任意の規格設定が可能な仮想物理層の 提案とその設計に関する研究 九州大学 工学部 電気情報工学科 岡村研究室 林 健太朗 中間発表：林 1 目次 背景 超大容量、超高品質の通信 問題点 物理線の増加への対応 パケットロス 目的 物理層規格の任意設定を可能とする 仮想物理層とは 設計 今後の予定 中間発表：林 2 背景（1/3） ネットワークにおけるトラフィック量増加が進んでい る現在、超大容量のデータ転送や超高品質な通信 に対する要求が高まっている LHC(Large Hadron Collider)加速器を用いたアトラス実験では年間 数Pbyteの生データが得られる（1日平均３Tbyte以上）。この実験プ ロジェクトの日本拠点（東京大学）では生データ、解析データの転送 に４Ｇｂｐｓ以上の帯域が要求されている 九州大学におけるプラズマ境界力学実験装置（QUEST）を用いる研 究においては、10Gbps以上の帯域が要求されている 非圧縮ハイビジョン映像の転送には1.5Gbps以上の帯域が必要（遠 隔医療におけるリアルタイムの手術映像など） 中間発表：林 3 背景（2/3） 共用回線では帯域や品質を確保できないため、こ のような通信要求では専用線を用いる必要がある。 しかし、その整備には経費と時間が必要であった。 この状況に対応するため次世代学術情報ネット ワーク (SINET3) において、Ｌ１オンデマンドサービ スが提供されている。 ＳＩＮＥＴ３ 日本全国の大学、研究機関等の学術情報基盤として、NII が構 築、運用している情報ネットワーク ＮＩＩ 国立情報学研究所（National Institute of Information） http://www.nii.ac.jp/ 中間発表：林 4 背景（3/3） Ｌ１オンデマンドサービス ユーザーの要求により一時的に臨時の専用線を使用 可能とするサービス。 ①ＷＥＢからの予約により 接続対地，開始・終了時間，帯域等を指定 帯域は150Mbps＊ｎ ②最適なL1パスの計算 オンデマンドサーバー ユーザー 一時的に専用線 が必要 一時的な専用線 ③開始時間にエンドエンドの L1パス設定 ＳＩＮＥＴ３ネットワーク 大容量の転送が可能になる ユーザー装置 共用回線 ④終了時間になるとこのＬ１ パス設定を元に戻す ユーザー装置 ルーター ルーター 中間発表：林 ルーター 5 背景：問題点（1/4） しかし現状では、増加した物理線を使用可能にする ためにユーザーの設定が必要である。 使用可能にするには 両端末で設定が必要 (この場合はプライ ベートＩＰの設定など) ＳＩＮＥＴ３ネットワーク 一時的な専用線 PC 共用回線 PC ルーター ルーター ルーター 物理線の増加に対して動的に対応する ようにしたい 中間発表：林 6 背景：問題点（2/4） 通信におけるパケットロスはＴＣＰでは大幅なスルー プット低下を引き起こし、ＵＤＰではパケットが届かな いという問題がおこる。またパケットロスまでに使用 したリソースが無駄になってしまう。 ＴＣＰ ヘッダが大きいが信頼性のある通信プロトコル。パケットロスを検 知し再送処理などを行う。このためスループットが低下する。 ＵＤＰ ヘッダは小さいが信頼性のない通信プロトコル。パケットロスを検 知しない。よって再送もしない。 通常、パケットロスが発生しないような小さなデータサイズの通信 であったり、発生してもかまわないような通信にて用いられる。 中間発表：林 7 背景：問題点（3/4） 映像配信のようなデータサイズの大きなＵＤＰの送 信において、回線速度の差によりバッファオーバー フローを引き起こし、パケットロスの原因となってし まう可能性がある。 UDP ユーザー UDP UDP UDP UDP eth0 1000BASE-T 1つのパケットを送信する間 に10個のパケットが届く 受信キュー １G 接続相手 送信キュー スイッチングＨＵＢ パケロス 回線速度の差 中間発表：林 １００M eth0 100BASE-Tx 8 背景：問題点（4/4） 解決策 ＰＣから送信されるパケットの間隔を制御で きれば良い。 100Mbpsで送信する パケットロスは起こらない ようにすれば UDP ユーザー UDP 受信キュー 送信キュー UDP スイッチングＨＵＢ UDP １００M １G UDP eth0 1000BASE-T 回線速度の差 中間発表：林 接続相手 eth0 100BASE-Tx 9 目的 物理線の増加に対して動的に対応するようにしたい。 ＰＣから送信されるパケットを制御できるようにした い。 物理層の規格を任意に変更可能にする 物理線の増加には帯域の大きな規格に変更することで対 応し、送信パケットの制御には規格変更により帯域制御 が可能となる 仮想物理層の提案 中間発表：林 10 仮想物理層とは（1/5） 定義 仮想物理層とは，接続対地間の実際の物 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。 ＰＣ ＯＳの認識↓ ＰＣ ＯＳの認識↓ 仮想物理層 任意に設定した規格 仮想物理層 任意に設定した規格 物理層 実際の規格 中間発表：林 11 仮想物理層とは（2/5） 以降、規格を設定するための仮想ネットワー クインターフェースの名前を仮にvdevとする ネットワークインター フェースとはＯＳにたい #eth0ifconfig Link encap:Ethernet HWaddr 00:00:F6:3E:78:C7 inet addr:10.176.0.29 Bcast:10.176.0.255 するネットワークデバイ Mask:255.255.255.0 UP BROADCAST RUNNING MULTICAST スのインターフェースの MTU:1500 Metric:1 RX packets:135 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0 こと。 TX packets:7124 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0 collisions:0 txqueuelen:1000 linuxにおいてifconfigコ Interrupt:3 Base address:0x000 マンドなどをうてばイン ターフェース名を調べる ifconfigの実行例 12 中間発表：林 ことが可能。 仮想物理層とは（3/5） ex)物理線が増えた場合 Ｌ１オンデマンドサービスにより帯域を確保するとする ユーザーと接続相手の双方で開始時間にその帯域に合 うよう仮想インターフェースの規格を変更する 終了時間に、双方で仮想インターフェースの規格を元に 戻す ユーザー vdev0 1000BASE-T 100BASE-Tx 帯域確保 専用線９００Ｍ 接続相手 vdev0 100BASE-Tx 1000BASE-T 共用回線１００Ｍ 規格変更 中間発表：林 13 仮想物理層とは（4/5） ex)送信パケットの制御 ユーザー側で仮想インターフェースの規格を1000BASE- Tから100BASE-Txに変更する 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 ユーザー UDP UDP UDP UDP vdev0 1000BASE-T 100BASE-Tx 接続相手 受信キュー 送信キュー スイッチングＨＵＢ １００M １G 回線速度の差 規格変更 中間発表：林 vdev0 100BASE-Tx 14 仮想物理層とは（5/5） ex) ほかには ＰＣに何もつながっていなくても設定された規格が接続さ れているとＯＳに認識させることも可能 もちろん通信はできない ユーザー 通信はできない vdev0 100BASE-Tx 中間発表：林 15 設計（1/3） 仮想ネットワークインターフェースを提供する 仮想デバイスドライバを作成する このインターフェースに設定された規格の帯 域に合うように送信するパケットの量を制御 する ドライバにおい 送信パケット 任意の規格 を設定可能 vdev0 て送信パケット を制御する eth0 仮想デバイスドライバ 実デバイスドライバ デバイス無し 実デバイス（ＮＩＣ） 中間発表：林 受信パケット 16 設計（2/3） Ｌ１オンデマンドサービスを使用する時 仮想物理層デーモンプロセスを作成しオンデマン ドサーバーへの要求を監視する 要求を検知した場合、開始時間にvdev1というイ ンターフェイスをつくる。 ユーザー デーモンプロセス 監視 vdev1 vdev0 100BASE-Tx １Ｇの帯域確保 共用回線100M 中間発表：林 接続相手 デーモンプロセス vdev0 100BASE-Tx 17 設計（3/3） Ｌ１オンデマンドサービスを使用する時 vdev1の規格は予約された帯域にあうものを設 定しＩＰアドレスにプライベートアドレスを割り振る デーモンプロセスは共用回線を使い接続相手の デーモンに同様の操作を依頼する ユーザー デーモンプロセス vdev1 1000BASE-T プライベートIP vdev0 100BASE-Tx 専用線 1G 共用回線100M 接続相手 デーモンプロセス vdev1 1000BASE-T プライベートIP vdev0 100BASE-Tx 設定要求 中間発表：林 18 卒業論文への進歩状況 本研究の必要性の正確な調査 6０％ 関連研究の調査 ０％ 仮想物理層の設計 外部仕様設計 仮想物理層とはなにか 内部仕様設計 ９０％ ３０％ どう仮想物理層を提供するか 考察・まとめ ０％ 中間発表：林 19
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