新規授業科目企画書
科目名「インターネットの運用と計測」
慶應義塾大学大学院 政策・メディア科 修士課程 2 年 氏名：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
2002 年 10 月 15 日
1 主題と目的
本講義では、インターネットという通信インフラがどのように構成、運用され、世界中のコンピュータがどのよう に接続しているかを学ぶ。特に、ネットワーク機器やその上動いているサービスが持つ機能を正しく理解し、それら が協調してネットワーク全体を作り上げ、進化している姿を学習する。
インターネットは通信媒体や仕様の異なる複数のデータリンクを一つのネットワークとして用いる技術であり、多 様なデータリンク技術を利用してその規模を拡大してきた。
しかし、現在は「インターネットへの接続性」は様々な社会活動の前提として存在しており、インターネットを用 いた通信をより効率的に行う段階に移行している。インターネットを構成している機器や技術を発展させるためには、
測定を行うことにより現在の状態を把握し、問題点を発見することが第一歩である。
本授業では、インターネットを構成する要素の機能やルーティングのアルゴリズムを知り、現在のコンピュータネッ トワークの姿を理解していく。その上で、動いているインターネットを効率よく運用するために、ネットワークの状 態を測定する技術に触れ、システムのパフォーマンスを向上させるために必要な項目を見つけ出す能力を身に付ける。
2 講義の概要
インターネットでの測定を行うためには、インターネットがどのように構成されているかを知る必要がある。その ためには、インターネット全体におけるデータ配送を体系的に理解する必要がある。本講義では、全15回の講義を3 つのテーマに分割する。前半の2つのテーマでは、インターネットにおける配送方式とインターネットの構成につい て述べる。それらをふまえたうえで、3つ目のテーマとして測定方式などを述べる。以下にその詳細を示す。
ルーティングプロトコル(第5回〜第11回)
実際使われているプロトコルを例に、経路制御の理論を学ぶ。距離ベクトル型、リンク状態型、パスベクトル型 の3種類の経路制御アルゴリズムを理解し、それぞれの長所と短所を理解する。また、AS(Autonomous System) 内経路制御とAS間経路制御や、OSPFにおけるエリア分けを例に、大規模ネットワークにおける経路制御の階 層化構造について学ぶ。
ネットワーク測定技術(第12回〜第15回)
ネットワークの状態を把握するための測定方法を学ぶ。第12回では、ネットワーク管理を行う代表的なプロト コルとしてSNMP(Simple Network Management Protocol)を学ぶ。第13回では、エンドノードでのパケット モニタリングによる測定を、第14回では、ルータにおけるパケットモニタリング技術を学ぶ。
第15回では、今までのまとめを行う。
3 教材と授業方法
講義は書画カメラとPCによるプレゼンテーションを通して行う。これらのマテリアルはWWWにて公開し、その 他講義に関する情報と共に随時更新を行う。学生からの質問は電子メールと掲示版にて受け付ける予定である。
コンピュータに関する学習は、理論と実践とを折り混ぜて行うのが効率的である。本講義では学生にノートPCの 持参を義務づけ、教室内で簡単なネットワークを構築する。そのため、EthernetなどのLAN設備が備わった教室で 行うことが望ましい。
また、通信機器や通信媒体の説明では実物を見せながら講義を行う。第11回の講義では本学内で運用されている WIDE Projectの藤沢NOCを見学する。
4 評価基準
評価は3回の課題と期末試験の結果から総合的に判断する。第1回の課題では、データリンク層に必要な機能を理 解しているかテストし、課題をこなすことによって学生の理解を深めることが目的である。第2回の課題では、各ネッ トワーク機器の役割(特にどの階層で動いているか)とIPにはどのようなルーティング情報が必要か理解しているこ とをテストする。第3回の課題では、実際に自分の利用しているホストに送られているパケットを解析し、インター ネットにおけるパケット測定を実践する。
5 講義計画
第1回：階層化構造とアドレッシング
目標 コンピュータネットワークの階層化構造と、データリンク層とネットワーク層におけるアドレス割り当て構造 を理解する。
概要 OSI7層モデルを示し、コンピュータネットワークにおける階層構造を解説する。特にデータリンク層とネット ワーク層が提供する機能と役割の違いについて述べる。また、MACアドレスとIPアドレスの定義と割り当て を学ぶ。IPアドレスがネットワークアドレスとホストアドレスに別れる構造を説明する。更に、現在のIPv4 が用いるアドレス空間の限界を述べ、IPv6におけるアドレス空間の設計について述べる。
参考文献
• 文献[1] 第1章 イントロダクション
• 文献[2]第1章 ネットワークの基本概念、第9章ネットワーク層アドレス
• 文献[3] 第2章 ネットワークのアーキテクチャ、第4章IPバージョン6 第2回：データリンク層
目標 データリンク層がどのような機構でノード間のデータを配送するかを学ぶ
概要 コネクション型とコネクションレス型の2種類のデータリンク層技術を解説する。例として、コネクション型
ではPPP、コネクションレス型ではEthernetを取り上げる。また、ブロードキャストリンクにおけるアクセ
ス制御技術を説明し、例としてEthernetにおけるCSMA/CDをとりあげる。
課題 本講でとりあげなかったデータリンク一つの仕様を述べなさい。特に、そのデータリンクがどのようなアドレ スで相手を識別しているかと、アクセス制御技術について述べなさい。
参考文献
• 文献[1] 第2章 リンク層
• 文献[2]第2章 データリンク層
• 文献[3]第3章 ネットワーク技術 第3回：ブリッジ
目標 データリンク層における転送技術を理解する。
第4回：ネットワーク層
目標 ネットワーク層のプロトコルであるIPの機能を理解する。
概要 前回までの講義内容と体系化するため、IPアドレスとデータリンクアドレスを対応させる手法を述べる。IP アドレスからデータリンクアドレスを計算によって割り出す手法と、ARPによって動的に対応させる手法を 解説する。また、IPを用いて同一のネットワーク上のノードと通信する場合と、異なるネットワーク上のノー ドと通信する場合の違いを述べ、ルータの役割を説明する。
参考文献
• 文献[1]第3章 IP：インターネットプロトコル、第4章 ARP：アドレス解決プロトコル、第9章：IP ルーティング
• 文献[2]第6章 ネットワークインタフェース
• 文献[3]第2章 ネットワークのアーキテクチャ
• 文献[4]第1章IPとルーティング
• 文献[5]第2章The Internet Architecture、第3章 The Internet Protocol、
• 文献[15]
第5回：距離ベクトル型経路制御
目標 静的経路制御と動的経路制御を理解する。距離ベクトル型のアルゴリズムを理解する。
概要 IPの経路表の設定について、人間が手動で設定する方法(静的経路制御)と外部のプログラムよって自動化す
る方法(動的経路制御)を学ぶ。動的経路制御の手法として、距離ベクトル型のアルゴリズムを解説する。
参考文献
• 文献[2] 第12章：経路制御アルゴリズムの考え方
• 文献[4] 第2章 ルーティングの概要、第4章 RIP
• 文献[5] 第5章Why Is RIP So Simple?
• 文献[10]、文献[11]
第6回：RIP
目標 RIPの解説を通して、距離ベクトル型の経路制御アルゴリズムへの理解を深める。また、実装上の問題を理解 する。
概要 距離ベクトル型経路制御プロトコルとしてRIPを紹介する。RIPの実装上問題となる無限Count問題を述べ、
スプリットホライゾン、トリガードアップデートによる解決方法を解説する。RIPには、収束が遅い、ループ が発生する危険があるといった短所と、実装が簡単なため多くの機器で利用できる長所があることを理解する。
実践として、教室内でRIPを用いたネットワークを構築する。事前に配布するプログラムを用いて、それら が協調して動作する様子を学ぶ。
参考文献
• 文献[2] 第12章：経路制御アルゴリズムの考え方、第14章：経路制御プロトコル詳説
• 文献[3] 第9章RIPによるルーティングへのシンプルなアプローチ
• 文献[4] 第4章RIP
• 文献[5] 第5章Why Is RIP So Simple?
• 文献[10]、文献[11]
第7回：リンクステート型経路制御
目標 リンクステート型の経路制御アルゴリズムを理解する。
概要 リンクステート型の経路制御において、各ルータがリンク情報を作成し、それをネットワーク全体に配布し、
Dijkstraのアルゴリズムを用いて経路計算を行うことを理解する。距離ベクトル型の経路制御に比べて、リン
クステート型の経路制御が持つ長所と短所を理解する。
参考文献
• 文献[2] 第12章：経路制御アルゴリズムの考え方
• 文献[4] 第3章OSPF
• 文献[5] 第6章Why Is OSPF So Complex?
• 文献[12]、文献[13]
第8回：OSPF
目標 OSPFの解説を通して、リンクステート型の経路制御アルゴリズムへの理解を深める。
概要 OSPFの仕様をポイントを絞って解説する。OSPFのHelloプロトコルの仕様を述べ、各ルータがリンク情報 を作成する課程を説明する。各ルータが作成したリンク情報をfloodingを用いてネットワーク全体に配布する 機構を述べる。また、各ルータにおけるSPF計算の機構を述べ、Dijkstraのアルゴリズムがどのように実装 されているか解説する。また、OSPFにおけるエリアの概念を説明し、ルーティングの階層化を理解するため の導入とする。
実践として、教室内でOSPFを用いたネットワークを構築する。事前に配布するプログラムを用いて、それら が協調して動作する様子を学ぶ。
参考文献
• 文献[2] 第12章：経路制御アルゴリズムの考え方、第14章：経路制御プロトコル詳説
• 文献[3] 第8章OSPFを用いたルーティング
• 文献[4] 第3章OSPF
• 文献[5] 第6章Why Is OSPF So Complex?
• 文献[12]、文献[13]
第9回：AS間経路制御
目標 ルーティングの階層化とASの概念を理解する。パスベクトル型経路制御機構のアルゴリズムを理解する。
概要 現在のインターネットがASの集合によって構成されていることを学ぶ。また、IGPとEGPの違いについて 理解し経路制御プロトコル間で経路情報をimport、exportする手法を説明する。AS間の経路制御プロトコル としてBGPを紹介し、その仕様からパスベクトル型の経路制御アルゴリズムを理解する。また、AS間の相 互接続方式として、Point-to-Pointで接続する方式とIXを経由して複数のASが同時に接続する方式を述べ、
回線費用やAS間におけるホップ数の削減などIXのメリットを解説する。
参考文献
• 文献[4] 第5章BGP
• 文献[5] 第9章With BGP and CIDR Toward the World Wide Internet、第11章Policy Routing
• 文献[7]、文献[14]
第10回：インターネット接続
目標 企業や家庭からのインターネット接続について学び、インターネットの末端における経路制御を理解する。
概要 現在、従来よりも広帯域なインターネット接続が次々と提供されている。その例として、本講では光ファイバー 接続、DSL接続、衛星インターネット接続を紹介する。プライベートアドレスとグローバルアドレスの違いを 述べ、NATを用いたグローバルアドレスの共有手法を説明する。ローカルネットワーク、ISPネットワーク、
AS間ネットワークの階層構造を学び、End-to-Endにわたる経路を理解する。
参考文献
• 文献[16]、文献[17]、文献[18]
第11回：ケーススタディ
目標 実際に用いられているネットワークの構成を理解する力を身に付ける。
概要 これまでの講義で解説した機器やシステムが、実際のネットワークの中でどのように運用されているか解説す る。具体例としてCNSとWIDEネットワークをあげる。WIDEネットワーク内のルータが持つ経路数やイン ターネットにおける総経路数を示し、現在のネットワークの規模を解説する。
課題 指定したトポロジにおいて、各ルータが持つべき経路表を作成する。同トポロジ上で指定したリンクが切断さ れた場合、RIPとOSPFがどのように経路を再構築するか述べる。
参考文献
• 講師が作成したネットワーク構成図を用いる。
第12回：SNMP
目標 SNMPの仕様とともに利用方法を学ぶ。
概要 SNMPは、ルータやコンピュータ、端末など、ネットワークに接続された通信機器をネットワーク経由で監視 や制御をするためのプロトコルである。SNMPによる制御の対象となる機器はMIBと呼ばれる管理情報デー タベースを持っており、管理を行う機器は対象機器のMIBに基づいて適切な設定を行う。授業では、SNMP の基本的な仕様とともに、MIBの構成を紹介する。
参考文献
• 文献[1]第25章 SNMP: Simple Network Management Protocol
第13回：エンドノードでの測定
目標 エンドノードにおいて実行可能な測定方法を理解する。
概要 インターネットでは、end-to-end間での通信を基本としている。授業では、エンドノードにおいてtcpdump、
ping、tracerouteなどの基本的なアプリケーションの利用方法と共に、それらを構成する技術を紹介する。
課題 tcpdumpを実行し、その結果を解析して下さい。
参考文献
• 文献[1] Appendix A. tcpdump
• 文献[19] Visual Route Software 第14回：ルータでの測定
目標 インターネットにおける途中ノードでの測定を理解する。
概要 SNMPなどを利用した一般的な測定方法を学ぶ。測定ツールとして一般的なMRTGなどを紹介する。また、
IETF(Internet Engineering Task Force)におけるこの分野の最新の動向を述べる。
参考文献
• 文献[20] MRTG (The Multi Router Traffic Grapher)
• 文献[21] IETF (Internet Engineering Task Force)
• 文献[22] IETF psamp working group 第15回：まとめ
目標 今までの授業の復習を行う。
概要 第1回〜第14回の復習
参考文献
[1] W.Richard Stevens著，橘康雄訳，井上尚司監訳，“詳解TCP/IP”，ソフトバンク，1997 [2] Radia Perlman著，加藤朗監訳，『Interconnections第二版』，ソフトバンク，2001
[3] Stephen A.Thomas著，塚本 昌彦,春本 要訳，『次世代TCP/IP技術解説』，ソフトバンク，2001 [4] 友近 剛史,池尻 雄一,小早川 知昭著,『インターネットルーティング入門』，翔泳社，2001
[5] Christian Huitema著，“ROUTING IN THE INTERNET(second edition)”, PRENTICE HALL, 2000 [6] Craig Partridge著，西田竹志監訳，『ギガビットネットワーク』，ソフトバンク，1995
[7] ジョンW.スチュワート3世著，許先名，南正樹訳，『BGP4ドメイン間経路制御プロトコル』，ピアソン・エデュ ケーション, 2000,
[8] バッサム・ハラビ著，松島栄樹，岡薫，インターネット総合研究所 訳，日本シスコシステムズ監修，『インター ネットルーティングアーキテクチャ』，，プレンティスホール，1998
[9] Mark A. Miller著,トップスタジオ訳,宇野俊夫監修,『SNMPインターネットワーク管理』，翔泳社, 1998 [10] C.Hedrick，“Routing Information Protocol”，IETF RFC1058
[11] “RIP Version 2 Carrying Additional Information”, RFC1388, 1993 [12] John T.Moy, “OSPF Version 2”, IETF RFC2328 Addison Wesley, 1998 [13] John T.Moy, “OSPF anatomy of an Internet Routing Protocol ”,1998
[14] Y. Rekhter，T. Li. March，“A Border Gateway Protocol 4 (BGP-4).”，IETF RFC1771，1995
[15] “An Ethernet Address Resolution Protocol - or - Converting Network Protocol Addresses to 48.bit Ethernet Address for Transmission on Ethernet Hardware”, RFC826, 1982
[16] “http://www.sfc.keio.ac.jp/itc/flets”
[17] “Yahoo BB”, http://bbpromo.yahoo.co.jp [18] “http://www.watch.impress.co.jp/broadband”
[19] “Visual Route”, http://www.visualroute.com/
[20] “MRTG : The Multi Router Traffic Grapher”, http://people.ee.ethz.ch/ oetiker/webtools/mrtg/
[21] “Internet Engineering Task Force”, http://www.ietf.org/
[22] “IETF psamp working group”, http://www.ietf.org/html.charters/psamp-charter.html
