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東京工業大学 大学院理工学研究科
パネルディスカッション「ネットワークの今後の展開」
ネットワーク制御技術のさらなる展開を目指す新たなネットワークテストベッド構築に向けて-ネットワーク制御技術研究者の立場から-
山岡 克式
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JGNⅡシンポジウム 2007/1/18YAMAOKA Lab., Tokyo Institute of Technology FOIL 2
ネットワーク利活用研究開発
研究開発テストベッドネットワーク
運用ネットワークとは異なる実験ネットワーク
JGNⅡを利活用した研究開発
次世代高度ネットワーク社会の実現を目指した様々な研究開発の推進
様々な新規技術の創出
高度アプリケーション技術
超高速ネットワーク技術
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JGNⅡシンポジウム 2007/1/18YAMAOKA Lab., Tokyo Institute of Technology FOIL 3
テストベッドと研究開発
テストベッドを有効に利活用した研究課題
テストベッドが研究開発インフラとして機能
高度アプリケーション技術• Endノードでアプリケーションを実現
超高速ネットワーク技術• End端末間通信プロトコルの研究開発
テストベッドを利用した様々な成果
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JGNⅡシンポジウム 2007/1/18YAMAOKA Lab., Tokyo Institute of Technology FOIL 4
ネットワーク制御技術研究者の立場から
有効に利活用しにくい研究課題テストベッドそのものに影響する研究開発新世代ネットワークアーキテクチャの研究開発
バックボーンノード制御技術,プロトコルの研究開発
現状のテストベッドでは研究開発での利用困難根本的に基本技術が異なるため
ネットワークの内部(Underlay)に手を入れることができないため
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JGNⅡシンポジウム 2007/1/18YAMAOKA Lab., Tokyo Institute of Technology FOIL 5
テストベッドの利活用が困難な研究例
ARQプロトコルの優先制御によるデータ転送スループットの向上
適応型プロトコル中継によるデータ転送方式
この程度のことさえこれまでのテストベッドでは
実験できない
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JGNⅡシンポジウム 2007/1/18YAMAOKA Lab., Tokyo Institute of Technology FOIL 6
ARQプロトコルの優先制御による
データ転送スループットの向上
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JGNⅡシンポジウム 2007/1/18YAMAOKA Lab., Tokyo Institute of Technology FOIL 7
ARQ: End-End間で誤り検出、再送
誤り率や遅延の増大がスループットに悪影響
遠距離通信
伝送遅延が相対的に大きい
タイムアウトが発生しやすくなる
再送時にも長距離に渡って網資源を占有
ウインドーが開ききるまで送信(Go-back-N)
再送発生時以後のパケットが全て無駄に
ARQの問題点
他の通信に悪影響
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JGNⅡシンポジウム 2007/1/18YAMAOKA Lab., Tokyo Institute of Technology FOIL 8
スループットに着目したARQの優先制御
遠距離からの通信を優先制御
近距離通信は一般に遅延が増加
遠距離からの通信の遅延が減少タイムアウトが減少
その分近距離通信の遅延も減少
しかし
再送が減少した結果帯域に余裕ができる
優先度を上げた側と下げた側両者ともにスループットの向上する場合が存在
“Priority Control is Not The Property of the Privileged Classes”, Katsunori Yamaoka, Kunihiro Katoh, Yoshinori Sakai, Networks2000, S34.5(by CDROM) (2000)
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JGNⅡシンポジウム 2007/1/18YAMAOKA Lab., Tokyo Institute of Technology FOIL 9
研究室内
予備実験
インターネットルータ(IBM-PC、FreeBSD)のIP層で優先制御
O-okayama Router
Nagatsuda
Kagoshima
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JGNⅡシンポジウム 2007/1/18YAMAOKA Lab., Tokyo Institute of Technology FOIL 10
実験結果(TCP、遠距離)
0
50
100
150
200
250
300
350
020
0040
0060
0080
00
1000
0
1200
0
1400
0
1600
0
1800
0
2000
0
2200
0
Transmission Time (msec)
Arr
ival
Dat
a Siz
e (Kbyt
es)
Priority
No Priority
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JGNⅡシンポジウム 2007/1/18YAMAOKA Lab., Tokyo Institute of Technology FOIL 11
実験結果(TCP、近距離)
0
200
400
600
800
1000
1200
040
0080
00
1200
0
1600
0
2000
0
2400
0
2800
0
3200
0
3600
0
4000
0
4400
0
4800
0
5200
0
Transmission Time (msec)
Arr
ival
Dat
a Siz
e (Kbyt
es)
Prioirty
No Priority
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JGNⅡシンポジウム 2007/1/18YAMAOKA Lab., Tokyo Institute of Technology FOIL 12
スループット向上の条件
近距離側もスループットが向上する条件
α
β
p 3
p 2λ2
λμ 1
λ'2
λ'1
t 3
t 2
p 1 t 1
21
211
21
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JGNⅡシンポジウム 2007/1/18YAMAOKA Lab., Tokyo Institute of Technology FOIL 13
適応型プロトコル中継によるデータ転送方式
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JGNⅡシンポジウム 2007/1/18YAMAOKA Lab., Tokyo Institute of Technology FOIL 14
背景
通信網の規模が急速に拡大
接続の多段化
遅延の増大
End-End間でARQを用いるプロトコル
遅延、伝送誤りの増加に弱い
データ転送スループット悪化の原因に
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JGNⅡシンポジウム 2007/1/18YAMAOKA Lab., Tokyo Institute of Technology FOIL 15
従来の研究と問題点
中継ノード上でデータバッファリング
あらかじめ定められた特定区間のみ中継
遅延区間を独自プロトコルで中継
衛星インターネットを対象としたTCPゲートウエイ
Proxyサーバの実装アプリケーション
設置ノード上であらかじめ設定を行った特定のアプリケーションのみ中継
DeleGateSquid
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JGNⅡシンポジウム 2007/1/18YAMAOKA Lab., Tokyo Institute of Technology FOIL 16
適応型プロトコル中継
動的にコネクション中継ノードを設定End - End間でARQを用いたプロトコル
伝送遅延、誤り率に応じてコネクションを中継
ユーザーの関与なしにネットワークが自動的に中継
source
source destination
destinationintermediate node“適応型プロトコル中継によるブロックデータ転送効率の向上”, 山岡克式, 大槻英樹, 酒井善則, 電子情報通信学会論文誌B, Vol.J84-B, No.9, pp.1712-1715 (2001)
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JGNⅡシンポジウム 2007/1/18YAMAOKA Lab., Tokyo Institute of Technology FOIL 17
理論解析
Go-back-N ARQ
Ti j = Mv i + 1
ナ1+ p i j ナ
v i + 1 ( t 0i j
+ t i j )
N
1ト p i j
t0i j
4= ti j + N ナ
P jx = i + 1
1vx
ノード間で ARQ により生じる伝送遅延の期待値 Ti j
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JGNⅡシンポジウム 2007/1/18YAMAOKA Lab., Tokyo Institute of Technology FOIL 18
通信品質均一網
C1
p x 1.
vt x 1.
p xn.
vt x n.
p x 2.
vt x 2.
x 1
C2
x2
Cn
xn
L
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JGNⅡシンポジウム 2007/1/18YAMAOKA Lab., Tokyo Institute of Technology FOIL 19
中継数と転送遅延(均一網)
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
0 10 20 30
Relay Connection Number
Tra
nsm
issi
on D
ela
y (s
)
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JGNⅡシンポジウム 2007/1/18YAMAOKA Lab., Tokyo Institute of Technology FOIL 20
現実モデルへの応用
TCP/ IP信頼性の高いデータ通信
基本的にはend - end間でARQを行う
TCPコネクションを途中ノードで中継
データ転送スループットの向上
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JGNⅡシンポジウム 2007/1/18YAMAOKA Lab., Tokyo Institute of Technology FOIL 21
TCP/IP試験実装例
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JGNⅡシンポジウム 2007/1/18YAMAOKA Lab., Tokyo Institute of Technology FOIL 22
実験モデル
SS20 152MP FreeBSD FreeBSD
Ethernet Ethernet
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JGNⅡシンポジウム 2007/1/18YAMAOKA Lab., Tokyo Institute of Technology FOIL 23
実験結果
2.4
2.6
2.8
3
3.2
3.4
3.6
3.8
4
0.000 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 0.009 0.010
Packet Loss Rate
Tra
nsm
issi
on T
ime
Direct
Connection Relay
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JGNⅡシンポジウム 2007/1/18YAMAOKA Lab., Tokyo Institute of Technology FOIL 24
オーバレイネットワーク
オーバレイネットワークをテストベッド上に構築
物理網と論理網が不整合
正確な性能評価が困難• ネットワーク内部の制御技術研究としては不適切
sender
receiverrelay
relay
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JGNⅡシンポジウム 2007/1/18YAMAOKA Lab., Tokyo Institute of Technology FOIL 25
ネットワーク技術研究用テストベッドネットワークの必要性
現在のテストベッドネットワーク内部(Underlay)は既存技術
新たなネットワーク技術の検証に利用不能ネットワーク内部(Underlay)を自由にさわれないため
オーバレイによるアプローチでは性能評価が研究として不適切
新世代ネットワークアーキテクチャの創出には新たなネットワーク技術研究用テストベッドネットワークが不可欠
従来のネットワーク内部制御技術にとらわれない自由な発想による新技術を検証まだまだ研究は終わっていない
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JGNⅡシンポジウム 2007/1/18YAMAOKA Lab., Tokyo Institute of Technology FOIL 26
ネットワーク技術研究用テストベッドの実現に向けて
従来のテストベッドネットワークはやはり必須
高度アプリケーション技術研究開発用
End端末間ネットワーク制御技術研究開発用
安定運用が要求される
一般的なトラヒックデータの獲得
時代とともに変化
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JGNⅡシンポジウム 2007/1/18YAMAOKA Lab., Tokyo Institute of Technology FOIL 27
ネットワーク技術研究用テストベッドへの要望
必要機能従来のテストベッドで得られるアプリケーションのトラヒックパターンを
コピーして全く同条件のトラヒックを発生
ネットワーク内部の制御をユーザが自由に追加,設定,拡張可能PlanetLabの思想をバックボーンノードで実現
• 安定性は二の次でよい
様々な研究開発用ツールを標準装備計測ツール
トラヒック発生ツール• などなど
このようなネットワーク構築自体が研究?アクティブネット?
パフォーマンスとの両立は可能か?