untitled

(1)

2003/10/20 Network Architecture 2003f

ネットワークアーキテクチャ

第09回(2003/12/08)

「グローバルインターネット」

村井純

2003年度秋学期授業日程

09/29

(1)

講義概要/インターネットのアーキテクチャ

10/06

(2)

もうインターネットを分かっちゃおう

10/13

体育の日

10/20

(3)

DNSのアーキテクチャ

10/27

(4)

インターネット自動車のアーキテクチャ

11/03

文化の日

11/10

(5)

SOIのアーキテクチャ

11/17

(6)

メールのアーキテクチャ

11/24

勤労感謝の日の振替休日

11/26

(7)

WWWのアーキテクチャ

<-(水曜日)

12/01

(8)

セキュリティーのアーキテクチャ

12/08

(9)

グローバル・インターネット

12/15

(10)

P2Pとオーバレイネットワーク

12/22

(11)

これからのネットワークアーキテクチャ（１）

∼

冬休み

01/08

(12)

これからのネットワークアーキテクチャ（２）

<-(木曜日)

01/12

成人の日

01/19

(13)

最終試験

（最新情報はSoI*_{で確認してください）}

今日はここ

インターネットバックボーンの変遷

Concept

• Distributed communications network

– リンクやノードを目標とする攻撃に耐えるネットワーク

– 広範囲、異なる要求をもつユーザへのサービスインフラ

1969年この世の始まり

米国国防総省の高等研究計画局

による実験としてスタート

ARPA:

Advanced Research projects Agency

実験はUCLAとSRIを接続することから

開始された。(RFC 4 timeline)

UCLA:University California Los Angeles

SRI:Stanford Research Institute

1969年12月

3ヵ月後

、56kbpsの回線で

4台のノードが接続

UTAH SRI UCSB UCLA

UCSB:University of California, Santa

Barbara

(2)

1971年初期のARPANET

一月に一台程度の速度で接続ノードが増加

1974年ノード数の拡大

一日のトラフィック量は3百万パケットを超える

このころ

• 1972年

– TELNETプロトコル発表

• 1973年

– イーサネットが考案される

– FTPプロトコル発表

• 1974年

– TCPやIPの発表

– Vint Cerf/Robert Kahnの論文に初めて「Internet」の

言葉が登場

1977年

学術、政府機関ネットワークの集合体として発展

1980 ARPANET概観

この時期、UUCPによる電子メールの開発も進む

• 1976年

– UUCP発表

– Unix to Unix Copy

• 1979年

– ネットニュース（USENET）登場

– メール、ニュースのアプリケーションネットワーク

• 1984年

– JUNETの誕生

– 日本からもUUCPで電子メール、ニュースを交換

• 1987年

– 商用サービスを提供するUUNETが設立され、商用UUCPサー

ビスを提供

(3)

1981年 NSFNETの構築が始まる

NSF: National Science Foundation

ARPANETの輻輳への対応、研究または教育目的だけの使用に制限

AUP:Acceptable Use Policy、利用許諾方針

1983: ARPANETとMILNETが分割(図はMILNET)

MILNETは軍事目的

機密データに制限

• 1982年

– サン・マイクロシステムズ設立

– ワークステーションSun-1が発表

• 1984年

– シスコシステムズ社設立

1986年

USENETとNSFNETが接続

この年、IETFとIRTFがIABのもとに作られる

- IETF: Internet Engineering Task Force - IRTF: Internet Research Task Force - IAB: Internet Architecture Board

1987年ネットワークトポロジ

このころ日本では。。。

• 1988年

– WIDEプロジェクトによるTCP/IPベースの実験基板と

してWIDEインターネットが開始

– 日本最初のインターネットは３つの大学を接続

• 慶応義塾大学

• 東京工業大学

• 東京大学

• 1989年

– WIDE インターネットの国際接続 (慶応-ハワイ大)

(4)

1989年 ARPANETはその役割を終える

→ NSFNETがARPANETを吸収

1991年 NFSNETはT1(1.5Mbps)にアップグレード

その前年、Merit, IBM, MCIがANS(Advanced Network and Services)

を設立し、NOC(Network Operation Center)の運用を受け持つ

NSFNETの構成

地域バックボーン

NSFNETの

中核バックボーン

地域バックボーン地域バックボーンキャンパスネットワーク

分散化された3階層のネットワークアーキテクチャ

バックボーン → 地域バックボーン → 大学、研究組織

FIX(Federal Internet eXchange)

• Fiber West, Fiber East

– NSFNETの構築と共に設置される

– 縦割り行政ごとのネットワークを接続

– その後、名前が変わって、FIX West, FIX East

– 外国の研究機関はここを通じて接続

– 現在では、MAE-EAST MAE-WESTとしてMajor IX

NSFNET

NASA Science Network

DOE

DDN

Fiber West

Fiber East

変遷

学術系インターネット

ARPANET

MILNET

ARPANET

NSFNET

vBNS

Abilene

ANSNET

FIX

CIX

商用インターネット

ISP相互接続

The Internet

NAP政策

商用インターネットの始まり

• 1990年

– ダイヤルアップアクセスを提供する初の商用プロバイダThe

Worldがサービススタート

• 1991年

– CIX(Commercial Internet eXchange)の誕生

• 公衆Ｉnternetwork Service Providerによる非営利の同業組合

• 商用ISPへの接続を提供

• サービス提供者同士のアイデア、情報、実験もやり取り

– NSFNETにはAUPがあり、FIXは商用データの交換に消極的

(5)

1992年 NSFNETバックボーン図

このころ日本では。。

• 1992年

– JUNET 協会設立

• JNICがIP アドレス割り当て業務開始

– 神戸でインターネット国際会議 (INET‘92) 開催

– 日本でIIJが設立

• 1993年

– IIJが営業を開始

– JNIC が JPNIC に変更

1993年 NSFNETはANSNETに置き換えられる

ANS: Advanced Networks and services, T3 (45Mbps)へ

この年、クリントン政権がゴア副大統領を中心人物とて,

NII（National Information Infrastructure：情報スーパーハイウェイ構想）を提案.

1994∼1995年 NSFNETの終焉

• NSFNETの運営を民間企業のMCIなどに移管

–

財政的にも自立

–

インターネツトは民間主導型のネットワークへ

• NSF最後の要請(NSF-93-52)

1. Network Access Point(NAP)の創設

• 主要プロバイダが相互接続し、トラフィックを交換するポイント

• 各NAPは3つ以上のNAPに接続すること

2. Routing Arbiter(RA)の実現

• NAPに接続した複数のプロバイダがポリシー交換を容易に行うため

3. vBNSを提供できるプロバイダの選定

• 教育および政府利用目的

4. 地域間接続のサポート

• 既存のネットワークをNAP or NAPに接続されているNSPに接続

NAPとは？

• トラフィックの交換を目的として、多くのルータを接続す

ることが可能な高速スイッチ or スイッチのネットワーク

• NAPのトラフィックは、教育に限定されない

– 商用トラフィックも、他の利用を侵害しない限り交換してよい

• NSF公認のNAP

– Sprint NAP

• ニュージャージー州ペンソーケン

– PacBell NAP

• カリフォルニア州サンフランシスコ

– Ameritech Advanced Data Services(AADS) NAP

• イリノイ州シカゴ

– MFS Datanet(MAE-Ease)

• ワシントンD.C.

vBNS

(very high-performance Backbone Network Service)

• 超高速バックボーンネットワークサービス

• 1995年、MCIとNSFがvBNSの開始を発表

– 政府の高性能コンピューティング環境への特別なバックボーン

• 5つの主要高性能通信センター

– Cornell Theory Center

– National Center for Atmospheric research

– National Center for Supersomputing Applications

– Pttsburgh Supercomputing Center

– San Diego Supercomputing Center

• 1996年、vBNSを高度なネットワーク関連研究を進める

約100機関に開放する「接続プログラム」を発表

(6)

NAPからISP同士の直接接続へ

• ISP同士の直接接続

– NAPの容量不足

• データの損失、不安定さに繋がる

– 大手ISPにとってみると、サービスに影響を与える問

題の解決は、NAPに依存したくない

• 直接接続によって得られるもの

– サービス提供までのリードタイム短縮

– 信頼性の向上

– 相互接続の容量拡張

– ISPのバックボーンは地理的に類似している

• NAPを迂回するより、短縮したルートが使える

一昔前のインターネットの全体構造

NAP

POP

ナショナルプロバイダ

POP

ナショナルプロバイダ

NAP

地域プロバイダ

ユーザ

NAP

Internet2

• UCAIDのプロジェクト

– University Corporation for Advanced Internet Development

– 1996年、34の大学によって設立

• 次世代ネットワークアプリケーションとインフラストラク

チャの開発、展開、運用

• 開発された技術と経験を実用化

• Abilene

– 同じくUCAIDのプロジェクト

– Internet2に主要バックボーンネットワークを提供

– バックボーンはQwest社が提供

Abilene

(vBNSと目的はよく似ている)

USの教育機関が持つ接続性

• 大学間、研究者間の広帯域ネットワークは政府

が提供

– Abilene

– vBNS

• その他の一般的なコネクティビティ

– 商用ISPサービスを契約

現在のインターネット

(7)

現在のインターネット構造

• ISP同士が相互接続

• IX(Internet eXchange)を用いて複数ISPと接続

ISP

IX

• プロバイダが多数参加した相互接続点

• いくつかの呼び名

– IXP: Internet eXchange Point

– IPP: Internet Peering Point

– NAP: Network Access Point

• 世界中に数百存在

• Major IX

– Tier 1(世界的ISP)が相互に接続する IX

– 大規模 IX

• 例

– MAE-WEST, MAE-EAST, NYNAP, PAIX, NSPIXP-2, JPIX,

JPNAP etc..

ISPの階層構造

• Tier1プロバイダ

– 上流のプロバイダを持たず、トラフィックを全て自らコントロー

ルできる、世界規模の広帯域バックボーンを保有するISP

• Tier2: Tier1からサービスを買うISP(地域ISPなど)

Tier 2

Tier 1

Tier 2

ユーザ

Tier 2

Tier 1

Tier 2

Peer

Transit

Peer

Transit

ユーザ

Level3(出展: http://www.level3.com)

Qwest Network map

光ファイバーの整備(1)

Qwest (旧US West) の列車

(8)

XO Communications

PSINet

Uunet(現MCI)

Uunet(北アメリカ大陸、南アメリカ大陸)

海底ケーブル

Long-Haul Submarine Cable Maps

(9)

2003/10/20 Network Architecture 2003f 2003/10/20 Network Architecture 2003f

海底ケーブル

http://www.telegeography.com/

南アメリカ大陸(2000年4月)

http://www.cybergeography.org/atlas/globalcrossing1_large.gif

ヨーロッパ(2000年)

http://www.cybergeography.org/atlas/globalcrossing1_large.gif

アフリカ大陸

http://www.africaone.com/

アジア地域の海底ケーブル(1996)

(10)

APAN (図はAPAN-JP)

http://www.apan.net

1989 Europe

• MILNETはヨーロッパまで接続

ヨーロッパの学術ネットワークバックボーン

最初155Mbps,後に622Mbps

現在はGEANTへ移行

GEANT

30カ国で接続

26の研究組織、教育機関

2.5 ∼ 10Gbps(IP/DWDM)

(11)

日本と海外との接続

Uunetカリフォルニアエリア

Japan-US

• 日米間の海底ケーブル

• カリフォルニア、ハワイ、日本

• ループ構造

• 4ペアーの光ファイバー

• 160Gbit/s per fiber

– DWDM技術

• Minimum design capacity: 640Gbit/s

KDDI

6Mbps 東京 - マカオ 1Mbps 東京 - ブータン 4Mbps 東京 - インド 90Mbps 東京 - シンガポール 155Mbps 東京 - マレーシア 2Mbps 東京 - ベトナム 12Mbps 東京 - タイ 6Mbps 東京 - インドネシア 14Mbps 東京 - フィリピン 315Mbps 東京 - 台湾 230Mbps 東京 - 香港 555Mbps 東京 - 中国 930Mbps 東京 - 韓国 2Mbps 東京 - ニュージーランド 46Mbps 東京 - オーストラリア 12Mbps 東京 - イタリア 1.5Mbps 東京 - ロシア 7,452Mbps 合計 13.5Mbps 日本 - ヨーロッパ 48Mbps 日本 - オセアニア 2,275Mbps 日本 - アジア 5,425Mbps 日本 - アメリカ 2003/10/20 Network Architecture 2003f

IIJの国内バックボーン

アメリカへの海外線

(12)

IIJ: アジア方面への海外線

• Abone:

– IIJが1995年に設立した「アジアイン

ターネットホールディング」社が運営

– 日本を含むアジア太平洋地域の各国

を相互に接続する国際インターネット

回線網。

45Mbps ○オーストラリア 155Mbps ○インド 4Mbps ○ベトナム 45Mbps ○台湾 310Mbps ○中国 155Mbps ○フィリピン 155Mbps ○タイ 355Mbps ○マレーシア 45Mbps ○インドネシア 155Mbps ○韓国 45Mbps ○シンガポール 155Mbps ○香港 1.2Gbps ○日本 2003年12月末予定 2003/10/20 Network Architecture 2003f

日本国内の光ケーブル

日本の海底ケーブル

海外線（海底ケーブル）

(13)

2003/10/20

シールドで二重に保護されたケーブル

Network Architecture 2003f 2003/10/20 Network Architecture 2003f

ネットワークの情報データベース

IR(Internet Registry)の誕生

• NSF要請

– ネットワークにおける情報サービスマネージャ

• InterNIC設立

– 1993年

• AT&T, General Atomics, NSI(Network Solutions, Inc)の共

同プロジェクトとして開始

– 1995年(登録サービスの民営化)

• 情報サービスはNSIに引き継がれる

• NIC(Network Information Center)サポートサービス

IR, IANA, ICANN

• IRの役割

– ネットワーク番号の割り当て

– 自律システム(AS)番号の割り当て

– ドメイン名の登録

– ドメイン名サーバ(DNS)の登録

• IANA(Internet Assigned Numbers Authority)

– 識別子割り当て管理団体として設立

– 下部組織としてRIR(Regional Internet Registry)を持つ

• ICANN

– Internet Corporation for Assigned Names and Numbers

– ドメイン名管理の民営化を監視

IPアドレスと管理組織

アジア・太平洋地域

日本

アメリカ大陸・

サハラ以南の

アフリカ

ヨーロッパ・

アフリカ大陸

その他

中国

韓国

……

ラテンアメリカ・

カリブ諸国

IPアドレス

割り当て委託

RIR(Regional Internet Registry)

• ARIN(American Registry for Inetnet Numbers)

– 北米、サハラ以南のアフリカ

• RIPE(Reseaux IP Europeans Network Coordination

Center)

– ヨーロッパ各国のISPが構成する共同組織

• APNIC(Asian Pacific Network Information Center)

– 南アジア、中央アジア、東南アジア、インドネシア、オセアニア

– APRICOT(Asian Pacific Regional Internet Conference on

Operational Technologies)を設立

• ネットワーク運用者、ポリシ作成さの意見交換の場

• RACNIC(Latin American and Caribbean Internet

Addresses Registry)

(14)

ルートネームサーバ

• ツリー構造のネームサーバーの基点

• 全世界で１３台が分布(A∼M、日本にはMが存在)

name

org

city

type

url

a

Verisign

Herndon,VA, US

com http://www.internic.org

b

USC/ISI

Marina del Rey,CA, U edu http://www.isi.edu/

c

PSInet

Herndon,VA, US

com http://www.psi.net/

d

UMD

College Park,MD, US edu http://www.umd.edu/

e

NASA

Mt View, CA, US

usg http://www.nasa.gov/

f

ISC

Palo Alto, CA, US

com http://www.isc.org/

g

DISA

Vienna, VA, US

usg http://nic.mil/

h

ARL

Aberdeen, MD, US

usg http://www.arl.mil/

i

NORDUnet Stockholm, SE

int http://www.nordu.net/

j

(TBD)

(colo w/ A)

() http://www.iana.org/

k

RIPE

London, UK

int http://www.ripe.net/

l

ICANN

Marina del Rey,CA, U org http://www.icann.org/

m

WIDE

Tokyo, JP

int http://www.wide.ad.jp/

List of the Root Servers

M.ROOT-DNS-SERVERへのトラフィック統計

トラフィック量推移(週間)

トラフィック量推移(一日)

受信が4Mbps程度

送信が14Mbps程度

パケット数推移(一日)

秒間5000パケット程度

ルートネームサーバへのDDoS攻撃

• もし、１３個全てのルートサーバーが落ちてしまったら…

– 名前解決が破綻し、インターネットそのものがストップ

• 2002年10月

– ルートサーバへのDDoS攻撃

– 通常の３０∼４０倍のトラフィックが各ルートサーバに対し発生

– １３台のうち７台が一時的にサービス不能に

– 残ったルートサーバが正常に稼動していたため、インターネット全体

への影響は避けられた

参考文献

• RFC2235

– Hobbes' Internet Timeline

– http://www.faqs.org/rfcs/rfc2235.html

• An Atlas Of Cyberspaces

– http://www.cybergeography.org/atlas/

• The Computer Museum History Center

– Internet History 1962-1992

– http://www.computerhistory.org/exhibits/internet_hi

story/index.page

(15)

グローバルインターネットの

ビジュアライズ

Hosts on the the Internet

GeoURLを利用してWEBサイトの場所を収集

http://www.cybergeography.org/atlas/geourl_world_large.jpg

エラーレートによる各地域の安定性の傍観図

• PingER project for end-to-end Internet performance monitoring

• スタンフォード大学から、70カ国に対しパフォーマンスを測定

http://www.cybergeography.org/atlas/pinger_large.gif

2001年のトラフィック量

ここまでのまとめ

• インターネットの歴史

– 1960年代コンピュータネットワークの曙

– 1970年代政府が主導し開発、その後商業化

– 1980年代基盤ネットワークとして発展

– 1990年代に爆発的な普及

• Stable NetworkとChallenge Network

– 安定性が重要な社会基盤

– 次世代インフラ開発を目的としたネットワーク

– 商用系ネットワークと学術系ネットワーク

(16)

衛星通信

通信衛星の特徴

• 静止衛星(GEO;Geostationary Satellite)

– 地球と同じ周期(約23時間56分)で回転(同期衛星)

– 静止軌道：赤道上高度約36,000km → 有限資源

– 地球の約40%を見通すことができる

• 通信衛星(Communications Satellite)

– 固定衛星業務(固定局間での衛星通信)

※ 移動衛星業務

※ 放送衛星業務

BS(Broadcasting Satellite)

日本の静止衛星

JC SA T JC SA T -4A 4A (ｽｶｲ ｻｰﾋﾞｽ ) BS AT-1 a 、 1b, 2a, BS-3 N JCS A T-110 JC SA T JC SA T -3 3 (P er fecTV !ｻｰﾋ ﾞｽ ) Super b ir d C JC SA T JC SA T -1B 1B JC SA T JC SA T -2A 2A Super b ir d A N N -ST A R a ST A R a N N -ST A R b ST A R b 南北西東ひまわり (G M S -5 ) 2002年6月現在 JC SA T JC SA T -R R (軌道上予備 )

162E 158E 154E

150E 144E 140E 132E 128E 124E

110E 136E Super b ir d B2 2003/10/20 Network Architecture 2003f

衛星通信の特徴

(1)広域性

• 一基の静止衛星で、地球の表面の約1/3をカバー

• 衛星が見通せる場所なら、どこからでも利用可能

17.34度約36 000k m

スポットビーム

衛星通信の特徴

(2)同報性

• カバーエリア内全ての地点に同じ情報が届く

– コスト・品質は場所に依らずほぼ均一

– 伝搬遅延が送信局∼衛星局∼受信局で約0.25秒生じる

Footprint

http://www.intelsat.com/resources/coveragemaps.aspx

Telstar 8

衛星のカバーエリアと電波強度

(17)

低軌道衛星

• 低い軌道に数十個以上の周回衛星を配置

– 低軌道（ＬＥＯ：５００∼数千Ｋｍ）

– 中軌道（ＭＥＯ：数千∼２万Ｋｍ）

• 極地へのサービスが可能

• 小さな電力で通信可能

• タイムラグが少ない

南極でインターネット

• LIVE! UNIVERSE

– LIVE! ECLIPSE2003プロジェクト

– 2003年11月24日南極の皆既日食をライブ中継

– ネット中継（日本時間午前6時∼8時15分）への総アク

セス数は776万

– 日食の瞬間アクセス数は1万

研究所内ネットワーク

• 極地研究所

– 所内は1000BASE-SXのネットワーク

– 学術情報ネットワーク(SINET)と44Mbps(ATM)回線に

よって接続

• 昭和基地

– 建物間は光ファイバー

– ATM/OC3による155Mbpsの基幹ネットワーク

– 少し離れた建物は無線LAN

昭和基地LANの経路(赤線) 2003/10/20 Network Architecture 2003f

対外線

• 1995年6月から開始

– 当時は手動によるダイヤルアップ通信(2時間毎)

• 1997年2月

– 衛星データ通信回線の自動化、高速化(9600bps)

• 2002年2月

– インマルサットHSD回線 (64kbps)

隊員のインターネット事情

• 国内との電子メール交換

– 140kByteまで

– 2時間に1回回線接続を行う

– 着信拒否のシステムがある

– 電子メールを私用、業務用に分別

– 発信者、着信者、題目を記録

• 隊員宛のメール送信には事前登録が必要

• 10円/kBの課金

• 毎日デイリーメールを読むことができる

• 隊員間の情報交換にホームページを利用

• 大容量のデータ伝送はUUCP（Linux）を利用

(18)

課題３

• 年表を作りなさい

– テーマを設定

• 特定のテーマ or 複数の関連するテーマを照らし合わせる

untitled

ネットワークアーキテクチャ

第09回(2003/12/08)

「グローバルインターネット」

村井 純

2003年度秋学期授業日程

09/29

(1)

講義概要/インターネットのアーキテクチャ

10/06

(2)

もうインターネットを分かっちゃおう

10/13

体育の日

10/20

(3)

DNSのアーキテクチャ

10/27

(4)

インターネット自動車のアーキテクチャ

11/03

文化の日

11/10

(5)

SOIのアーキテクチャ

11/17

(6)

メールのアーキテクチャ

11/24

勤労感謝の日の振替休日

11/26

(7)

WWWのアーキテクチャ

<-(水曜日)

12/01

(8)

セキュリティーのアーキテクチャ

12/08

(9)

グローバル・インターネット

12/15

(10)

P2Pとオーバレイネットワーク

12/22

(11)

これからのネットワークアーキテクチャ（１）

∼

冬休み

01/08

(12)

これからのネットワークアーキテクチャ（２）

<-(木曜日)

01/12

成人の日

01/19

(13)

最終試験

今日はここ

今日はここ

インターネットバックボーンの変遷

Concept

• Distributed communications network

– リンクやノードを目標とする攻撃に耐えるネットワーク

– 広範囲、異なる要求をもつユーザへのサービスインフラ

1969年 この世の始まり

米国国防総省の高等研究計画局

による実験としてスタート

ARPA:

Advanced Research projects Agency

実験はUCLAとSRIを接続することから

開始された。(RFC 4 timeline)

UCLA:University California Los Angeles

SRI:Stanford Research Institute

1969年12月

3ヵ月後

、56kbpsの回線で

4台のノードが接続

UCSB:University of California, Santa

Barbara

1971年 初期のARPANET

村井純

1969年この世の始まり

1971年初期のARPANET

1974年ノード数の拡大

1987年ネットワークトポロジ