修士論文発表 多段通信路ネットワークにおける 信頼保証型マルチキャストデータ 配送システムの設計と実装 Mikiyo Nishida/[email protected] 2000/2/4 本研究で実現したこと • 多数の受信者にデータを配布する仕組み – 多数の利用者が同一のデータを受信する – マルチキャストを使用したデータ配送 – 信頼性を保証した通信を行う • 受信者数に対する規模性を持つ • ネットワークの帯域の多様性を考慮する インターネットでのデータ配送 データ配送の使用例 • どこでも音楽が聴きたい – CD１枚=640MByte • 何枚もHDDに入れておくには大きい – 好きなときに聴きたい • CDを持ち歩くのはスマートでない – ネットワーク上に置き、聴きたいときに取る データ配送の典型例 データ 大容量データ Network 自宅 学校 多様な帯域の ネットワーク 会社 どこでも同じデータを再生したい 現在のインターネットでの問題点 既存の通信での問題点 • 既存のユニキャスト/TCPでは？ – 利用者が多くなると破綻する 既存の通信での問題点(cont’d) • IPマルチキャストを使う – 信頼性を保証する枠組みがない – 多様なネットワークの帯域を考慮していない 既存の通信での問題点(cont’d) • IPマルチキャスト上でのデータ配送システムが必要 • 配送システムの用途と効率を考える必要がある • 現在のインターネットでは、マルチキャストを用いた データ配送の仕組みがない ▼ データ配送の要求を満たす配布の仕組みが必要 マルチキャストデータ配送 • 実時間性マルチキャスト – 実装が複数存在し、使用されている • 信頼保証型マルチキャスト – Reliable Multicast – SRM/RMTP/MFTPなど – 実装と利用例が少ない Reliable Multicastの問題 • 信頼性の保証と配送性能 – 速い受信者と遅い受信者 • ネットワークの多様性と配送性能 – 送信者と受信者の位置関係 多様な受信者の受信能力を考慮すると →配送性能の低下 →信頼保証機構の複雑化 今のインターネットでは…… • 「全てを叶えるReliable Multicast」は不可能 – 特定用途に最適化されたRM – 使用用途によって手法を選ぶ • 多数受信者に対する同期的データ配送シス テムがない SHRM • Segmented Hierarchical Reliable Multicast – セグメント化階層構造信頼性マルチキャストデー タ配送システム データ配送に特化したReliable Multicast ▼ • 信頼性保証の範囲を限定する手法を導入 本研究での解決手法の提案 SHRM (Segmented Hierarchical Reliable Multicast) MLS手法の導入 • MLS: Multicastable Local Segment – 概ね均質にマルチキャスト・データグラムを配 送可能なネットワーク • MLS単位で完結した信頼性保証の仕組み ▼ 信頼保証の責任を持つ範囲を限定すること により効率と規模性を両立させる 信頼性保証の範囲 • 均質な伝送品質を持った限定的ネットワーク – 通信路の多様性を考慮しなくて良い – 信頼保証の仕組みを簡略化できる • 「均質」の意味 – 同一帯域で配送可能なセグメントの集合 同一種のデータリンクで構成されたネットワー ク・セグメント MLSによる配送システム • １つのMLS内での信頼保証型データ配送 • 複数のMLSが相互に協調 信頼保証データ配送 MLS MLS MLS MLS データの移送 MLS MLSの階層構造 • 広帯域MLSが上位に、狭帯域MLSは下位に • 配送対象データは必ず最上位に – データの流通方向が必ず一方向 – 広帯域から順次重なるのが理想的なトポロジー SHRMの設計と実装 MLS内データ配送システム • データの巡回送信・受信 – データ一覧の広報 – データの巡回送信 – 欠落情報の補正 • Negative ACK を使用した信頼性保証 • 帯域の使用レートを設定 – 静的なフロー制御 MLS内データ配送システム パケット 配送データ 配送データの一覧 データ・チャネル 広報チャネル 送信側 広報データ受信 受信側 データ本体受信 再送要求 複数の受信者 MLS間データ配送 • ホストがMLS間を接続し、データを中継 • 中継ホスト – 上位MLSに対しては受信ホスト、下位MLSに 対しては、送信ホスト 受信 データ配送 データの 中継 上位MLS 中継ホスト 下位MLS 送信 データ配送 配布データ配送 • MLSの階層構造 – 広帯域MLSが上位に、順次低帯域のものへと 接続 – データの流れは、必ず上位→下位への一方向 • 下位MLS中の配布データは、最上位MLS へ配送してから配布 SHRMまとめ SHRM 上位MLS 配布データ MLS MLS MLS MLS 下位MLS 信頼保証データ配送 データの移送 MLS 実装 • Microsoft Windows上での実装 – アプリケーションとしての実装 • Windows98 / C++言語を使用 • Winsock2.0またはそれ以降 • 1つ以上のネットワーク・アダプタ – 実装上の拡張 • ユニキャストによるデータ中継に対応 • 中継ホストは1つのインターフェースで動作可 • 再送要求をしない受動受信モード – 片方向の通信路に対応 アプリケーション構成 アプリケーション動作の実際 上段・メイン画面 下段左・設定 下段右・配布データ追加 SHRMについての考察 SHRMと他のReliable Multicast Protocol 信頼保証 フロー制御 途中 参加 受信 帯域の多様 者数 性 RMTP MFTP RMP TRAM SHRM ACK集約 TREE Cache △ 大 × NACK STAR Rate ○ 大 × ACK RING Window △ 小 × SACK TREE Window △ 大 × NACK STAR+ TREE Rate（静的) ○ 大 ○ トポロ ジー SHRMの特徴 • 欠点 – 到着順序保証を行わない – パケット損失率が非常に高いと効率が低下 • 利点 – 多様なネットワーク帯域への対応 – 規模性と効率を両立 – システムの簡易さ まとめ • Reliable Multicastへの要求とその問題点 • SHRM – 信頼性を持った、多数の受信者へのデータ配送 に特化した有効なシステム – MLS手法の提案 – MLSを用いたデータ配送システムの設計と実装 • ネットワークでの有効なデータ配布システム の実現 今後の課題 • MLS階層構造の動的な構築 – 現実の広域ネットワーク上で、効率的なMLS 階層構造を構成するための枠組み • フロー制御 – TCP Friendlyなフロー制御 – システムの簡易さ、全体のスループットとのバ ランス
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