako-pc INVITE sip: hanako@aaa.com *) *) 所在情報は hanako hanakoもしくは第三者が前もって登録する ACK 200 OK プロクシロケーションサーバプロクシロケーションサーバ INVITE sip: hanako@hanako-pc ACK 200 OK hanako@aaa.com hanako-pc hanako@aaa.com hanako-pc 6

プロクシモードによるによる呼確立による呼確立 ( その他 ) プロクシロケーションサーバリダイレクトモードユーザの移動をサポート着呼者はドメイン移動が発生する際移動先ドメインをサーバに登録元来のドメインへ着呼があった場合サーバは発呼者にその移動先ドメインを通知

164 ( 後述 ) からのアクセスをドメイン名に変換し,DNS を用いて検索することで対応するサービスを URI 形式で得る手法 DNS WEB ENUM(1/4) ENUM(2/4) 旧来の DNS 領域 ENUM 領域電話 HTTP DNS WEB 着信者電話番号

7 プロクシモードによるによる呼確立による呼確立 ( その他 ) プロクシロケーションサーバリダイレクトモードユーザの移動をサポート着呼者はドメイン移動が発生する際移動先ドメインをサーバに登録元来のドメインへ着呼があった場合サーバは発呼者にその移動先ドメインを通知 (Moved Temporarily メッセージ ) 発呼者は移動先ドメインに対し再発呼する ENUM ENUM Telephone Number Mapping(ENUM) ITU が定めた電話番号体系である E.164 ( 後述 ) からのアクセスをドメイン名に変換し,DNS を用いて検索することで対応するサービスを URI 形式で得る手法 DNS WEB ENUM(1/4) ENUM(2/4) 旧来の DNS 領域 ENUM 領域電話 HTTP DNS WEB 着信者電話番号に対応する通信サービスを ENUM 対応 DNS に登録この際のドメイン名は e164.arpa 旧来の DNS 領域 ENUM 領域電話 HTTP DNS WEB 発信者は着信者の電話番号に対応するドメイン名, e164.arpa に対し, 対応するサービスを検索 7

ENUM(3/4) ENUM(4/4) 旧来の DNS 領域 ENUM 領域電話 HTTP DNS WEB URI

HTTP DNS WEB 発信者が利用可能なサービスを選択し, 通信を開始図の場合はを選択 E.164 E.

加入者番号 :5333-0851 Messenger/P2P/Skype Messengerの仕組仕組みサーバ

8 ENUM(3/4) ENUM(4/4) 旧来の DNS 領域 ENUM 領域電話 HTTP DNS WEB URI 形式で電話,SMTP, HTTP の利用が可能であることが発信者に返される旧来の DNS 領域 ENUM 領域電話 HTTP DNS WEB 発信者が利用可能なサービスを選択し, 通信を開始図の場合はを選択 E.164 E.164 国際公衆電気通信に関する番号計画 ITU-T の E シリーズ勧告の 1 つ最大 15 桁東京の電話番号を E.164 形式に直すとになる日本の国番 :81 市外局番 :03 の 0 をとって 3 加入者番号 : Messenger/P2P/Skype Messengerの仕組仕組みサーバサインイン時の通信ファイルの送受信メッセージの送受信 Gnutella, Winny などピュア P2P セッションの開始コンタクトリストサインイン情報メッセージメッセージファイル検索ファイル転送ファイル転送 8

9 ハイブリッド P2P スーパーノード型 P2P Napster, WinMX などユーザリストファイルリスト KaZaA, Skype などスーパーノードクラスター 1. ログイン & ファイルリスト送信 2. ファイル検索 2. ファイル検索 1. ファイル検索要求 3. ファイル転送 3. ファイル転送 P2P IP 電話 Skype Skypeの場合 Skype の技術的特長 VoIP と P2P の融合 P2P 話し相手を見つけ出し接続を維持する VoIP 通話手順 ( 通話プロトコル ) を決める P2P(Peer to Peer) 不特定多数の個人間で直接情報のやり取りを行なうインターネットの利用形態 VoIP(Voice over Protocol) TCP/IP をネットワークで音声データを送受信する技術ノード NAT やファイアウォールによって内向きの接続ができないこともあるスーパーノードへ接続することで P2P ネットワークへ接続するスーパーノード ( リレーノード ) スパーノード同士で通信しユーザー情報を同期する P2P ネットワークトポロジーの形成 Firewall/NAT でノード同士の直接通信ができない場合の中継役中継 NMS(Network Management Server) 唯一 Skype(Skype を作ってる団体 ) が管理するスーパーノードの紹介ネットワークの最適化ネットワークの品質管理 Skype 通話の仕組仕組みスーパーノードの条件グローバルIPアドレスマシン性能が良い回線速度が速い Skype 起動時間が長いなど移動体通信 1 B の IP アドレス問い合わせ A 2 B のスーパーノードが IP アドレスを返信 3 通話の開始 B 9

10 移動体と IP アドレスの関係移動により基地局が変わる基地局が変わると IP アドレスも変わる IP アドレス!= コンピュータ?! IP Mobility への期待 Mobile IPv6 基地局 A ネットワーク A 基地局 B ネットワーク B 基地局 C ネットワーク C 移動 IP Mobilityの仕組仕組み : 郵便を例に Mobile IPv6 自宅 : 横浜別の封筒にいれて転送出張先の広島封筒を開封し郵便物を取り出し着信可能性の提供 IPアドレスが不変のため着信可能性の実現 IPアドレスを計算機の識別子として用いることが可能移動透過性の提供 IPアドレスの変化を隠蔽通信に利用するIPアドレスが不変のため通信が遮断されない不変なアドレスを移動体ノードに割り当てる IETFで標準化終了 RFC3775, RFC3776 差出人コネクションが切断返信の差出人は横浜の住所を書いておく出張先の福岡突然出張先が変わっても家族や前の滞在先に伝えておけば新しい出張先にも届く移動通信相手が不明? 移動 Network Mobility Network Mobility Mobile IPを拡張しネットワークへの移動透過性を提供 The NEMO Basic Support プロトコルトンネル技術を用いたシームレス通信と不変な通信アドレスの提供 IETFで標準化終了 RFC3963 Mobile Router (MR): 自動車をインターネットに接続するルータ Home Agent (HA): MRの移動を支援するエージェント navigation HA sensor laptop MR PDA MR MR MR 10

11 Mobile IP Network Mobility (NEMO) 移動移動バックボーンバックボーン Home Agent 移動ネットワーク Home Agent エッジノードエッジノード Clausen (modification by Ryuji) Don t use slide without permission Copyright@Thomas Clausen (modification by Ryuji) Don t use slide without permission Overview of demonstration 2004 Nagoya ITS World Congress IPv6 Mobility Technology for ITS KEIO Univ. + WIDE b 2GHz EV-DO MR(WIDE) MR(KDDI) Streaming 2GHz EV-DO area center of nagoya WLAN Camera car x3 WLAN WLAN collaboration with Streaming b 800MHz EV-DO Exhibition hall Tour bus MR(WIDE) MR(KDDI) IP Camera WLAN Remote navi. WLAN PDA 800MHz EV-DO WLAN Pocket MIMAS Web server and DB Interoperability of the NEMO Basic protocol HA HA NEMO is operated by both KDDI and WIDE on 6-bone Supporting Protocols NEMO Basic Support Multiple CoA s registration ビデオ紹介 MR MR keio MR KDDI MR 11

12 is ready! 幾つもプロポーザルはあるが基本技術は標準化済 Mobile IPv 年 6 月に RFC3775 発行済 NEMO: Network Mobility 2005 年 1 月に RFC3963 発行済 MANET Routing Protocols 2003 年 6 10 月に RFC3561, 3626 他発行済基本技術への拡張部分は急速に標準化が進行中通信に関するする標準化団体 IETF と ITU 開発動向基本技術をオープンソースで公開 KAMEプロジェクトによるBSD 実装 (SHISA) USAGIプロジェクトによるLINUX 実装世界中で様々な場所で開発はされている標準化の必要性全ては独自フォーマットからはじまった最初のパイオニアは市場を独占できるが A 社と B 社の製品は基本的に相互接続できない企業収益と市場成長の不一致が発生する特に通信 ( 放送電話を含め ) の世界ではどのメーカのテレビでも映像を見る世界中の電話と国際電話をかける世界中のコンピュータと通信できてインターネット規格が無いと Universal Service を実現できない IETF ( Engineering Task Force) インターネットの発展と技術に貢献する技術者グループ ( 非営利 ) 標準化された文書として RFC を発行標準の開発インターネットの問題の提示解決への提案 IESG に標準化に関する勧告 IRTF から一般への技術トランスファインターネットコミュニティの広い情報交換の場を提供する ISO vs IETF IETF 関連組織の構造 ITU/ISO IETF ISOC 国会社単位での参加個人単位での参加 IAB 勧告閲覧が通常は有料 Specification Oriented ( まず仕様を決める ) Hard Specification ( 仕様は変わらない ) Voting オンラインで無料配布 Implementation Oriented ( まず実装をする ) Soft Specification ( 仕様は変わっていく ) Running Code & Rough Consensus IESG IETF WG RFC-Editor IRTF エリアエリアエリア WG WG WG WG WG ISTF ICANN IANA WG= 分科会 12

13 Standard Track Diagram Enter プロトコルの提案有益な情報 Informational Draft Standards Track Proposed Std. Draft Std. 検討に値すると認められる各条件により承認 Experiment 実験や改良が必要別のプロトコルの出現などにより検討の対象外となる基盤サービスサービス実現実現モデル Temporary Long term Standard Historic Infrastructure per Service ( NGN/Past Service ) それぞれのサービスに応じて専用インフラを構築していく Financial network 株式取引 Multiple Services on One Infrastructure ( the ) あらゆる ( デジタルデータを流通させる ) サービスは IP で統合されたインフラの上にのせていく Backbone Emergency Call Reliability Telephone network 緊急電話 Broadcasting network TV 放送 Broadcasting Bandwidth Finance Ballot Serviceability Validation Government network 投票結局どっちがどっちが正解? 課題一般電話網携帯電話網お正月は繋がらない地震があると繋がらない電話 (VoIP) 実は最近光電話不通のニュースがあった発呼制御システムとインターネット回線の問題が付きまとう中央発呼制御システムのバグ 1. 9/19 中央発呼制御システムがハングアップ 2. バックアップシステムに入れ替わったがそれもバグ持ち 3. 繋がらないからユーザは何度もかけた 4. 中継システムに負荷がかかり混雑した 5. 負荷低下のため一時的にin/outの発呼に制限をかけた既存のインフラサービスモデルとインターネットのサービスモデルで実現される電話サービスに関してそれぞれの利点欠点をまとめる参考になりそうなトピックは以下の通り遅延音質緊急電話対応相互接続性コスト新しいサービスへの転向 etc 13

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untitled 1 2 4/12 4/19 (1) 3 4 5 4/26 5/10 5/17 (2) 4 6 7 8 9 10 11 12 5/24 5/31 6/7 6/14 6/21 6/28 7/5 (1) (2) 13 7/12 Unicast Broadcast Multicast 1 1 Video/Audio broadcast (TV/adio etc.) Video Conferencing DVTS