ブロードバンド環境でのネットワーク 高性能化ソリューション −ＳｋｙＸ− − 遅延の影響はブロードバンド環境で顕在化 − − 遠距離拠点間の通信性能は ？ − ２００３年１１月１３日 株式会社 トライテック 渡邊 典孝 All Rights Reserved ©,2003,triTec Inc Network技術とビジネス 運用技術 −追加・変更 −管理 各種サービス −キャリア −SP −VoIP −Streaming システム構築・施設 −H/W −S/W Network & Internet 高性能化・保証 リソース活用 QoS保証 New Technology Contents・Application Network型社会System All Rights Reserved ©,2003,triTec Inc フォーカス分野とセグメント ■CAEでのFTP（図面、製図、静止画の転送） ■プロバイダー・サービス(Mail,HTTP Access) ■・・・・・ 遠距離拠点間、ノード間 拠点 A ・ ・ ・ ・ Traffic with TCP/IP 拠点 B 衛星NetWork Back-Bone 企業内専用通信網 All Rights Reserved ©,2003,triTec Inc 講演内容の概要 通信距離から発生するネットワークの遅延とＢＢでの帯域 帯域 ネットワーク資源を増強しても無くならない WS=8KB SkyX ackによる受領確認と逐次制御 ソリューション 帯域利用不可 TCP/IPのＢＢ環境で、遅延が顕在化 20Mbps 帯域利用可能 50ms 遅延時間が 10msで100Mbps 50msで20Mbps 100ms で頭打ち 遅延時間 ネットワーク資源を有効活用しているか？ 資源増強する前に、ちょっと考慮を −通信拠点間の距離 −アプリケーションプロトコル種別 540ms −単一トランザクションの性能は 遅延（ｒｔｔ） All Rights Reserved ©,2003,triTec Inc Network上の遅延時間(Delay Time)発生 通信パケットは連鎖しながら、遅延を伴って伝播される ①のelementが受信先に到達していても、 n のelementが到達しない限り通信は完了とはならない。 n ④ ③ ②① 送信元 受信先 All Rights Reserved ©,2003,triTec Inc Network Trafficの遅延時間(Delay Time) Technologyが進展しても、通信速度は光速を超えられない 遠距離のノード間の通信にはDelay Timeが発生 Rome London Tokyo Fukuoka Okinawa 通信 Central Branch メディア Office Office 衛星回線 Tokyo London Tokyo Okinawa 地上回線 Tokyo Rome Tokyo Fukuoka Distance RTT (km) (ms) 36,000 over 500 36,000 over 500 12,000 300(米国経由) 1,000 20 All Rights Reserved ©,2003,triTec Inc 遅延時間の顕在化 ■通信拠点間の距離 従来は、衛星回線で顕著 （36.000km以上で500ms以上の遅延） ■地上線通信でも遅延時間がＣｒｉｔｉｃａｌになるケース ●国内長距離拠点間の通信（東京ー大阪） ●海外拠点間の通信（東京ーＮｅｗ Ｙｏｒｋ） 従来、何故問題とならなかったのか？ 回線スピードとWindow Size(MS Windows Default:8kB) ■典型的なＴＣＰ／ＩＰ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ●ＦＴＰ All Rights Reserved ©,2003,triTec Inc TCP/IPの制御と遅延時間 ■TCP/IPはACKを返し、受領を確認して処理を進めるSafety Protocol Delay無しのケース Delay有りのケース ACK Receive ACK Receive ■Delay Timeが加わると −ACKを返すのにもDelay Timeが効いてくる −ACKの受信後、Next Packet転送をする逐次制御転送方式 ■Delay Time(遅延時間）にSensitiveな性能特性を持つプロトコル −遅延時間があるNetworkでは、遅延時間が性能を支配 ：Packet転送 ：acknowledgement ：遅延時間 All Rights Reserved ©,2003,triTec Inc スループットを向上させる方策 ■Packet転送部分を一括し、遅延時間の占める割合を減少する方式 (Window Size Mechanism):SkyXの採用方式 １ １ １ 2 2 2 １ ■遅延発生を見越して、後続のPacketを並列に転送する方式 (Parallel or Multiplexing Solution) All Rights Reserved ©,2003,triTec Inc 衛星回線での遅延時間 ∼現在 今後∼ 衛星システムで利用されるSkyX 遅延時間が著しく大きい ブロードバンド下の 地上回線へ適用 地表から最短距離で35790km エッジは38000km 遅延時間（RTT)は 38000km × 4 300,000km/秒 = 540ms 23度 All Rights Reserved ©,2003,triTec Inc TCP/IPの最大性能について（Bandwidth Delay Product) ■BD積 B×D ＝ W WはWindow SizeでMS WindowsではDefaultは8KBで最大64KB 遅延時間Dが決まれば、利用可能最大帯域が決まる。 ■最大性能は帯域をTrafficが全て使用した時に成立 遅延時間（D)、Traffic負荷（W)と帯域（B)に次の関係が成り立つ 帯域（B)【bps】 ＝ Traffic負荷（W)【bit】 遅延時間（D)【sec】 All Rights Reserved ©,2003,triTec Inc BD Productと未使用帯域 BD Productは、最大利用可能帯域を表す（Window Sizeは固定） ■未使用（利用不可能）帯域と利用可能帯域 帯域 【ｂｐｓ】 未使用帯域 （遅延時間により 利用不可能） 700k 利用可能帯域 WS=8KB 120k 100 300 540 遅延時間【ｍｓ】 All Rights Reserved ©,2003,triTec Inc Ｂ×Ｄ＝Ｗから（BD Product) ＷＳ＝６４ＫＢで帯域が１Ｇｂｐｓでも 遅延１０ｍｓで １００Ｍｂｐｓの実効性能 ＷＳ＝８ＫＢなら最大１０Ｍｂｐｓ ＢＤ ＰｒｏｄｕｃｔとＷｉｎｄｏｗ Ｓｉｚｅ 1200000 Ｎａｒｒｏｗ−Ｂａｎｄでは 隠れていたが、 高速Ｎｅｔｗｏｒｋ環境では ●Ｄｅｌａｙ Ｔｉｍｅ ●Ｗｉｎｄｏｗ Ｓｉｚｅ の性能因子が顕著化 Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ【ｋｂｐｓ】 1000000 800000 WS=64KB WS=32kB WS=16KB WS=8KB 600000 Broad Band 400000 利用不可能帯域 200000 0 1 Narrow Band 5 10 20 30 40 50 100 200 300 400 500 Ｄｅｌａｙ Ｔｉｍｅ【ｍｓ】 All Rights Reserved ©,2003,triTec Inc Ｄｅｌａｙ―Ｗｉｎｄｏｗ ＳｉｚｅとＳｋｙＸ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ ■Ｗｉｎｄｏｗ Ｓｉｚｅは１６Ｂｉｔｓ表現で６４ＫＢが最大 (Scale Optionを用いれば＝＞APの動作？） ■Ｄｅｌａｙ Ｔｉｍｅは先端ハードウェア・テクノロジーを利用しても、 必ず発生する潜在オーバーヘッド：Ｈ／Ｗ増強しても解消不可 Ｄｅｌａｙ ｂｙ Ｄｉｓｔａｎｃｅ（光速が最大） ＳｋｙＸ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ ●Ｗｉｎｄｏｗ Ｓｉｚｅ Ｆｒｅｅ ●Ｐｒｏｔｏｃｏｌ Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｃｙ （ＴＣＰ／ＩＰ，その他Ｐｒｏｔｏｃｏｌ Ｉ／Ｆと透過性を保証） All Rights Reserved ©,2003,triTec Inc 遅延時間（ＲＴＴ）とスループットの関係（10Mbps環境） ５０ｍｓ程度の遅延時間でスループットは１Mbps以下に Delay vs. Throughput Single Connection File Transfer All Rights Reserved ©,2003,triTec Inc 遅延時間（ＲＴＴ）とスループットの関係（Gbit Ether環境） １０ｍｓ程度の遅延時間でスループットは２５Mbpsに Gbit Ether環境での遅延時間とスループット(SkyX：Ｏｆｆ） スループット【Ｍｂｐｓ】 350 300 250 200 WS=8KB WS=128KB 150 100 50 0 0.74 9.8 29.6 270 ＲＴＴ【ｍｓ】 550 All Rights Reserved ©,2003,triTec Inc SkyXによるスループットの向上（Gbit Ether環境) １０ｍｓの遅延時間でスループットは３００Mbpsに向上 スループット【Ｍｂｐｓ】 Gbit Ether環境でのＲＴＴとスループット 400 350 300 250 200 150 100 50 0 WS=8KB WS=128KB WS=8KB SkyX WS=128KB SkyX 0.737 9.8 29.6 270 550 ＲＴＴ【ｍｓ】 All Rights Reserved ©,2003,triTec Inc ＳｋｙＸによる高性能化 ■遅延時間に見合った、通信量を一括処理できれば （適正なＷｉｎｄｏｗサイズとレート制御） ■ＴＣＰ／ＩＰのインタフェースは崩さない（Transparency) （エラーが発生した場合の再送処理などのサービス保証） ＳｋｙＸによるソリューション提供 PEP(Performance Enhancing Proxy) Ｓｅｎｄｅｒ ＴＣＰ／ＩＰ XTP Ｐｒｏｔｏｃｏｌ Ｒｅｃｅｉｖｅｒ ＴＣＰ／ＩＰ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ変換 とＳｋｙＸ処理 All Rights Reserved ©,2003,triTec Inc SkyX制御 by XTP XTPに変換（Gateway)し、内部的にXTPで転送 SkyXレート制御でDynamic Bufferingを実現 TCP/IP Request Send SkyX SkyX XTP Encapsulation Decode to TCP SkyXレート制御 SkyXレート制御 TCP/IP Request Receive XTP cf. XTP:Xpress Transport Protocol All Rights Reserved ©,2003,triTec Inc SkyX Gatewayの特長 ■遅延によるTCP性能劣化を解消する高性能化 −XTPプロトコル利用 −Window制御の最適化 ■APへのプロトコルI/Fを完全保証 送信元―TCP―XTP―TCP―受信先と変換 TCP以外のTraffic(UDPなど）はスルー ■組込み・脱着が容易 ■Redundancy構成などの高信頼性機能 ■Reliable Multicast ■Data Compression Facility All Rights Reserved ©,2003,triTec Inc 現在までの製品展開（ＸＲ１０，ＸＨ４５ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ） All Rights Reserved ©,2003,triTec Inc SkyXソリューションの 実際の事例紹介 All Rights Reserved ©,2003,triTec Inc SkyXの高性能化実測データ（株式会社衛星ネットワーク様での実測） ■条件：衛星回線、540msの遅延時間 帯域単位：Kbps ＴＣＰ(６４K) ＳｋｙＸ 単位：Kbps(帯域使用率） １２８ 105( 82％) 115( 90％) ２５６ 202( 79％) 230( 90％) ３８４ 294( 77％) 341( 89％) ５１２ 332( 65％) 459( 90％) ７６８ 340( 44％) 688( 90％) １５００ 348( 23％) 1300( 87％) ２０００ 348( 17％) 1800( 90％) → SkyXは許容帯域の90％を使用することができる。 iperfコマンドを使用。 All Rights Reserved ©,2003,triTec Inc 大日本印刷株式会社様のＳｋｙＸネットワーク構成 DNP Kamifukuoka DPE Skyx XR10（A) Skyx XR10(a) Customer NW （VPN) (Master) FireWall SW ATM NW Cisco SW Customer NW (VPN) SW DPE NW1 SW DPE NW2 VPN Cisco 25M（VC:6M) 6M L2 switch FireWall KMF NW （DPE1/DPE2) Not VPN FireWall SW (Slave) Skyx XR10(b) Skyx XR10（B) ※Secure segment DPE→kamifukuoka Skyx XR10 予備機 大日本印刷様でのSkyXの効果 SkyXの有無 SkyX:on SkyX圧縮機構 ファイル種別 日本−＞Ｉｔａｌｙ ＳｋｙＸの効果（倍率） Ｉｔａｌｙ−＞日本 ＳｋｙＸの効果（倍率） off SkyX:off on 圧縮8M Zero8M 圧縮8M Zero8M 圧縮8M Zero8M 4.7 3.1 4.1 3.1 4.7 3.1 4.6 3.0 4.7 3.1 4.8 3.2 88.9 59.3 76.2 50.8 1.5 − 1.5 − 1.5 − 1.5 − （単位：Ｍｂｐｓ） 注：転送ファイルの中身 圧縮8M：圧縮済み Zero8M：すべて"0"(ゼロ） ＳｋｙＸの高性能化の効果 ３倍以上 を確認 ギガビットイーサネットでのSkyXの効果 ■超高速衛星通信を想定したデモ クライアント GigE PC SkyX GigE 衛星遅延 GigE シミュレータ SkyX GigE クライアント PC CPU 1GHｚ 1.7GHｚ 1.8GHｚ 1.7GHｚ 1GHｚ メモリ 256M 256M 1G 1G 256M ネットワーク環境 クライアント間PCのパフォーマンス 通常のLAN環境（衛星遅延なし） 280Mbps 衛星環境（衛星遅延=540ｍｓ） 120Kbps 2000倍！ SkyXを稼動させた衛星環境 230Mbps All Rights Reserved ©,2003,triTec Inc デモの構成（１００Ｍｂｐｓ環境、遅延時間２０ｍｓ） SkyX：Ｏｆｆ 10.126.4.61 Delay=20ms クライアント PC Windows/XP SkyX XH45 衛星遅延 シミュレータ 100Mbps 100Mbps SkyX XR10 サーバ PC Linux SkyX：Ｏｎ 10.126.4.60 All Rights Reserved ©,2003,triTec Inc メンタット社について 米国OSベンダーへのネットワークプロトコルの主要サプライヤー ・主な商品 TCP/IP（IPｖ６）、 XTP、Mentat Portable Streams ・主な納入先 Sun Motorola Wind River HP（ Compaq） Novell Unisys IBM Sony Xerox APPLE Lucent 衛星業界にSkyXを提供 ・主な納入先 Boeing, Lockheed Martin, Northrop Gruman,Mitre AT&T、BMW、Comsat,EF Data、Gilat、HP、Hughes Intelsat、PanAmsat、Raytheon、Sony、Telesat、TRW 1987年設立、独立系 ・メンタットホームページ：http://www.mentat.com トライテックについて • 先端技術指向ソフトウェアハウス UNIX/Linuxカーネル技術一般 VoIPシステム構築 ｘDSLネットワーク構築 Java/StrutsベースのBPMシステム(XJ@IRIS) 自社開発リアルタイムOS • メンタット社製品の日本国内総代理店 トライテックホームページ:http://www.tritech.co.jp 連絡先 : [email protected] tel : 03-3320-6001 技術三原則（Three guiding principles of software technology） 1. 技術は国境を越える（Borderless Software Technology） この言葉の予期する世界は今まさに体験されつつある世界を表しています。 つまり、技術的に優れた人、 考え方、物はいずれも政治的、文化的、社会的な境界線に左右されないと言ったことを唱えているわけ です。この言葉が示す中には、本質的な技術は、政治的、文化的、社会的な背景によってその発展を 阻止することは出来ないと言うことを明示しています。実際の社会において、多くの政治的、文化的、 社会的な阻害要因が存在していることは事実です。 しかしながら、現実に多くの技術は様々な境界を 越えて発展を続けています。今、まさにこの文章を目にしている貴方自身がそうした発展の一つの試みと しての The Internet を利用しているわけです。将来、技術の翼が今以上に世界中、いえ宇宙を翔け巡る ことになるでしょう。 2. 論理の前の平等（Equality through Logic） 技術の場に於いては、論理的な正しさこそが正義であり、他の如何なる背景も影響を持たない。 と言った理想を唱っている言葉です。この心は、物事を技術的に捉える時は、まず論理的な正しさを 追求することが重要であり、技術的な問題解決を図る際に論理を優先せずに、政治的、社会的な手法を 優先すべき では無い、と言ったことを言明しています。我々、コンピュータ業界で企業活動として技術に 携わっている以上、論理のみで行動することは出来ません。しかしながら、いつもこの言葉の基に本来の あるべき姿を見失わないことが大事であるとこの言葉は説いているわけです。 3. 論理一貫性（Logical Consistency） 技術の場に於いては、一旦構築した論理はそのものを捨て去るのでは無い限り、決して変更しては ならない。と言った心得を唱っている言葉です。この心は、首尾一貫しない考え方は物事を技術的に 取り組む上で妨げにしかならず、何ら有益な考え方を導く物ではない。と言ったことを示唆しています。 この言葉も我々技術者が物事を浅く見て、論理一貫していない物造りをしてしまうことを防ぎ、正しい技術 のあり方を説くことを目的としています。特に、昨今のようにコンピュータ関係の言葉だけが独り歩きを してしまうような状況では、技術者たるもの表層だけのから騒ぎに惑わされることなく、絶えず物事の本質を 見抜くための目を養っていくことが大事であると言った考え方を導くものです。 All Rights Reserved ©,2003,triTec Inc
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