Transcript ppt - 荒木・岡村・日下部研究室

ネットワークの任意の規格・接点を
インターネット上で設定可能にする
仮想物理層に関する研究
九州大学 工学部 電気情報工学科
岡村研究室
林 健太朗
目次

研究の背景
 次世代ネットワークにおける問題


研究の目的
研究の内容
 仮想物理層とは
 問題の解決
 設計案

まとめと今後の課題
卒業論文口頭試問：林
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研究の背景（1/4）

ネットワークの高速化の中で、1Gbpsをこえる帯域
を必要とする超大容量のデータ通信に対する要求
が高まっている


例えばCERNのLHC(Large Hadron Collider)加速器からは年間数
Pbyte(1日平均3Tbyte以上)の大量のデータが得られる。そのデータ
を世界各地の研究施設に送信するためには1拠点に10Gbpsという
非常に大きな帯域の通信路が必要になる。
国立情報学研究所(NII)
 大学や研究施設に対しネットワーク基盤を提供している。

そこで、NIIは次世代学術ネットワークにおいてL1帯
域オンデマンドサービスというものを提供している。
卒業論文口頭試問：林
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研究の背景（2/4）

L1帯域オンデマンドサービス
 ユーザの要求により一時的に臨時の専用線を使用可能と
するSINET3のサービスのひとつ。
 SINET3:NIIにより構築・運用されている次世代学術ネット
ワーク
オンデマンドサーバ
ユーザ
①接続対地、開始時間、
終了時間、確保帯域を指定
②開始時間になるとネットワーク
内にＬ１パスを張る
一時的な専用線
共用回線
ユーザ端末
ユーザ端末
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研究の背景（3/4）

増加した物理線分の帯域をまとめて高速化したい
 bonding：Linuxにてカーネル側で帯域をまとめる技術
 リンクアグリゲーション：スイッチ側で帯域をまとめる技術
新しい物理線
新しい専用線
eth1 :192.168.0.2
eth1
bond0:192.168.0.1
eth0 :192.168.0.1

eth0
既存の共用線
既存の共用線
しかし、帯域をまとめる技術は複数あり統一性がな
い。また毎度その設定を行うのは煩雑であるという
問題点がある。
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研究の背景（4/4）

大容量のデータ通信での、パケットロスの問題
 ボトルネックリンク：エンドエンドのネットワークパス上で帯
域幅が最も狭いリンク。
 ボトルネックリンクと送信時の帯域の差

パケットロスによるスループットの低下
受信キュー
UDP
UDP
UDP
UDP
UDP 1Gbps
1つのパケットを送信する間
に10個のパケットが届く
スイッチングＨＵＢ
送信キュー
パケロス
100Mbps
回線速度の差
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研究の目的



物理線の増加に対するユーザの設定の負担の問題。
ボトルネックリンクにおけるパケットロスの問題。
物理層の変化や問題を物理層を仮想化することで
柔軟に対応できないだろうか。
仮想物理層の提案

上記2つの問題が仮想物理層により解決でき
ると示すことを目的とする。
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仮想物理層とは（1/3）

定義
 仮想物理層とは，任意の接続間の実際の物理層
の規格に依らず，自由に設定させた規格をOSに
認識させる仕組みである。
1Gbps規格を認識させる
有線の規格を認識させる
100Mbps
仮想的なケーブル
100Mbps
無線ルータによる通信
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問題の解決（1/2）

L1帯域オンデマンドサービス利用時
 ユーザの操作はオンデマンドサーバへのアクセ
スのみ
オンデマンドサーバ
①900Mbpsの
帯域を要求
②900Mbpsの帯域をもつL1パスを確保
一時的な専用線900Mbps
ユーザ端末
共用回線
100Mbps
ユーザ端末
③1Gbpsの規格を動的に認識させる
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問題の解決（2/2）

パケットロスの回避
 両端末で100Mbpsの規格を認識させ、仮想的な
100Mbpsのケーブルを張る。
 これにより100Mbpsでパケットが送信されるようになりパ
ケットロスを回避できる。
UDP
両端末に100Mbpsの規格を認識させる
UDP
受信キュー
送信キュー
UDP
スイッチングＨＵＢ
UDP
仮想的な100Mbpsの線
100Mbps
UDP 1Gbps
回線速度の差
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設計（1/2）

前提
 OSはLinux。
 端末は共用回線に接続されている。

仮想デバイスドライバ
 仮想ネットワークインターフェースの提供
 パケット送信時の制御

デーモンプロセス
 L1帯域オンデマンドサービスの監視
 規格の設定
 接続相手のデーモンプロセスとの通信
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設計（2/2）

Ｌ１帯域オンデマンドサービス利用時
オンデマンドサーバ
①接続対地，開始・終了時間、帯域を指定
ユーザ
②指定情報の取得
⑤L1パスの設定・解放
④vdev1の作成、規格設定
一時的な専用線
⑥vdev1の削除
vdev1
仮想デバイスドライバ
デーモンプロセス
共用回線
③接続対地へ指定情報の送信
ユーザ端末
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考察

仮想物理層を適用しなかった場合
 帯域をまとめるためにはbondingやリンクアグリゲーショ
ンの設定が必要。
 ボトルネックリンクにおけるパケットロスの発生。

仮想物理層を適用した場合
 物理線が増えたとき、帯域は動的にまとめられ、ユーザ
による設定は必要ない。
 送信時の帯域をボトルネックリンクの帯域に合わせること
で、パケットロスを抑えることが可能。
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まとめと今後の課題

まとめ
 物理線が増加した時のユーザの設定の負担という問題と、
ボトルネックリンクにおけるパケットロスの問題に対し仮
想物理層というものを提案した。
 上記二つの問題が仮想物理層により解決できることを示
した。

今後の課題
 パケットの送信速度をより細かに制御可能にする
 新しく物理線が接続されたとき、その物理線の帯域を自
動で認識するオートネゴシエーション機能
 ボトルネックリンクの帯域の取得方法
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