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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
卒業論文口頭試問:林
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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。
卒業論文口頭試問:林
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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
卒業論文口頭試問:林
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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。
卒業論文口頭試問:林
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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
卒業論文口頭試問:林
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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
卒業論文口頭試問:林
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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
卒業論文口頭試問:林
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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
卒業論文口頭試問:林
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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
卒業論文口頭試問:林
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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。
卒業論文口頭試問:林
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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
卒業論文口頭試問:林
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