超高速・大規模ネットワーク向け分散協調型高度ネットワーク管理システムの構築

超高速・大規模ネットワーク向け分散協調型高度ネ

ットワーク管理システムの構築

著者

根元 義章

超高速･大規模ネットワーク向け分散協調型

高度ネットワーク管理システムの構築

(課題番号08558033) 平成8, 9年度科学研究費補助金(基盤研究(B)(1)) 平成10年3月 00010134221

--研究代表者根元義幸 (東北大学大学院情報科学研究科教授)

目次

1.はじめに .‥.‥‥‥.‥‥.‥‥‥‥‥‥‥ 1 2.ネットワーク管理の必要性と本研究の目標         1 3.本研究の成果 3.1大規模ネットワークにおける効率的な管理情報の取得方式の確立‥. 3 3.2大規模ネットワ丁クにおける高信頼管理情報の取得方式の確立‥‥. 3 3.3大規模･分散型のネットワーク管理システムの構築および実証実験. 4 4.あわりに ……‥.‥‥‥‥…‥.‥‥ 発表論文‥‥.‥‥      6

平成8,9年度科学研究費補助金(基盤研究(B)(号)

研究成果報告書

研究課題 超高速･大規模ネッ-トワーク向け分散協調型 高度ネットワーク管理システムの構築 課題番号 08558033 研究組織 研究代表者: ■根元義幸 研究分担者:牧野正三

加藤寧

浜本直和

Glenn Mansfield 研究協力者:太田耕平 (東北大学大学院情報科学研究科教授) (東北大学大型計算機センター教授) (東北大学大学院情報科学研究科助教授) (通信総合研究所宇宙通信部室長) (仙台応用情報学研究進行財団主任研究員) (東北大学大学院情報科学研究科 システム情報科学専攻) 研究経費 平成8年度 4,500千円 平成9年度1,900千円 計  6,400千円 研究発表 1.学会誌等

[11 Yoshiaki NEMOTO,NaDkazq lIAMAMOTO, Ryutaro SUZUltⅠ,

Tetsushi lltEGAMI, Yllkio IIASⅡIMOTO, Toshiyuki IDE,

Ko-hei OHTA, Glenn MANSFIEIJD, and Nei KATO:

"Constructionand Utilization Experiment of Multimedia

Ed-uca･tion System Using Satellite ETS-V and lnternet''

IEICE Trams. on lnfbrmation & System, Vol.E80-D, No.2.

pp.162-169

【2】 Kohei OHTA, Nei EATO, Hideaki SO四E, Glenn MANSFIELD､

and Yoshiaki NEMOTO:

''Problems in Management hformation Retrieval for

High-Speed Networks and a Proposed Solution"

IEICE Trams. on Communications, Vol.ER79-B, No.8,

[3] Piya TANTHAWICHIAN, Akihiro FUJII, Yoshiaki NEMOTO: "Usa･ge Parameter Control Scheme for ATM Networks : Marko_

viall State-Dependent Approach"

IEICE Trans･ on Communication? Vol･E80-B? No･12,

pp1780-1789

[4] Piya TANTHAWICⅡIAN, Akihiro FUJII, Yoshiaki NEMOTO‥

乃AnEffective Usage Parameter Control Scheme for ATM Netl

worksM

Pl･OCeedings of the IASTED hternationalConference

Par-al1eland Distributed Computing and Network (PDCN '97), pp.251-254

【5]山形孝幸,藤井章博,根元義幸:

''マルチキャスト通信向け経路決定アルゴリズムの提案と評価"

電子情報通信学会論文誌, DII, Vol.J80-D-I, No.9, pp.739-744 【6】 Eohei OHTA, Tak｡血MORI, Nei I(ATO,血deaki SONE, Glenn

MANSFIELD and Yoshiaki NEMOTO:

nDivide alld Conquer Technique for Network Fault Mama.ge-mentH

Proceedings of the Fifth IFIP/IEEE

IntemationalSynlPO-sium on Integrated Network Management, pp･675-687 [7] piya TANTHAWICIIIAN, Akihiro FUJII, Yoshiaki NEMOTO:

nA Markovian State-Dependent tJsage Parameter Contl･01 for ATM Networksand its Discrete TimeAnalysisn

Proceedings of the 5仙COMETS WORI(SHOP, pp･106-113 [8】 Glenn MANSFIELD, Ⅹ. JAYANTIII, Tomohiro IXA, Kohei OHTA,

Nei ltATO and Yoshiaki NEMOTO:

"Network Cartographer"

Proceedings of the Fourth ACM hternationalMultimedia.

Conference, pp.439-440

[91 Kohei OHTA, Nei EATO, Glean MANSFIELD a,nd Y.sllia.ki NEMOTO:

''Con五gurlng a Network Management System for EfRcient Op-eration''

InternationalJournalof Network Management, Vol･6, No.2,

pp.108-118 2･口頭発表(研究会等) [1]森工,太田柿平,加藤寧,曽根秀昭,グレン･マンスフィールド,樵 元義幸: "大規模ネットワークにおける分類,切り分け方式を用いた障害 検出システムの構築'' 電子情報通信学会技術報告, IN96-27, pp.57-64 [2】曽根秀昭,藤井章博,根元義幸: "東北大学の超高速ネットワークシステムSuperTAINS" 電子情報通信学会技術報告, ⅠⅣ96-27, pp.57-64 ll

3･口頭発表(学会大会等) 【11伊香智広,太田耕平,加藤寧,グレン･マンスフィールド,根元義幸‥ "情報の精度を考慮した広域ネットワーク管理における情報収集'' 1997年電子情報通信学会総合大会, B-7-46 【2]上谷-,太田耕平,加藤寧, Glenn MANSFIELD,根元義幸: "ネットワークサービス情報の収集及び利用に関する一考察" 1997年電子情報通信学会東北支部連合大会, 2HIO [3】仁藤浩明,太田耕平,加藤寧, Glenn MANSFIELD,根元義幸‥ ''WWWとJava言語によるネットワーク管理サーバの構築'' 1997年電子情報通信学会東北支部連合大会, 2Ⅱ9 [41橋本定,太田排平,加藤寧,曽根秀明, Glenn MANSFIELD.根元 義幸: "構成情報を利用したネットワーク障害診断に関する研究'' 1997年電子情報通信学会東北支部連合大会, 2Ⅱ7 [5]森工,太田排平,加藤事,曽根秀明,グレン･センスフィールド,根 元義幸:. ''イベント駆動型ネットワーク管理における障害検出能力の分析 及びプロアクティブバッファリングシステムの捷案" 1997年電子情報通信学会稔合大会, B-7-7 [6]伊香智広,太田耕平,加藤寧,曽根秀明,グレン･マンスフィール ド,根元義幸: ''効率的なEvent Correlationのための時刻情報管理" 1997年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会, B-7-54 【7]森工,太田耕平,加藤寧,曽根秀昭,グレン･マンスフィールド,根 元義幸: "分類,切り分け方式によるネットワーク障害検出システムの構 築" 1996年電子情報通信学会総合大会, B-882 ilは1

超高速･大規模ネットワーク向け分散協調型

高度ネットワーク管理システムの構築

1 はじめに

近年､コンピュータネットワークの発展の大きな特徴として､ネッ トワーク規模の増大と速度の向上が挙げられる｡ネットワークの多 様化が進んでいる現在､如何にネットワーク管理を行うかは重要な 課題である｡優れたネットワーク管理を無くしては､ネットワーク の健全な発展峠望めないo Lかし､現行のネットワーク管理は殆ど 人手によって成されているが､ネットワークの大規模化によって管 理が一層複雑化の様相を呈している｡小数のネットワーク専門家に よる情報の収集および管理は膨大な時間を要する一方､リアルタイ ム性にも欠け､大きな課題を抱えている｡

2 ネットワーク管理の必要性と本研究の目標

草の根的に発展してきたコンピュータネットワーク(インターネッ ト)は､現在､網の目のように世界中に張り巡らされている｡このよ うな巨大なコンピュータネットワークを如何に管理していくかは重 要な課題であるにも関わらず､これまでは､殆ど目を向けることは なかった｡ここにきて､小数のノードの故障やトラヒックの混雑によ りネットワーク全体の機能を低下､もしくは停止させる事故がしば しば発生し､ネットワーク管理の重要性が浮き彫りになった｡優れ たネットワーク管理システムの導入はあらゆるコンピュータネット ワークにおいて緊急かつ必要不可欠な重要な課題となってきている｡ 我々は､ネットワーク管理の重要性を認識し､実用ネットワーク に促したシステムの構築が重要であるとの立場から､これまでキャ ンパスネットワークである学内ネットワークSuper-TAINS (Tohoku

種々のネットワーク実験を行ってきた｡その結果､例えば､東北大学 の対外接続を担うバリアゼグメント上には実に8,000以上の接続ノー

ドに関する情報があり､その内容も時々刻々更新していることが観 測されている｡これだけ多くのノードが存在すると､現行のネット

ワーク管理プロトコルであるSNMP(Simple Network Mana･gement ∼

Protocol)を用いて各ノードに関する情報を有意義な時間内に集める ことは殆ど困難となり､管理することは事実上不可能になってしま う危険があることが判明した｡また､マルチメディア通信に適した 超高速ネットワークであるATMネットワークや衛星ネットワーク においても､ルータやワークステーションなどの中継､さらに回線 固有のバンド幅により､実効的に大きな伝送遅延が生じていること も実測の結果から判明した｡このように高度な分散型ネットワーク 管理システムを設計する上でこれらの遅延を考慮に入れ､高効率か つ高信頼度を有する管理情報の取得方式を確立することが極めて重 要な課題となっている｡ 本研究は､以上の研究背景および観測結果を踏まえ､超高速･大 規模ネットワークを管理するための管理方式およびそれを用いた分 散協調型ネットワーク管理システムを提案する｡具体的には､大規 模ネットワーク管理システムの情報収集において､管理に必要なト ラヒックを最小限に押え､各ノードへの負担を軽減できる情報収集 方式､ならびに大量の情報をできるだけ短時間に収集できる高信頼 性を有する情報収集方式を確立し､最終的にはリアルタイムでネッ トワークの状況表示､故障診断､自動通知などを行う実用的なネッ トワーク管理システムのプロトタイプを開発することを目的として いる｡

-2-3 本研究の成果

当初の研究計画に沿って､研究を進めた結果､以下の成果が得ら れた｡

3.1大規模ネットワークにおける効率的な管理情報の

取得方式の確立

大規模ネットワーク管理システムを構築する場合､管理情報の取 得のため､ネットワークにある程度の管理トラ,ビックを流す必要が ある｡インタTネットの場合､管理用トラヒックがユーザートラヒッ クと同一帯域を利用するため､管理トラヒックを必要最小限に押え る必要がある｡しかし､ネットワークには超高速なATM回線から､ 低速な衛星/シリアル回線まで様々な伝送速度の回線が混在し､ま た混雑の度合が時間とともに大きく変動するため､効率的な情報取 得が困難であった｡この間題を解決するものとして､本研究では､ ネットワークの帯域幅や利用状況に応じた管理トラヒックの制御方 式を提案した｡提案方式は管理用帯域の割り当てと環境に応じた管 理トラヒックの制御を行なうものであり､帯域不足による塙鞍やユー ザートラヒックに対する悪影響を軽減することができる｡衛星ネッ トワークやATMネットワークなどにおいて実験により､提案方式 が優れていることを示した｡

3.2 大規模ネットワークにおける高信頼管理情報の取

得方式の確立

大規模ネットワークにおいて､ユーザーのネットワーク利用に起 因するネットワークトラヒック以外にネットワーク自身の維持管理 に必要なトラヒックも存在する｡例えば､ネットワークの経路を周知 するルーティング情報や障害の場所などを伝達するICMP (Internet Control Messa･ge Protocol)情報がこれに相当する｡これらの情報は

-3-ネットワークの状態を把撞するうえで必要不可欠な管理情報となる が､そのトラヒック量はネットワークの規模が大きくなるにつれ､増 大する｡また､これらの情報が時々刻々変化するため､これまで情報 の取得方式では多くの時間を要し､また信頼性の確保に難点があっ た｡例えば､大学内の対外接続ルータからルーティング情報を取り1 出すのに､平均30分程度の時間を要する｡これでは､折角情報を取 得しても､取得している間に情報が変化してしまい､管理情報の信 頼性を大きく低下させることも多々あった｡これに対し､本研究で は､一括して情報取得ができ､かつ信頼性も付与できる方式を提案 した｡具体的に.は､分散している管理情報に対し時間的同期を確保 できる瞬時管理情報データベース方式を考案した｡運用ネットワー クにおいて､評価実験を行った結果､管理情報の入手に要する処理 時間が数分程度に短縮され､管理情報の信頼性が確保できることを 示した｡また､本方式は標準化されたプロトコルSNMPを意識して 構築されているため､汎用性にも優れていることを実証した｡

3.3 大規模､分散型のネットワーク管理システムの構築

および実証実験

上で述べた2つの碇案手法に従い､分散型のネットワーク障害管 理システムのプロトタイプを構築した｡このシステムは1台の管理 マネージャ(ワークステーション)と1台のRMON(RMON: Remote MONitoring)エージェントで構成されている｡エージェントは東北 大学の対外接続バリアセグメントに設置した｡ここには16の学術 ネットワークが相互に接続しており､ 1日約1千万個のパケットが通 過している｡このようなバックボーンネットワークにおいて､収集 された大量の管理情報から障害の種類を洩れなく割り出すことが最 重要課題となる｡従来の手法では､症状を顕わすICMPパケットの 生起する頻度に単一開催を用いて､開催を上回るパケットの検出に よりネットワークの障害検出を行っていた｡この従来方式ではネッ

-4-トワークに与える影響度の大きい障害を捉えることができるが､す べての障害の検出には至っていなかった｡これに対し､本研究では､ 分類切り分け方式を提案した｡提案方式は､ダイナミックフィルタ リングを用い､障害を的確に検出するものである｡これによって､大 ∼ きな障害の背後に埋もれていた小さな障害も検出できるようになっ た｡運用ネットワークを用い､実装試作システムの性能評価を行っ た結果､障害検出能力において従来法の2倍以上の性能を有するこ とが判明した｡

4 おわりに

超高速･大規模コンピュータネットワークの信頼性を確保するた め､人手に頼らない自動障害管理技術の確立が求められている｡こ のような先進的機能を有する分散型ネットワーク管理システムを構 築するため､効率的かつ依頼性を有する管理情報収集および収集し た管理情報からの効果的な障害検出方式の確立が重要な課題となっ ている｡本研究では､管理情報の収集ならびに障害検出において新 しい方式として 1.ネットワークの帯域幅や利用状況に応じた管理用トラヒックの 制御方式 2.時間的同期を有する瞬時管理情報データベース方式 3.分類･切り分けによる障害検出方式 を提案し､これら方式の有用性と､運用ネットワーク用いた実験に よりその有用性を検証した｡提案方式は次世代ネットワーク管理シ ステムの基礎を築く極めて有用な技術であり､本研究の目的は達成 できたと言える｡

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