Microsoft PowerPoint - 17 情報工学講義第３_木5限_for_学生0410.pptx

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1 2 回目 インターネットの仕組み 35

2 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 36

3 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 ) 37

4 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 IPv 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 2011 年 6 月 6 日 World IPv6 Day 2012 年 6 月 6 日 World IPv6 Launch 38

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6 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 ) 40

7 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 41

8 ゲートウェイ ( ルータ ) の役割 ネットワーク /24 と /16 を接続 ゲートウェイもホスト / /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 /24 ゲートウェイ /16 ( ルータ )

9 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! /16 同じ媒体間の場合 一般的にスイッチと呼ぶ 43

10 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 44

11 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 ) 45

12 家庭内 LAN 複数台の PC から同時にインターネットを利用 /24 プロバイダへ 100 Mbps Mbps ( g/a/n) Mbps 100 Mbps 46

13 IP ルータのモデル化の例 古典的な IP ルータのモデル 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 バッファ管理 データリンク処理 回線終端 出力回線 入力ポート 単一窓口の待ち行列モデル 出力ポート 待ち行列 47

14 100 Mbps スイッチのモデル化 無線 LAN と PC からルータへ接続 53 Mbps スイッチ基盤 バッファ 53 Mbps 100 Mbps 100 Mbps 100 Mbps 100 Mbps 53 Mbps 100 Mbps 単一窓口の待ち行列モデル 待ち行列 出力ポート 100 Mbps 48

15 光ファイバ不要インターネットDSL (Digital Subscriber Line) 電話と共有 ( 周波数多重 ) 100 Mbps 複数の DSL 回線を束ねてルータへ収容する集線装置 DSLAM スプリッタスプリッタメタルケーブル D S L A M DSL モデム 加入者収容局 49 電話網 DSLAM : Digital Subscriber Line Access Multiplexer

16 インターネットFTTH (Fiber To The Home) 占有型 (SS 方式 ) と共有型 (PON 方式 ) Single Star 方式 加入者収容局 光電気変換装置 光ファイバケーブル Passive Optical Network 方式 光電気変換装置 (ONU) 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 光カプラ 光電気変換装置 (ONU) 50

17 加入者収容局から家庭への道程 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 装置 加入者収容局 光ファイバ成端架 クロージャー家庭配線光ケーブル OLT ONU き線光ケーブル ドロップケーブル OLT: Optical Line Terminal ONU: Optical Network Unit 51

18 光カプラの格納場所 電話用 FTTH 用 52

19 クロージャーの中 53

20 光カプラ (1 入力 8 出力 ) 54

21 ソフトバンクによる PON の解放要求 (0) 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 55

22 ソフトバンクによる PON の解放要求 (1) PON: 1 台の OLT に 32 家庭の ONU が接続 NTT 網 SB 網 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 クロージャー 家庭 OLT 光ファイバ成端架 配線光ケーブル ONU ドロップケーブル き線光ケーブル 56 NTTの主張 : 1 本全部 (32 ONU) か 4 本のうち1 本を直結 (8ONU) 1 本 4 本 8 本 KDDIは4 本のうちの1 本を借り て提供 (au ひかりホーム )

23 ソフトバンクによる PON の解放要求 (2) 1 ONU 単位での解放 NTT 網 SB 網 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 家庭 OLT 光ファイバ成端架 配線光ケーブル ONU 事業者振り分けスイッチ き線光ケーブル ドロップケーブル 1 本 4 本 8 本 57

24 今 : 光へ 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 ) KDDI 系 NTT 系 BAS SB 系 加入者収容局 クロージャー 家庭 OLT 光ファイバ成端架 配線光ケーブル ONU NEC 系 き線光ケーブル ドロップケーブル 1 本 4 本 8 本 58 BAS: Broadband Access Server

25 FTTH での通信容量共有 SS (Single Star) は OLT とルータ間 PON は OLT と ONU OLT とルータ間 IP ルータブリッジ / スイッチ OLT ONU OLT ONU 59

26 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 60

27 2002 年の OCN バックボーン構成 東京大阪 10Gbps 2 61

28 2009 年の OCN バックボーン構成 東京大阪 (40 Gbps x 4) x 2 = 320 Gbps 62

29 2012 年の OCN バックボーン構成 東京大阪 (40Gbps x 6) x 2 = 480 Gbps 63

30 2015 年の OCN バックボーン構成 東京大阪 (100Gbps x 4) x 2 = 800 Gbps 64

31 2016 年の OCN バックボーン構成 東京大阪 (100Gbps x 5) x 2 = 1 Tbps 65

32 OCN のバックボーンで使われるルータ Juniper T640 10G が 32 本 Juniper T G が 80 本 40G が 16 本 100G が 8 本 66 重量約 275Kg 消費電力約 7 KW 45cm x 1m x 80cm

33 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 波長多重伝送ルータ ルータ 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 ルータ クロスコネクト ルータ 67 ルータ

34 クロスコネクト装置の例 (2005 年 ) 光クロスコネクト ルータ クロスコネクト 68 68

35 最近のクロスコネクト Huawei : OptiX OSN 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 220cm 枠だけで 180 kg 69 60cm

36 ( 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 70

37 データセンタ内部のネットワーク例 71

38 Yahoo! のデータセンタ構成例 おそらく 256 台か 512 台のサーバーを島に配備 72

39 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 73

40 演習 1 74