Questions raised by students ※ 学生諸君からの質問 Q_1: I could not take a note of the URL. http://www.goto.info.waseda. ac.jp/~goto/tokuron.html A_1: Do not worry. It is clearly shown in the syllabus. ※ 授業の教材のURLはシラバスに掲載 1 Q_2: Why the token-ring network is not used anymore? ※ 質問2:なぜトークンリングのLANが使わ れなくなったのでしょうか? A_2: It was not widely used because it was more expensive than Ethernet. ※ 回答2: イーサネットに比較して価格が 高かったからです。 2 Four (4) FDDI Interface cards ※FDDI インタフェースカード 4枚 JPY 932,400 USD 11,655 (@1$=80yen) ※ 932,400円 3 THE ARPA NETWORK DEC 1969 4 NODES 940 #2 SRI 360 #3 UCSB #4 UTAH PDP 10 #1 UCLA Sigma 7 図 1.1 ARPAネットの構成図(1969) ☆Famous ARPAnet at the initial stage, 1969 4 THE ARPA NETWORK SEPT 1969 1 NODE #1 IMP UCLA #1 HOST Sigma 7 図 1.2 ARPAネットの最初の構成 ☆ The very first configuration of the ARPAnet in 1969 5 印刷時の注意)下のグラフは内挿値を使って書いているため、毎月のデータがあるように見 えますが、実際は右の表にあるように、飛び飛びの数値しかありません。このグラフで言い たいことは、1983年頃からインターネットに接続するホストの数が増えだした、ということです。 ☆ http://www.isc.org/solutions/survey hosts 参考) グラフの元になっているデータ ☆ The original data for the graph 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 12/1984 04/1985 08/1985 12/1985 04/1986 08/1986 04/1983 08/1983 12/1983 04/1984 08/1984 08/1981 12/1981 04/1982 08/1982 12/1982 hosts Date 08/1981 05/1982 08/1983 10/1984 10/1985 02/1986 11/1986 Hosts 213 235 562 1,024 1,961 2,308 5,089 図 1.3 インターネットに接続されているホストの数 ☆ The number of connected hosts in the Internet (Domain Survey) 6 図 1.4 米国の研究ネットワークの変遷 ☆ The history of the Internet in the US 1969 APRAnet 1972 学界で知られるようになる ☆ Demonstrated at a conference 1983 TCP/IPに切り替え ☆ Converted from NCP to TCP/IP 1984 ドメイン名の導入 ☆ Introducing Domain Names 1987 NSFnet 1990 ARPAnet運用停止 ☆ ARPAnet stopped 1995 NSFnet運用停止 ☆ NSFnet stopped vBNS remained 100 Super Computer Centers Internet2 (5 sites only) • In 1995, US Government stopped their support to the Internet. • In 1996, US Government resumed their strong support. 7 What are non-trivial technologies in POTS? Plain Old Telephone Service ※ アナログ 公衆網 ※ 電話における自明でない技術とは何か? 8 We need four (4) wires for duplex communications. receiver transmitter 受話器 送話器 transmitter receiver 送話器 受話器 ※ 図 2.1 双方向の通信には4線が必要 (図の番号は教科書に合わせてあります) 9 We need an invention to reduce the number of wires from four (4) to two (2). 受話器 電話回線の インピーダンス 送話器 transmitter Impedance of the circuit receiver 電話機の内部 の平衡回路 図 2.2 2線で済ませる工夫 Balanced circuit in the telephone set 10 If you have five (5) subscribers, how many links we need? Subscriber A (5×4)/2=10 n( n 1) 2 加入者A 加入者E 加入者B Complete graph ※ 完全グラフ 加入者C 加入者D ※ 図 2.3 5人の加入者間の通信 11 subscribers A B C D E Crossbar switch ※ 図 2.4 クロスバ交換機 A B C D E 12 incoming 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 1 2 3 outgoing Notational convention: crossbar switch ※ 図 2.5 説明図の書き方 13 20 (5×3)×4+(4×4)×3+(3×5)×4=168 20 (20×19)/2=190 Combination of small crossbar switches ※ 図 2.6 小さなクロスバを組み合わせる 14 Traffic theory, トラヒック理論 • Call: Poisson distribution ※ 呼の発生: ポアソン分布 • Holding time: negative exponential distribution ※ 保留時間(サービス): 負の指数分布 15 Computer networks used analog telephone lines. ※ 図 2.7 JUNETの面影を伝える復元写真 16 POTS dialing gateway 固 定 電 話 I P 電 話 SIP server ENUM DNS IP network IP phone ※ 総務省「IPネットワーク技術に関する研究会 報告書」2002年2月 Report by MIC, JP government 図5-4 http://www.soumu.go.jp/s-news/2002/020222_3.html Telephone number and enum, ※ 図 2.8 電話番号とENUM 17 ftp://ftp.is.co.za/rfc/rfc1808.txt gopher://spinaltap.micro.umn.edu/00/Weather/California/Los%20Angeles http://www.math.uio.no/faq/compression-faq/part1.html mailto:[email protected] news:comp.infosystems.www.servers.unix telnet://melvyl.ucop.edu/ %20 means a space ※ %20はスペース(空白)を意味する Examples of URI (RFC 2396) ※ 図 2.9 URIの例 注記) 出典 RFC2396 18 New Generation Network Internet Public Switched Telephone Network Mobile phone Next Generation Network is real ※ 図 2.10 次世代ネットワーク(NGN) 19 注)できるだけ「データ」の部分を長く書きたい 6 6 宛先のMACア ドレス 送信元の MACアドレス Source タイプ, Type 46~1500(可変長) データ, Data 2 FCS Destination 宛先のMACア 送信元の ドレス MACアドレス 6 2 6 フレーム LLC の長さ 2 用語: Terms FCS Frame Check Sequence LLC Logical Link Control SNAP Sub-Network Access Protocol 3 SNAP 5 データ, Data 38~1492(可変長) FCS 2 Length There are two (2) Ethernet Frame formats. ※ 図 3.1 2つのイーサネットのフォーマットの形式 20 その他 参考(1): 下の本の図1-3 笠野英松監修・マルチメディア通信研究会編 「インターネットRFC事典」アスキー出版局、1998 参考(2): 下の本の図3-5 江崎浩監修・MCR編 「インターネット用語事典」I&E神蔵研究所、2000 さらに田代秀一氏の講演による IETF Other Internet-Draft (標準の提案) 別組織で作 られた規格 Other organizations approval IESGによる承認 Experimental RFC (研究開発段階の記述) Proposed Standard (提案) Informational RFC (情報提供を主目的 としたRFC) Draft Standard (標準の候補) BCP(運用方法 に関するRFC) (Best Current Practice) FYI番号 BCP番号 For Your Information Internet Standard (インターネットの標準) Historic RFC Standard track (古くなったRFC) STD番号 (標準化の流れ) How to standardize RFCs in IETF ※ 図3.2 IETFにおける標準化の進行 21 第7層 アプリケーション層 Application 第6層 プレゼンテーション層 Presentation 第5層 セッション層 Session 第4層 トランスポート層 Transport 第3層 ネットワーク層 Network 第2層 データリンク層 Data Link 第1層 物理層 Physical OSI reference model, 7 layers ※ 図 3.3 OSI参照モデル 22 Ethernet Header IP Header イーサネッ トのヘッダ IPパケット のヘッダ TCP Header TCPパケッ トのヘッダ Application Data データ Ethernet Trailer イーサ ネットの FCS Actual Data Format in Communication Channel ※ 図 3.4 実際に流れるデータの形式 23 データ, Application Data TCPパケッ トのヘッダ, Header TCPのデータ, TCP Data IPパケット IPのデータ, のヘッダ, IP Data Header イーサネッ トのヘッダ, Ethernet Header イーサネットのデータ, Ethernet Data イーサ ネットの FCS, Ethernet Encapsulation of Packets ※ 図 3.5 パケットが生成される様子 24 ☆Bus ※ バス Bus ※ (b) バス型 < Omnibus ※ オムニバス Star Shape ※ (a) スター型 Ring ※ (c) リング型 Topology of Local Area Network ※ 図 4.1 LANの形状(トポロジ) 25 Multiplex, ※ 多重化 • TDM, Time Division Multiplex ※ 時分割多重方式 • FDM, Frequency Division Multiplex ※ 周波数分割多重方式 • CDMA, Code Division Multiple Access ※ 符合分割多元接続 26 Collision, 衝突 • Token ※ トークン方式 • Collision Detection ※ 衝突検知 27 Ethernet, ※ イーサネット CSMA/CD • CS, Carrier Sense ※ キャリア(搬送波)を見張る • MS, Multiple Access ※ 多重アクセス • CD, Collision Detection ※ 衝突検出 Robert MetCalfe 28 Ethernet and a coaxial cable (yellow) ※ 図 4.2 同軸ケーブルを用いたイーサネット 29 24 bits 24ビット 0 0 ※ ベンダ識別子 OUI, Organizationally Unique ID 24 bits 24ビット ※ ベンダ内での識別子 Network Interface Controller (NIC) specific The most significant bit is 0, the address is individual. If it is 1, the address is used for a group. ※先頭の1ビット目が0: 0は個別のアドレスであることを示す。 普通は0である。もし1の場合にはグループアドレスである。 If the second bit is 0, the address is universally administrated. If it is 1, it means local administrated address. ※2番目の1ビットが0: ユニバーサルアドレスであることを示す。 普通は0である。もし1の場合はローカルアドレスである。 IEEE assigns an OUI to an organization. ※ベンダ識別子: OUI (Organizationally Unique Identifier) IEEEが管理している The organization assigns the three octets, observing the uniqueness ruls. ※ベンダ内の識別子: 各ベンダが製品ごとに重複しないように管理する MAC address (IEEE 802) ※ 図 4.3 MACアドレスの内容 30 Is it possible to use MAC address only for the Internet? ※ MACアドレスだけでインター ネットを構成できるか? • Why we need IP addresses while each host machine can be identified by the MAC address? [No answer is given in this slide.] ※ MACアドレスを使えば、各ホストを識別する ことができる。その上にIPアドレスを使う意味 があるのか? 【スライド上には解答なし】 31 Repeater, ※リピータ One network segment, ※ 一つのイーサネットとして管理される Bridge, ※ブリッジ Two separate network segments, ※ 二つのイーサネットとして管理される Repeater and Bridge, ※図 4.4 リピータとブリッジ 32 Decimal, ※10進数 172.16.73.108 172 16 73 108 Binary, ※2進数 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 Network ID ※ ネットワーク部 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 Host ID ※ ホスト部 An example, IP address ※ 図 4.5 IPアドレスの実例 33 8 bits ※ 8ビット Class A ※クラスA 8 bits ※ 8ビット 8 bits ※ 8ビット 8 bits ※ 8ビット 0 1 bit, ※1ビット Class B ※ クラスB 1 0 2 bits, ※2ビット Class C ※クラスC 1 1 0 3 bits, ※3ビット Address Class (traditional) ※ 図 4.6 伝統的なIPアドレスのクラス 34 Telephone Numbers in Japan • • • • Area Code ※市外局番 Tokyo 東京 03-3203-4141 Kawaguchi 川口 048-269-7961 Saga 佐賀 0955-58-9000 35 IPパケット Data, IP payload, のヘッダ ※IPのデータ header ※IPヘッダの拡大図 バージョ ン, Ver. ヘッダ長, length サービスタイプ, type (TCS) 識別子, identification 生存時間, TTL プロトコル, Protocol パケット長, total length (下に続く) フラグ, flag (下に続く) フラグメントオフセット, offset ヘッダチェックサム, checksum (下に続く) 送信元IPアドレス, source IP address (下に続く) 宛先IPアドレス, destination IP address (下に続く) パディング, padding オプション, option 0 7 8 15 16 23 24 IP Header ※図 5.1 IPパケットのフォーマット 31 36 DNS server ※DNSサーバ (1) (2) (3) (4) (5) Computer A ※コンピュータA Computer B ※コンピュータB A simple network ※図 5.2 簡単なネットワークの構成 37 Domain Name: ドメイン名: example.goto.waseda.ac.jp DNSによる IP address: IPアドレス: 133.9.81.79 ARPによる MAC address: MACアドレス: 00:08:0D:43:5A:D8 Address resolution ※図 5.3 アドレスの変換 38 RARP request, ※問い合わせ RARP reply, ※回答 Disk ※ディスク Workstation (C) ※コンピュータC ワークステーション Diskless workstation (D) ※コンピュータD ディスクレスワークステーション D knows its MAC address, ※自分のMACアドレスを知っているが D does not know its IP address, ※自分のIPアドレスを知らない IP address: 133.9.81.79 RARPによる MAC address: 00:08:0D:43:5A:D8 Reverse ARP ※図 5.4 RARPによる逆向きの変換 39 router ルータ A router has at least two interfaces ※図 5.5 ルータは二股である 40 Router ※ルータ This slide does not cover the whole story. ※ 詳細は口頭で説明 • 文武両道 • Scholarship and the martial arts • Be both a good warrior and a good scholar • Software and hardware 41 One may lose money through stock options ※ ストックオプションで損をする場合 • A company gave him a stock option instead of JPY 500,000 cash. • When the exercise term was about to over, the stock value was JPY 200,000,000. • He had to pay JPY 100,000,000 as an income tax. • Can you guess how much he earned? 42 Ikebukuro 池袋 新宿 Shinjuku A traffic sign does not give you the global map. ※ 図 5.6 交通標識だけでは遠方までの情報が分からない 43 Sugamo 巣鴨 Ikebukuro Shinjuku Shibuya 池袋 ※距離1 Distance 1 新宿 距離1 Meguro 渋谷 距離1 Gotanda 目黒 距離1 五反田 距離1 Interconnection of multiple routers ※図 5.7 複数のルータが相互接続されている様子 44 Sugamo 巣鴨 初期値 目黒 Ikebukuro Shinjuku Shibuya 池袋 ∞ 目黒 新宿 ∞ 目黒 ∞+1 渋谷 ∞ Meguro Gotanda 目黒 五反田 目黒 1 目黒 0 目黒 1 1+1 min{(∞+1), (1+1)} 2回目 目黒 ∞ 目黒 ∞ 目黒 2 目黒 1 目黒 0 目黒 1 2+1 3回目 目黒 ∞ 目黒 3 目黒 2 目黒 1 目黒 0 目黒 1 目黒 3 目黒 2 目黒 1 目黒 0 目黒 1 3+1 4回目 目黒 4 Calculation of the metric ※図 5.8 ルータによる経路情報の交換 45 Sugamo 巣鴨 Ikebukuro Shinjuku Shibuya 池袋 新宿 渋谷 Meguro Gotanda 目黒 五反田 定常状態 1回目 目黒 4 目黒 3 目黒 2 目黒 1 目黒 0 目黒 1 目黒 4 目黒 3 目黒 2 目黒 ∞ 目黒 0 目黒 1 ∞+1 3+1 min{(3+1), (∞+1)} 2回目 目黒 4 目黒 3 目黒 4 目黒 ∞ 目黒 0 目黒 1 目黒 4 目黒 ∞ 目黒 0 目黒 1 6 目黒 ∞ 目黒 0 目黒 1 4+1 3回目 目黒 4 目黒 5+1 4回目 目黒 6 5 4+1 目黒 5 5+1 目黒 Count to the infinity ※図 5.9 無限カウント問題 46 TCPパケッ トのヘッダ TCPのデータ, TCP data TCP header ※ TCPヘッダの拡大図 送信元ポート番号, Source Port # 宛先ポート番号 ,Destination Port# シーケンス番号(SEQ) (下に続く) 確認応答番号(ACK) データオ フセット 予約済 (下に続く) コントロール フラグ, flag Reserved チェックサム, TCP checksum ウィンドウサイズ, window size 緊急ポインタ, Urgent pointer オプション, Options if any 0 7 8 (下に続く) (下に続く) (下に続く) パディング 15 16 23 24 TCP header ※ 図 6.1 TCPパケットのヘッダ 31 47 UDPパケッ トのヘッダ UDPのデータ, UDP data UDP header UDPヘッダの拡大図 送信元ポート番号, source port # 宛先ポート番号, destination port # パケット長, UDP length チェックサム, UDP checksum 0 7 8 15 16 23 24 UDP packet header ※ 図 6.2 UDPパケットのヘッダ (下に続く) 31 48 Waseda University 早稲田大学 大阪大学 Relay ※中継 Osaka University 九州大学 Kyushu University Good Old Days, kind Mail servers ※ 図 6.3 昔の親切なメールサーバ 49 FTP server FTPサーバ FTP client FTPクライアント 21 1202 Notify the port number by a PORT command ※ PORTコマンドで1203を通知 FTP server FTPサーバ 1203 FTP client FTPクライアント 21 1202 20 1203 Port numbers of FTP, they use two port numbers ※ 図 6.4 FTPのポート番号は複雑 50 % telnet muse01.mse.waseda.ac.jp Trying 133.9.6.71... Connected to muse01.mse.waseda.ac.jp. Escape character is '^]'. Red Hat Linux release 7.1 (Seawolf) Kernel 2.4.2-2smp on an i686 login: goto Password: Echo of the input ※ユーザ名をエコーしている No echoes for the password ※パスワードはエコーしない Old style Telnet starting sequence ※ 図 6.5 TELNETの動作の例 51 1. Selection of the protocol, TCP/IP or DECnet ※ 1.プロトコルの選択 実際にpacketを 収集して… 実際にpacketを 収集して… Uni-directional Or One-way link ※単方向のリンク 参照する方から 参照される方へ Bi-directional Link ※双方向のリンク 参照する方と 参照される方とを 相互にポイントする Packet パケットとは データの塊の ことで… Packet パケットとは データの塊の ことで… 2. Uni-directional link vs. Bi-directional link ※図 6.6 単方向のリンクと双方向のリンクの選択 52 Server サーバ Client クライアント Client クライアント Client クライアント Super Node スーパーノード Node ノード Node ノード Node ノード Client and Server model vs. P2P (Peer to Peer) 図 6.7 クライアント・サーバとP2Pの比較 53 Japanese people do not invent a new device. They improve everything. ※日本人は発明をしないのか? • Remarkably new ideas in the Internet Avenue, prior to Gopher 梅村恭二 K. Umemura Delegate, prior to Java 佐藤豊 Y. Sato 54 Good responses bring an invention ※ 発明は反応を得て進化する • Why they stopped their projects? 自分で止めてしまう研究者 • Poor responses お座なりの質問 • Good responses ベンチャーキャピタリストからの質問 55 SYN FIN SYN, ACK time ACK ACK FIN ※ ※ time 時 間 の 経 過 時 間 の 経 過 (a) establishment, 3-way handshake ※(a) 開始時の3-wayハンドシェイク ACK (b) termination, FIN and ACK ※ (b) 終了時のFINとACK TCP connection, establish and terminate ※ 図 7.1 コネクションの開始と終了 56 TCP packet, ※パケット IP header ※ヘッダ TCP header ※ ヘッダ TCP date, ※ データ IP packet, ※パケット TCP packet and IP packet, encapsulation ※ 図 7.2 TCPのパケットとIPのパケットの包含関係 57 Receiver ※受信側 Communication link ※ 通信回線 Data, ※データ Sender ※送信側 ACK Data should be copied for re-transmission ※ 再送に備えてデータのコピーが必要 The sender waits for the acknowledgement for 2*(normal RTT). ※何らかの理由でACKが返らない時には正常な往復時間の2倍だけ待つ It re-transmits the data when there is no ACK. ※ ACKが届かない時にはデータを再送する Resend, ※再送 Receiver ※受信側 Sender ※ 送信側 ACK Acknowledgement and re-transmission ※ 図 7.3 ACKによる受信確認と再送 58 Receiver ※ 受信側 Sender ※ 送信側 Data, ※データ ACK time One-way delay ※片道 2.5ms (ミリ秒) ※ Round trip time ※ 往復 5ms (ミリ秒) 経 過 時 間 The receiver is located 450km away from the sender ※ 図 7.4 送信側と受信側が450km離れている場合 59 Receiver ※受信側 Sender ※ 送信側 The sender does not wait for the ACK. It continues to send the data until it reaches the limitation of the window size. ※ 最初のデータのACKを待たずに次々に データを送信する ただしデータの分量がウィンドウサイズに 達したら止まる Window control ※ 図 7.5 ウィンドウ制御 60 Data which will be sent, ※送信するべきデータの並び The leftmost data is sent first, ※左から順番に送信する ACK ACK Data ※データ Sent ※送信済 Sent and ACK received ※送信済・ACK受信済 Sliding window, ※図 7.6 ウィンドウという意味 61 A simple example From Tokyo to Kansai: 450km ※東京~関西:450km ACK Data, ※データ (450/180)×2=5ms 62 How much we can send? 一度に送るデータの量 • 64bit÷5ms= 12.8Kbps • 512bit÷5ms=102.4Kbps • 64Kbit÷5ms= 12.8Mbps • 512Kbit÷5ms=102.4Mbps Window size cannot be infinite. ※ 無限にはできない。 63 Regardless of the speed of the fiber ※ 光ファイバの速度に関係なく… 64KBytes ACK 64K × 8 bits / 5msec = 102.4 Mbps 64 From Tokyo to Singapore ※ 東京~シンガポール • Distance: 5940km, delay time 33ms (one-way) • Window size: 64KBytes • Throughput: 7.76Mbps Data communication is slow, While the Fiber link offers a high speed. ※コンピュータ通信は遅い,光ファイバは速い (2.4Gbps, 10Gbps, 100, 200...) 65 10Gbps throughput ※ ス ル ー プ ッ ト RTT, Round Trip Time, ※ 往復遅延時間 W RTT Slope ※傾き Speed of the link, ※通信回線の速度 155Mbps Speed of the link, ※通信回線の速度 13Mbps Speed of the link, ※通信回線の速度 Window size, ※ウィンドウのサイズ(W) Limitation of the throughput, ※ 図 7.7 スループットの限界 66 Why the window size is small? 何故ウィンドウサイズが小さい • Memory 1K×8, ※メモリのサイズ 1K×8 67 8. Management and Operation ※ ネットワークの管理と運営 • The Internet was operated by volunteers. Now, the most traffic is carried by commercial ISP. ※ 昔のインターネットの運営はボランティア 現在はトラヒックの大半は商用のサービス会社 • It was in a state of anarchy. In reality, there is an established order. ※ インターネットは無政府状態、と言われた 政府の管理下にはないが、民間団体が主導 • NIC and NOC 68 ※ 二つのキーワード: NIC and NOC NIC, Network Information Center • JPNIC in Japan, APNIC in Asia Pacific ※ わが国のJPNIC, アジア太平洋のAPNIC • IP addresses, and AS numbers ※ IPアドレスとAS番号 • How about domain names? JPRS in Japan ※ わが国のドメイン名はJPRS (JPNIC出資) • History of JPNIC 1984 Junet-admin, 1991 JNIC, 1997 JPNIC ※ JPNICの歴史 69 JPNIC • JPNIC web page, www.nic.ad.jp ※ JPNICのwebページ • JP=Japan (ISO country code) UK did not follow ISO code which is GB. ※ ccTLDがISO国別コードであるのは後付け • www.waseda.ac.jp=WWW.WASEDA.AC.JP • Internationalize domain names (IDN) 早稲田.jp 後藤滋樹.jp 70 JP domain names • JPRS, http://jprs.jp/info/jp-dom/ Generic, ※ 汎用JPドメイン名 例:EXAMPLE.jp 例:日本語ドメイン名.jp Attribute, ※ 属性型JPドメイン名 例:EXAMPLE.co.jp Geographical, ※ 地域型JPドメイン名 例:EXAMPLE.chiyoda.tokyo.jp 71 NOC, Network Operation Center • MNC, Media Network Center IT Center, Waseda University ※ 早稲田大学ではMNC,ITセンターが運用 • Monitoring ※ ネットワークの状態監視 • It is important to know the normal state statistics. ※ 平常時の様子を把握しておくこと • Trouble ticket ※ トラブルチケット(障害の記録) 72 Trouble shooting ※ 故障診断 Machine for Analysis ※ 測定用のマシン Capturing packets ※ パケットを収集 Communications ※ 通信 Network Analyzer, or Sniffer ※ 図 8.1 測定用のマシンを設置する 73 Number, Address, Port, Address, Port, Protocol, Summary, Length, Time, Delta, Time stamp http://www.asteceyes.com/ GUI Interface of Analyzer ※ 図 8.2 ソフトウェアで実現している測定器の例 74 SNMP Agents = devices Which responds to SNMP protocol ※ SNMPのプロトコルに応える 機器群(SNMPエージェント) SNMP Manager workstation ※ SNMPのマネージャ (管理する側)となる ワークステーション Computers ※ コンピュータ Routers ※ ルータ Switches ※スイッチ Devices report the value of counters etc. to the manager ※ MIB II で規定されたカウンタ等 の数値をマネージャに返信 SNMP, Simple Network Management Protocol ※ 図 8.3 SNMPを用いたネットワークの管理法 75 Trouble Shooting (1) • Slow speed ※ 通信速度が遅い – Saturated bandwidth, pathchar ※ 回線速度が不足、測定 – Traffic congestion, TCP retransmission ※ 輻輳(ふくそう、混雑)、TCPの再送 – Heavy load routers ※ ルータが過負荷になっている • Disconnected ※ 途中で切断される 76 Trouble shooting (2) • Cannot connect ※ 接続できない – DNS, PTR record ※ DNSのレコードの不備、逆引き – Routing loop ※ 経路のループが発生 – Software, e.g. acking ack ※ ソフトウェアのバグ, acking ack – Human error, mis-configuration ※ 人為的なミス、設定が間違い – Physical problems, electric power, fiber cut ※ 物理的な問題、電源、ファイバ、ケーブル長 77 Routing Loop ※ 図 8.4 経路のループ 78 Security issues ※セキュリティの課題 • Malware, malicious software ※ マルウェア、不正ソフトウェア • Incident response JPCERT/CC, IPA ※ 相談に乗ってくれる JPCERT, IPA • Virus and vacctine ※ ウィルスとワクチン • Security hole, stepping stone ※ セキュリティ ホール、踏み台 • Buffer overflow attack ※ 古典的な手口はオーバーフロー攻撃 79 Network Configuration of an ISP 図 9.1 プロバイダのネットワーク構成 POP 他ISP 他ISP Other ISPs External Connection Access, アクセス POP バックボーン Backbone 対外接続 他ISP 対外接続 対外接続 Backbone, バックボーン POP (Point of Presence) Telephone, 電話 ADSL (Dial UP, ダイアルアップ) POP Data Center データセンタ Wireless LAN 無線LAN FTTH Individual Users, 個人利用者 Leased Line 専用線 Enterprise customers, 企業利用者 80 Optical fiber (Access) 図 9.2 Single Star方式とDouble Star方式 SS: Single Star 方式 DS: Double Star 方式 (PON方式, Passive Optical Network) Direct connection, expensive 光ファイバで利用者と収容ビルを直結 B-PON、G-PON, E-PON Telecom Operator 収容ビル Subscribers, 利用者宅 OLT OLT OLT Subscribers, 利用者宅 81 Internal Structure: Point of Presence 図 9.3 地域拠点(POP)のネットワーク構成 Backbone network 地域拠点 (POP) R R R R R SW SW R Individual Users 個人利用者 R バックボーン Connection to Backbone バックボーン接続ルータ Switches 集約スイッチ R Connection to Subscribers 利用者収容ルータ Enterprise 企業利用者 82 Merit in Data Center 図 9.4 データセンタ The Internet インターネット インターネット 地域拠点 (POP) 地域拠点 (POP) leased line 専用線 データセンタ 専用線 data center サーバ servers サーバ 企業 ネットワーク 企業 ネットワーク enterprise network servers congestion サーバへのアクセス集中が 専用線の混雑を招く less congestion サーバへアクセスが集中しても 専用線には影響なし 83 Topology of Backbone Network 図 9.5 バックボーンの構成 Osaka 大阪 Osaka 1 大阪第一 Osaka 2 大阪第二 Tokyo 東京 R R R R 東京第一 Tokyo 1 東京第二 Tokyo 2 1st plane 第一面 R Osaka 1 大阪第一 Osaka 2 大阪第二 R R R 東京第一 Tokyo 1 東京第二 Tokyo 2 2nd plane 第二面 地域拠点 From POP 拠点間を結ぶ回線においては、POSが良く用いられる POS circuit is used for connection between POPs (POS: Packet over SONET/SDH) 地域拠点 From POP 84 Transit and Peering 図 9.6 トランジットとピアリング トランジット Transit ピアリング Peering インターネット全域 プロバイダ Y Provider Y プロバイダX The Internet Provider Y relays packets to/from Provider X プロバイダYが、プロ バイダX発着のパ ケットをインターネッ ト全域へ中継してく れる Provider Y receives packets whose destinations are Provider Y itself. プロバイダX Provider X プロバイダY Provider Y プロバイダXとプロバ イダYを発着とする パケットのみを受け 渡しする Provider X 85 Figure 9.7 Types of Peering Private Peering ISP Public Peering at Layer 2 ISP ISP ISP SW ISP ISP ISP BGP connection Private Peering at Layer2 Public Peering at Layer 3 ISP IXP: Internet exchange ISP SW: Switch Public Peering at Layer2 ENG ISP R ISP ISP R: Router Public Peering at Layer 3 description Direct connection between ISPs An L2 switch provides a Local Area Network where BGP speaks Each IPS connects to the router R with IP protocol. Good No congestion caused by side traffic Small number of physical interface cards Each IPS has to connect to one router R even if the number of IPS is large. Weak They need many physical interface cards. Influence by other ISP’s traffic Routing policy is disclosed at the router R 86 図 9.7 ピアリングの種別 プライベートピアリング プロバイダ (パブリック)ピアリング レイヤ2 プロバイダ プロバイダ プロバイダ (パブリック)ピアリング レイヤ3 SW プロバイダ プロバイダ プロバイダ プロバイダ プロバイダ R プロバイダ プロバイダ プロバイダ BGP接続 プライベートピアリング 【Layer2】 (パブリック)ピアリング 【Layer2】 (パブリック)ピアリング 【Layer3】 概要 ・ピアしたい相手と専用の回線を 使って直接接続する。 ・L2スイッチにつなぎ込み、その LAN上で相互接続する(BGPを 張る) ・L3であるルータに接続する。仲介 ルータが経路受け渡しポリシを決 める 利点 ・他のトラフィックに影響されない ・物理インタフェースが少なく済 む ・ピア相手が増えてきても、ピア数 は1つだけですむ。 欠点 ・ピアする相手が増えるとルータ の物理インタフェースが増加 ・他プロバイダのトラフィックに影 響される ・相手プロバイダごとに受け渡しす 87 る経路情報を変えることが困難 Trans Pacific traffic when ISP X and ISP Y are not connected within Japan 図 9.8 国内で相互接続しない場合: パケットが太平洋を往復する プロバイダA プロバイダB プロバイダX プロバイダY 日本 ISP X and ISP Y in Japan ISP A and ISP B in US 米国 88 Pitfall in redundant configuration 図 9.9 冗長化における注意点 Osaka 大阪 Osaka 1 大阪第一 Osaka 2 大阪第二 Tokyo Fiber, pipeline (conduit) 東京 ファイバまたは管路 R R R R 多重化装置 多重化装置 multiplexer multiplexer Tokyo 1 東京第一 Tokyo 2 東京第二 専用線が二本あっても、 ・同じ管路を通る または ・同じファイバを通っている ならば障害が発生したときに 両方ダウンするため意味がない Even if you have two leased lines, they may fail at the same time. The two lines should not use the same fiber nor pipeline. 89 Table 9.1 Redundant Configuration at Each Layer Access Link POP Physical Enterprise: duplicate fiber via two separate route Home: No good solution + connect to two routes at backbone + redundant switches and routers Logical Enterprise: + redundant LANs Dynamic routing + dynamic routing with BGP or OSPF Home: Multiple sessions, and multi-home if possible Backbone ENG External Connection + redundant fiber routes + fail-safe configuration of routers + multiple routers + redundant configuration + multiple IXes (geographical distribution) BGP or OSPF mesh topology BGP with multiple peers 90 表 9.1 各部分における冗長構成 アクセス POP バックボーン 対外接続 物理 層 (企業向け) ・ファイバ敷設経 路冗長化 (一般向け) ・冗長化は困難 ・バックボーン2つ のルータへ接続 ・ルータやスイッ チ間接続冗長化 ・ファイバ敷設経 路の二重化 ・ルータ冗長構成 化(筐体・電源・イ ンタフェース) ・対外接続ルータ 複数化・冗長構 成化 ・接続IX複数化 (地理的分散 論理 層 (企業向け) ・経路制御で冗 長化 (一般向け) ・マルチセッション 可能なら複数プ ロバイダへ接続 ・POP内LANの ・経路制御(BGP、 ・経路制御 冗長化 OSPF)で冗長化 (BGP)で複数接 続 ・経路制御(BGP、 OSPFで冗長化) 91 Example: Dynamic Routing by OSPF 図 9.10 バックボーンにおける経路制御の例 (OSPF) Fukuoka 福岡 R 100 Osaka 大阪 Tokyo 東京 100 R R 20 30 40 R (1) (2) (3) R 100 100 R (1) = 40 + 100 + 100 = 140 Cost (2) = 100 + 30 + 100 = 130 (3) = 100 + 100 + 20 = 120 Shortest path, 最適経路 Trouble between Osaka and Tokyo 大阪-東京の専用線に障害発生 Fukuoka 福岡 R Osaka 大阪 100 100 R 20 30 40 R (1) (2) R Tokyo 東京 100 R 100 R (1) = 40 + 100 + 100 = 140 (2) = 100 + 30 + 100 = 130 Shortest path, 最適経路 92 Redundant configuration at POP 図 9.11 地域拠点(POP)の冗長構成 バックボーン R R backbone Dynamic routing by OSPF 地域拠点 (POP) バックボーン接続ルータ、利 用者収容ルータにOSPFを 設定する。 障害に伴い、経路を最適経 路に切り替える。 R R R To backbone バックボーン 接続ルータ SW SW Switches 集約スイッチ R R R Routers for Users 利用者収容ルータ Optimum (shortest) path is calculated dynamically. Individual users 個人利用者 Enterprise 企業利用者 93 Redundant connection to external servers and IXes 図 9.12 対外接続の冗長化 servers サーバ インターネット全域 The Internet Multi-home 上流プロバイダ を二重化。 ルータも分けて おく プロバイダ-1 プロバイダ-2 ISP 1 プロバイダ-3 ISP 2 ISP 3 Two routers IX プロバイダB プロバイダC IX プロバイダA ISP A ISP B ISP C servers サーバ IX接続を二重化。 ルータも分けておく Two IXes, two routers 94 Network Topology in Japan and US 図 9.13 日米のネットワークトポロジの違い Tokyo is the center of the Net. 日本はほとんど東 京に一極集中。 東京中心のトポロ ジとなっている。 シカゴ Chicago 札幌 Sapporo 仙台 Sendai 広島 Hiroshima 大阪 Osaka シアトル Seattle 東京 Tokyo ロサン ゼルス LA 北米へ To US ダラス Dallas ニューヨーク NY ワシ ントン DC マイアミ Miami バックボーンネットワークの構成例(USA) 名古屋 Nagoya 福岡 アジアへ 北米へ, to US Fukuoka to Asia バックボーンネットワークの構成例(Japan) 米国は広い国土に大都市が分散。 梯子形に都市をつなぐと複数経路 のあるトポロジとなる Distributed mesh in US 95 Income and Expenditures of ISP 図 9.14 プロバイダの主な収入と支出 Income 収入 Customers Charge (fee) From other ISPs 顧客(消費者・ 企業)からの 利用料金 顧客(プロバイダ) からの利用料金 Expenditure 支出 上流プロバイダ への利用料金 (トランジット料) Transit Cost IXへの接続料金 ISP connection 設備への投資 (ルータ、サーバなど) (専用線など) Investment: Equipment Leased line その他 営業費用等 Operating expenses 96 Transit Cost 図 9.15 トランジット費用 The Internet, インターネット全域 Paying the transit fee 料金を支払って 運んでもらう ISP A, プロバイダA ISP D, プロバイダD ISP C, プロバイダC ISP B, プロバイダB ISP E, プロバイダE 97 Cost for Peering 図 9.16 ピアリング費用 ピアリングすると、 プロバイダCとプロバイダE のトラフィックはここを流れ なくなる。 つまり料金を支払う分が節 約できる プロバイダA, ISP A プロバイダB, ISP B No traffic, no charge × プロバイダD, ISP D プロバイダC, ISP C 相互接続点 IX, Internet exchange Peering between ISP C and E プロバイダE, ISP E ピアリングして、 プロバイダCとプロバイ ダEの間のトラフィック はここを通す。 98 95% rule 図 9.17 プロバイダの課金モデル例 Traffic 通信速度 Time 時刻 Traffic 通信速度 Sorting by the traffic volume 通信速度が大きい順に並び替え Top 5% values are ignored. この速度を最大 速度として課金 5% 95% Typical time slot is 5 min. 99 Income and Expenses 図 9.18 収益と費用 Peering 対等=ピアリング Contents コンテンツ Provider 事業者 プロバイダ-A プロバイダ-B ISP A ISP B Connection Fee Transit Fee 接続料を払う 上流プロバイダへ トランジット料を払う プロバイダ-X IPS X プロバイダ-Y ISP Y 100 Denial of Service (1) Flooding 図 10.1 サービス妨害攻撃 (1) インターネット接続回線を溢れさせる attackers 攻 撃 者 The Internet Congestion, flooding インターネット × Victim 被害者 インターネットへの接 続回線が混雑し、被害 の会社→インターネッ トへの通信ができない 101 Denial of Service (2) Busy Servers 図 10.2 サービス妨害攻撃 (2) サーバの処理が追いつかなくする SYN The Internet SYN SYN SYN インターネット SYN SYN SYN SYN SYN SYN SYN SYN SYN SYN SYN SYN SYN SYN SYN SYN Victim 被害者 SYN flood attack: no resources available at the server サーバでの接続受付処理が混雑し、 必要なメモリ等が確保できず、サー ビス提供が困難になる 102 How Botnet works 図 10.3 Botnetの構成 Sending SPAM SPAMメール送信 DDoS attack DDoS攻撃 Order, 命令 Leakage of information 情報漏洩 悪者(Herder) Malicious person Control channel 制御チャネル (e.g. IRC) Zombie PC, ゾンビPC (Infected PC, 感染したPC) Port scan and other infectious activities ポートスキャン、 感染活動 103 Prevent SPAM messages 図 10.4 spam防止策: 大量メールの遮断 Discard bulk messages Legitimate user 正規利用者 SMTP server メール転送サーバ To other ISPs 他プロバイダへ SPAM sender SPAM送信者 ISP, プロバイダ 一気に多数の宛先へメー ルを送ることを拒否 104 DKIM (Domain keys Identified Mail) 図 10.5 送信ドメイン認証の一例: (2) Attach the electric signature of the domain. (2) 正当な利用者から届いた メールは、送信元ドメインの電 子署名を作成し、これを付加 して送付する。 User authentication at SMTP server 利用者はメール転送 サーバで認証される (3) Verify the signature by the user of the public key. (3) 届いたメールの送信ドメインの DNSサーバから公開鍵を入手。 メールの署名を検証する。 SMTP server メール転送サーバ SMTP server メール転送サーバ example1.co.jp (1) The public key is registered at the DNS. (1) あらかじめ署名検証用の 公開鍵をDNSに登録しておく example2.co.jp DNS server, DNS サーバ (example1.co.jp) 105 図 10.6 OP25B, Outbound Port 25 Blocking and submission port (before) とサブミッションポートの使用 【対策前】 He/she can use other STMP servers. 他プロバイダのメール転送サーバを使える。 Legitimate user 正規利用者 STMP server メール転送サーバ 25 25 25 ISP, プロバイダ SPAMmer SPAM送信者 25 ISP, プロバイダ ISP, プロバイダ Port 25 (TCP) can be used. SMTP(TCP/25)にて、すべて のメール転送を受け付ける 106 図 10.7 OP25B, Outbound Port 25 Blocking and submission port (after) とサブミッションポートの使用 【導入後】 Users should send to 587, not 25. STMP authentication is applied. 25番ポートではなくSubmission port (587)を使う。このときSMTP認証で利 用者を認証する。 Legitimate user 正規利用者 Blocking outbound port number 25 プロバイダから他プロバイダへ出る25番を遮断 メール 転送サーバ 587 25 25 25 ISP, プロバイダ SPAMmer SPAM送信者 25 ISP, プロバイダ ISP, プロバイダ Accept connection only from fixed IP servers. 固定IPアドレスのサーバからのみTCP25 (SMTP) を受付 No connections allowed from dynamic IP addresses. 動的なIPアドレスからの25番ポートへの接続を受付けない 107 SYN Flood Attack 図 10.8 SYN Flood攻撃 Server, サーバ Users, 利用者 SYN Not delivered 届 か な い No response, 返答なし Waiting for timeout (1) Many TCP SYN packets with a fake source IP address (1) 送信元アドレスを 詐称して、標的に TCP SYNパケットを 大量に送る。 (2) Allocate resource for TCP connection (2) TCP接続準備(メモ リ確保など)をして、応 答を待つ。 ( メタ モイ リム 保ア 持ウ )ト ま で 待 つ Release 開放 (3) Waiting for ACK response. Denial of new Services before timeout, (3) 返答がないのでタイ ムアウトまで待つ。新た な接続要求を受付られ ず。サービス提供不可。 (4) Release resources after timeout (4) タイムアウトして資 源(メモリなど)を開放、 新たな接続受付可能 108 Smurfing Attack 図 10.9 Smurfing攻撃 PC PC PC Send an ICMP echo request to a broadcast address with a fake source IP address=IPt. Target=IPt R PC PC PC R ・送信元アドレスを標的の IPアドレスとする。 ・ブロードキャストアドレス に向けてICMPを送信する。 PC R PC PC ・1個のICMP echo request パケットが 複数のICMP echo reply パケットに増 幅されて、標的へ向かう One ICMP echo request packet causes many amplified ICMP echo reply packets. 109 DNS Amp Attack 図 10.10 DNS増幅攻撃 The Internet, インターネット DNS authoritative server ・送信元アドレスを標的のIP アドレスとする。 ・あるドメインのDNSレコード を問い合わせる。 (回答パケットのサイズが大き いレコードが返るようなレコー ドを問い合わせる) Attacker≠IPt 攻撃者 DNS 権威 サーバ DNS キャッシュ サーバ Response, 回答 ・パケットサイズが大きくな るレコードが存在する DNS cache servers Target=IPt 問 問 DNS キャッシュ サーバ 問 問 問 Some RR covers a large packet size. 回答 回答 DNS cache servers 攻撃目標 問 ・Send a DNS query about a large RR ・Source IP address=IPt DNS キャッシュ サーバ ・小さいサイズのDNS問い合わせパケットが 大きいサイズのDNS回答パケットに増幅され て、標的へ向かう A small DNS query is amplified to large reply packets. 110 Traffic monitoring 図 10.11 ネットワークの異常監視 ISP R プロバイダの ネットワーク R User 利用者の ネットワーク R R トラフィック情報 トラフィック情報 Traffic monitor Traffic monitor Flow analysis {IPa, PORTa, IPb, PORTb, TCP/UDP} 111 Intrusion Prevention: Filtering 図10.12 異常トラフィックの制御:フィルタによるパケット廃棄 ISP R R プロバイダの ネットワーク User 利用者の ネットワーク Discard, 廃棄 R Discard, 廃棄 R Discard, 廃棄 各ルータに指示を出し、 特定のフローをフィルタ で廃棄する Network Operator ネットワーク運用者 Control the routers to discard a specific flow 112 Intrusion Prevention: Packet Inspection 図 10.13 異常トラフィックの制御:異常パケット除去装置 ISP R プロバイダの ネットワーク R Redirect a specific flow 各ルータに指示を出し、 特定のフローを除去装 置へ向ける User 利用者の ネットワーク R R 除去装置 Packet Eliminator Remove malicious packets 除去装置で、可能な限り「攻 撃パケット」だけを取り除く。 残りの正規なパケットのみを 利用者に届ける。 Network operator, ネットワーク運用者 113 Firewall 図 10.14 ファイアウォール The Internet, インターネット Broadband router ブロードバンド ルータ Individual users 一般利用者 Firewall ファイア ウォール It is dangerous if all the packets are received freely. インターネットと、社内や家庭内NWとでは、セキュリティレベルに差がある Enterprise 企業 114 Configuration of Firewall 図 10.15 ファイアウォールの構成 From the Internet to DMZ DNS, Mail, Web: OK Other traffic: NG インターネットからDMZへの DNS、メール、Webアクセスは 許可。それ以外プロトコルの DMZへのアクセスは禁止。 DNS server DNS サーバ Web server 外部向け Webサーバ the Internet Incoming direct traffic: NG インターネットから社内ネット ワークへのアクセスは禁止 DMZ, de-militarized zone Mail server 外部向け メールサーバ DNS Cache サーバ From Enterprise to DMZ DNS, Mail, Web: OK other traffic: NG 社内からDMZへ、DNS、 メール、Webは許可。 それ以外は禁止。 Enterprise, 企業 Firewall ファイアウォール Enterprise Network 社内ネットワーク Outgoing WEB traffic: OK Other traffic: NG 社内からインターネットへは、 外部Webへのアクセスなど一 部は許可。それ以外は禁止。 115 Economic Transformations General Purpose Technologies and Long-Term Economic Growth • The authors of the book list the Internet as number 20 of the 24 General Purpose Technologies throughout human history. • Authors: Richard G. Lipsey, Kenneth I. Carlaw, and Clifford T. Bekar http://www.sfu.ca/~rlipsey/res.html Richard G. Lipsey, Emeritus Professor of Economics, Simon Fr Kenneth I. Carlaw, Senior Lecturer, University of Canterbury, and Clifford T. Bekar, Assoc Professor of Economics, Lewis and 116 24 Technologies Chapter 5: A Survey of GPTs in Western History: Part I 10,000 BC to 1450 AD Domestication of plants 9000—8000 BC Process Domestication of animals 8500—7500 BC Process Smelting of ore 8000—7000 BC Process Wheel 4000—3000 BC Product Writing 3400—3200 BC Process Bronze 2800 BC Product Iron 1200 BC Product Waterwheel Early medieval period Product 117 表 11.1 Lipseyによる24の汎用技術 1.植物の栽培 9000—8000 BC 2.動物の家畜化 8500—7500 BC 3.鉱石の精錬 8000—7000 BC 4.車輪 4000—3000 BC 5.筆記 3400—3200 BC 4.青銅 2800 BC 7.鉄 1200 BC 8.水車 中世初期 中世とは西ローマ帝国の滅亡(476)からルネサンスまで 118 24 Technologies Chapter 6: A Survey Of GPTs in Western History: Part II 1450 to 2010 The Three-Masted Sailing Ship 15th century Product Printing 16th century Process The Steam Engine Late 18th to early 19th century Product Factory system Late 18th to early 19th century Organizational Railway Mid 19th century Product Iron steamship Mid 19th century Product Internal combustion engine Electricity Late 19th century Product Late 19th century Product 119 (続き) 9.3本マストの帆船 10.印刷 15th 世紀 16th 世紀 11.蒸気機関 18th 世紀末~19th 世紀初頭 12.工場 18th 世紀末~19th 世紀初頭 13.鉄道 19th 世紀中頃 14.鋼製汽船 19th 世紀中頃 15.内燃機関 19th 世紀終り頃 16.電気 19th 世紀末頃 120 24 Technologies Chapter 6: A Survey Of GPTs in Western History: Part II 1450 to 2010 Electricity Late 19th century Product Motor vehicle 20th century Product Airplane 20th century Product Mass production, 20th century Organizational continuous process, factory Computer 20th century Product Lean production 20th century Organizational Internet 20th century Product Biotechnology 20th century Process Nanotechnology Sometime in the 21st century Process 121 (続き) 17.自動車 20世紀 18.飛行機 20世紀 19.大量生産 20世紀 20.コンピュータ 20世紀 21.Lean production 20世紀 22.インターネット 20世紀 23.バイオテクノロジー 20世紀 24.ナノテクノロジー 21世紀(予想) 122
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