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ありさそや
5 years ago
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1 岡山情報通信技術研究会 (OICT 会 ) 2014 年 8 月 27 日 ( 水 ) データ指向型ネットワーク横平徳美岡山大学大学院自然科学研究科 ( 工学部電気通信系学科 ) 1

2 講演内容 1. 背景 2. データ指向型ネットワークとは具体例 4. 課題 2

3 1. 背景 3

4 インターネットはどのように発展してきたか (1) 4

5 インターネットはどのように発展してきたか (2) 5

6 インターネットはどのように発展してきたか (3) 6

7 インターネットはどのように発展してきたか (4) 1973 年 :2.94Mbps( 研究所内での使用 ).1976 年 :100 台 1980 年 :DIX ethernet ver1.0 (10Mbps) の発表 1981 年 : 最初の製品 1982 年 :DIX ethernet ver2.0 (10Mbps) の発表 PDP-11,VAX 等の接続 1983 年 :IEEE ethernet の発表 1995 年 :Fast ethernet (100Mbps) の標準化終了 1998 年 :Gigabit ethernet (1Gbps) の標準化終了 2002 年 :10Gigabit ethernet (1Gbps) の標準化終了 a 7

8 インターネットはどのように発展してきたか (5) 私自身のコンピュータネットワーク遍歴 1980 年 ~84 年 ( 学部 ): PC8001(NEC), MZ??(SHARP),FACOM S, TSS (Time Sharing System) 1984 年 ~89 年 ( 修士, 博士 ) VAX-11, IBM-RT-PC, Sun Workstation, Ethernet ( 同軸ケーブル ) 1989 年 ~?? 年 : Sun Workstation, Ethernet (Hub), Junet ( ダイアルアップ )?? 年 ~ 現在 : PC,Ethernet (Hub), Internet 2001 年 5 月 11 日 NTT 西日本フレッツ ADSL(1.5M) 契約, 下り 850kbps, 上り? 2002 年 1 月 24 日 Yahoo!BB ADSL(8M) 契約, 下り 350kbps, 上り 450kbps (2004 年 10 月引越し ) 2005 年 2 月? MEGAEGG 光ファイバー契約下り 20Mbps, 上り? 2006 年 5 月? MEGAEGG 光電話契約 8

9 増え続けるインターネットトラフィック (1) 1GB = 2**30 Bytes 1TB = 2**40 Bytes 1PB = 2**50 Bytes 1EB = 2**60 Bytes = 1, 152, 921, 504,606,846,976 ( 約 115 京バイト ) 1ZB = 2**70 Bytes 1YB = 2**80Bytes Visual Networking Index (VNI) Global Forecast, , The Zettabyte Era (2012 年 5 月 30 日掲載 ) Figure 1. Cisco VNI Forecasts 110 Exabytes per Month of IP Traffic in

10 増え続けるインターネットトラフィック (2) CAGR: Compound Annual Growth Rate Visual Networking Index (VNI) Global Forecast, , The Zettabyte Era (2012 年 5 月 30 日掲載 ) Figure 5. Global IP Traffic by Device Type 10

11 増え続けるモバイルデータトラフィック (1) CAGR: Compound Annual Growth Rate Mobile : 3G,4G などいわゆる携帯電話通信技術を使用したデータトラフィック Visual Networking Index (VNI) Global Forecast, , The Zettabyte Era (2012 年 5 月 30 日掲載 ) Figure 6. Global IP Traffic, Wired and Wireless 11

12 増え続けるモバイルデータトラフィック (2) CAGR: Compound Annual Growth Rate Mobile : 3G,4G などいわゆる携帯電話通信技術を使用したデータトラフィック Cisco Visual Networking Index: Global Mobile Traffic Forecast Update, (2013 年 2 月 6 日掲載 ) Figure 1. Cisco Forecasts 11.2 Exabytes per Month of Mobile Traffic by

13 増え続けるモバイルデータトラフィック (3) CAGR: Compound Annual Growth Rate Cisco Visual Networking Index: Global Mobile Traffic Forecast Update, (2013 年 2 月 6 日掲載 ) Figure 2. Global Mobile Traffic Forecast by Region 13

14 増え続けるモバイルデータトラフィック (4) CAGR: Compound Annual Growth Rate Cisco Visual Networking Index: Global Mobile Traffic Forecast Update, (2013 年 2 月 6 日掲載 ) Figure 4. Global Mobile Devices and Connections: M2M, Smartphones and Tablets Drive Growth 14

15 従来のデータ配信手法 (1) (A) 単純なクライアントサーバ型通信 server スケーラビリティがないサーバリンクの容量サーバにおけるコネクション管理遅延時間が大きい ( 距離の制約を超えられない ) モビリティが弱い client 15

16 従来のデータ配信手法 (2) 1000km, 1000byteの場合伝播遅延時間 1000km km/sec = 5ms 伝送遅延時間 1Mbps の場合 bits bits / sec = 8ms 10Mbps の場合 bits bits / sec = 0.8ms 100Mbps の場合 bits bits / sec = 0.08m s 16

17 従来のデータ配信手法 (3) マルチキャスト : グループに属するユーザに対してのみ情報を配信サーバ物理ネットワークルータルータ物理ネットワーク物理ネットワーク物理ネットワーク端末端末端末端末端末端末 17

18 従来のデータ配信手法 (4) (B) コンテンツ配信ネットワーク (CDN) server 大がかり遅延時間が大きい ( 距離の制約を超えられない ) モビリティが弱い mirror server cache server client 18

19 従来のデータ配信手法 (5) (C) P2P ネットワーク server 無駄なトラヒックの発生遅延時間が大きい ( 距離の制約を超えられない ) モビリティが弱い client 19

20 従来のデータ配信手法 (6) ISP-B ISP-A ISP-C ユーザがデータを必要としない場合, 単なるフォワーダーとして動作 20

21 2. データ指向型ネットワークとは... DCN: -Centric Network ICN: Information-Centric Network People value the Internet for what content it contains, but communication is still in terms of where by Van Jacobson, et al., Networking Named Content, IEEE Communication Magazine, Proc. CoNEXT, pp. 1-12, February

22 DCN の特徴 (1) (A) ネットワーク内部でもキャッシュ server トラフィック低減取得したいデータがどこにあるかは気にしない近くから取得するモビリティに強いどのホストからデータを取っているかという概念がない mirror server cache server client 22

23 DCN の特徴 (2) (B) データへの名前付けと名前によるネットワーク検索 server 現在のデータ取得手順 (1) DNS により,URL からサーバの IP アドレスを得る (2) サーバ IP アドレスでパケットをルーチングして, データ取得要求メッセージをサーバに送信する (3) クライアント IP アドレスでルーチングして, サーバからのデータをクライアントに送信する DCN におけるデータ取得手順 (1) クライアントは, 取得したいデータの名前を, 自分の接続ルータに送信する ( ネットワーク内に投げ込む ) (2) ネットワークを名前をキーとしてネットワーク内部と外部を検索し, データの在処 ( ルータまたはホスト ) まで辿り着く (3) 名前検索のルートを後戻りして, クライアントにデータを届ける, あるいは従来と同じようにクライアントの IP アドレスでデータを送信する ( 方式により異なる ) client 23

24 DCN の特徴 (3) (C) 署名付きデータの使用は必須 server データ名データ署名, その他の情報 client 24

25 3. 具体例 CCN: Content-Centric Networking now NDN: Named Networking DONA: -Oriented Network Architecture PSIRP: Publish-Subscribe Internet Routing Paradigm now PURSUIT: Publish-Subscribe Internet Technology NetInf: Network of Information now Scalable and Adaptive Internet Solutions (SAIL) 25

26 Content-Centric Network (1) 概要 Client FIB PIT Router FIB PIT Router FIB: Forwarding Information Base PIT: Pending Interest Table Interest Interest Interest FIB PIT Server (Publisher) FIB PIT Interest Router FIB PIT Client Interest Client FIB PIT FIB PIT 26

Content-Centric Network (2) ルータ, ホストの構造 Content Store Name /www.xxx.okayama-u.ac.jp/yokohira/data3 /www.xxx.okayama-u.ac.jp/yokohira/data8 Pending Interest Table (PTI) Name Pointer Face Network Interface 0 (Face 0) /www.

27 Content-Centric Network (2) ルータ, ホストの構造 Content Store Name / / Pending Interest Table (PTI) Name Pointer Face Network Interface 0 (Face 0) / 0 Network Interface 1 (Face 1) Forwarding Information Base Name Face / 1, 2 Network Interface 2 (Face 2) 27

28 Content-Centric Network (3) パケットの構造 Interest Packet Content Name Selector (order preference, publisher filter, scope,...) Nonce Packet Content Name Signature (Digest Algorithm, witness,...) Signed Info (publisher ID, key locator, stale time,...) 28

29 Content-Centric Network (4) プロトコル階層 Van Jacobson, et al., Networking Named Content, IEEE Communication Magazine, Proc. CoNEXT, pp. 1-12, February

30 -Oriented Network Architecture (1) 概要 RH Routing RH: Resolution Handler 各 ISP に少なくとも 1 台設置階層型ルーチング Find Find RH RH Routing Routing Client Find Server (Publisher) Find Routing Transport Network (Normal IP Networks) Routing 30

31 -Oriented Network Architecture (2) 自己認証 (self-certifying) による Name- Integrity 取得データは, 本当に所望の, すなわち, 名前と中身が正しいデータなのか? Packet CCN の問題点 : Name- Integrity は, 認証局等の外部システムに頼っている DONA での名前 (Principal, Label) Principal : Publisher の情報. 公開鍵のハッシュ値の暗号文 (chp) Label: を一意に特定する文字列 Name 署名 Publisherの公開鍵 (PR) Publisher の公開鍵 PR ハッシュ関数ハッシュ関数ハッシュ値 (hv) ハッシュ値 Publisher の秘密鍵で暗号化? ハッシュ値の暗号文 (chp) PR で復号化ハッシュ値 31

32 Publish-Subscribe Internet Routing Paradigm (1) 概要 Name Resolution System Subscribe Publish Client PSIRP Router PSIRP Router Server (Publisher) Routing Forwarding Transport Network Forwarding (Normal IP Networks) Routing Transport Network 32

33 Publish-Subscribe Internet Routing Paradigm (2) Bloom フィルタによる高速フォワーディング (1) Hash(Alice) = Hash(Bob) = Alice Hash(Tom) = OR 演算 Bloomフィルタ = Bob Tom Hash(Tom) = AND 演算 Tom は含まれている Hash(Lucy) = AND 演算 Lucy は含まれていない Hash(Jerry) = AND 演算 Jerry は含まれている (False Positive) 33

34 Publish-Subscribe Internet Routing Paradigm (3) Bloom フィルタによる高速フォワーディング (2) Client PSIRP Router PSIRP Router Server (Publisher) Routing Forwarding Forwarding Routing IFz IFy IFx Hash(IFx) = Hash(IFy) = Hash(IFz) = OR 演算 Bloomフィルタ = IFx IFy IFz マルチキャスト通信も極めて容易!!! 34

35 NetInf : Network of Information 概要 Server (Publisher) Routing Get Router Routing Get Resolve Client Routing Locator Name Resolution System Get Client Routing Get Server (Publisher) Transport Network Routing 35

36 B. Ahlgren, et al., A Survey of Information-Centric Networking, IEEE Communication Magazine, pp , July

37 4. 課題 37

38 スケーラビリティ : 名前の総数は膨大. 階層化管理が必須? self-certifying は階層化が難しい? 課金 : 至るところにキャッシュキャッシュからデータ取得をどのようにして関知するかキャッシュを嫌う人にどのようにインセンティブを与えるか 38

39 ご清聴ありがとうございました 39

インターネットを取り巻く環境変化 2014 年から 2019 年に向けて年にはビデオコンテンツが IP トラフィックの 80% 以上を占めるグローバル IP トラフィックは 59.9EB/M から 168.0EB/M へインターネットユーザーは 28 億人から 39 億人へ接続

2015 年 10 月 22 日 NICT オープンハウス情報指向ネットワーク技術 : データ通信路からコンテンツ共有基盤へネットワーク研究本部ネットワークシステム総合研究室朝枝仁 1 インターネットを取り巻く環境変化 2014 年から 2019 年に向けて 2 2019 年にはビデオコンテンツが IP トラフィックの 80% 以上を占めるグローバル IP トラフィックは 59.9EB/M