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1 情報ネットワーク 課題レポート 模範解答 身の回りで、階層化されている物事を 1 つあげて、その階層構造を説明 せよ 課題のポイント – 機能が階層ごとに分割されているか – 同じ層でのやりとり(プロトコル)があるか – 上位層と下位層での情報のやりとり(インタフェース)があるか –
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第1章 ネットワークとコミュニケーション 第2節 ネットワークのしくみ 2 ネットワークを支える技術 (教科書 p36 ~ p37) 今日の用語  モデム (modulator/demodulator:modem)  IP アドレス (internet protocol address)  ドメインネーム.
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評価方法 中間レポートと、期末レポート 出席はとらないが、、、 質問やコメントを義務付ける 期中、講義に関する技術的な内容の質問やコメントを最低2回、授業中に行うこと よい質問やコメントは、成績の加点対象 質問者は、講義終了後に名前と学籍番号を申告のこと

インターネットインフラ特論 8.ルーティング:IGP、ポリシー、マルチホーミング、モビリティ 太田昌孝 mohta@necom830.hpcl.titech.ac.jp ftp://chacha.hpcl.titech.ac.jp/infra8.ppt

ルーティングとは? パケットを経路表に従って中継すること ネットワークの知性である インターネットの経路表は、ルーティングプロトコルにより自動生成 障害部分は自動的に避ける ネットワークの知性である エンドツーエンド原理違反? 必用最低限はしょうがないが、、、

インターネットの構造 CATENETモデル 多数の小さな(機器の数が少ない)データリンク層をIP(Internet Protocol)ルータで相互接続したもの

世の中=インターネット データ リンク層 データ リンク層 データ リンク層 R R データ リンク層 R データ リンク層 データ リンク層 R R :ルータ CATENETモデル

4バイト 4 ヘッダ長 パケット長 その他情報 IP(3層)ヘッダ 4層プロトコル ヘッダーチェックサム 送信者アドレス 受信者アドレス オプション(可変長、普通は存在しない) 送信者ポート番号 受信者ポート番号 トランスポート (4層)ヘッダ トランスポートヘッダの残りとペイロード IPv4パケットフォーマット

経路表 (Routing Table) ルータは経路表の検索結果に基づきパケットを次のルータに送出 経路表 (Routing Table) ルータは経路表の検索結果に基づきパケットを次のルータに送出 経路表は受信者アドレスで引く ある地域のホストが似たIPアドレスを持っていれば、経路表のエントリは1つで済む 経路の縮約(Route Aggregation) 経路表はアドレス範囲ごとに1エントリ

B0 (131.112.32.131) I0 B1 (131.112.32.132) I0 I1 B2 (131.112.33.133) I2 R0 R1 B3 (131.112.33.134) R0の経路表 R1の経路表 131.112.32.131 131.112.32.132 131.112.33.* I0 I1 I2 目的地 次 目的地 次 131.112.* I0  経路表の縮約

インターネットはなぜ定額か? 幹線が十分高速だから? 従量制課金は却って高くつくから? 品質保証がないから? 幹線が遅い時代でも定額制であった 従量制課金は却って高くつくから? 電話網では実際間接経費がほとんど 品質保証がないから? 電話網でも品質は通話相手しだい

インターネットが定額なのは 各通信が資源を占有しないから 事前の通信路設定(シグナリング)なし パケット単位に処理は完全に独立 各パケットは行き先アドレスを持つ 各ルータは行き先アドレスで経路表を引く 経路表のエントリは通信ごとには不要 経路表エントリも有限な資源 目的地ごとにすら不要 資源の占有には従量制課金が必要

クラス別ルーティング IPv4アドレスを5つのクラスに分類 クラスA、B、Cはユニキャストに クラスDはマルチキャスト、Eはリザーブ ユニキャストIPアドレスを前半(ネットワーク部)、後半(ホスト部)にわけ、ネットワーク(データリンク)単位でルーティング ホスト部全部1はネットワーク内ブロードキャストのアドレス ホスト部全部0はネットワーク自体のアドレス

ネットワーク部 ホスト部 クラスA 0~126 ネットワーク部 ホスト部 クラスB 128~191 ネットワーク部 ホスト部 クラスC 191~223 クラス別のIPアドレスの構造

クラス別ルーティングの問題点 個別データリンク内のホスト数は多くても数十程度 IPv4アドレス構造の細分が必用 クラスCでも大きすぎる ルート情報の不必要な増大 IPv4アドレスの不必要な消費 IPv4アドレス構造の細分が必用 サブネット

サブネット ユニキャストIPアドレスのホスト部を前半(サブネット部)、後半(ホスト部)にわける ネットワーク内ではサブネット(データリンク)単位でルーティング 1組織にクラスBアドレス1つでほぼ十分 ネットワーク外ではネットワーク単位でルーティング 外部にはルート情報は1つしかみえない

サブネット部 (10ビット) ホスト部 (6ビット) ネットワーク部 クラスB 131 112 32 132 ネットマスク (26ビット) 131.112.32.128/26 サブネット化IPアドレスの構造の例(東工大)

131.112.0.0/16 東工大 131.112. 32.0 /26 131.112. 32.128 /26 131.112. 255.192 /26 131.112. 0.0 /26 131.112. 32.64 /26

CIDR (Classless InterDomain Routing) (RFC1519) CIDR (Classless InterDomain Routing) (RFC1519) クラスA、B、Cの区別を撤廃 ルーティングプロトコルはネットマスク長も運ぶ 階層的アドレス割り当ての例 ISPにアドレスを256個割り当て ISP外部では/24でルーティング ISPは各顧客にアドレスを8個づつ割り当て ISP内部では32個の/29を個別にルーティング

IPv6アドレスのもともとの構造 強い階層構造 ISPレベルで2段階 個別加入者(Subscriber)は65536個のサブネットをもてる TLA (Top Level Aggregater) NLA (Next Level Aggregater) 個別加入者(Subscriber)は65536個のサブネットをもてる (Subscriber Level Aggregater) 各サブネット内は64ビットのアドレス

IPv6アドレスの構造 | 3| 13 | 8 | 24 | 16 | 64 bits | +--+-----+---+--------+--------+--------------------------------+ |FP| TLA |RES| NLA | SLA | Interface ID | | | ID | | ID | ID | | <--Public Topology---> Site <--------> Topology <------Interface Identifier-----> IPv6アドレスの構造

ルーティングプロトコル 経路表自動作成のプロトコル DV(Distance Vector)とLS(Link State)の2方式に大別 DV(Distance Vector)とLS(Link State)の2方式に大別 IGP(Interior Gateway Protocol)とEGP(External Gateway Protocol)に大別 RIP(RFC1056)、OSPF(RFC2328)、BGP(RFC1771)、、、

DV方式 ルータは自分に直結するネットワーク(サブネット)のルート情報を距離とともに発信 ルート情報を受け取ったルータは、距離を増やして他のルータに中継 同じネットワークへの複数のルート情報を受け取ったルータは、距離の小さいほうだけを他のルータに中継 最短距離の分散計算

DVの特性 各ルータの計算量が少ない 分散計算のため ルート情報が変化した場合の対応が遅い ループがあると特に

LS方式 ルータは自分に直結するネットワーク(サブネット)と他のネットワークとの接続状況を発信 接続情報を受け取ったルータは、そのまま他のルータに中継 各ルータは最短経路を個別に計算 エンドツーエンド原理に忠実

IGP お互いが完全に協力的な部分で利用 組織内、ISP内等のルーティング 相手のトラフィックはよろこんで運ぶ 最短経路を選べばよい

EGP 必ずしも利害が一致しない組織間のルーティング 相手のトラフィックを運ぶかどうかは交渉(バーター、お金等)しだい ポリシーによって経路を選択 といっても、あまり細かいことはやってられない

RIP (Routing Information Protocol) RIP (Routing Information Protocol) DV型のIGP 古い CIDR未対応 RIPv2(RFC2453)はCIDR対応 距離は0~15の整数(15は無限大) 昔は15で全世界インターネットが覆えた

2 R 2 3 0 1 3 ネットワーク 1 R R R 2 2 3 R 2 RIPの距離の伝搬

2 R 2 3 0 1 3 4 3 ネットワーク 1 R R R 2 3 4 2 3 R 2 RIPの距離の伝搬

2 R 0 1 2 3 2 3 3 4 3 ネットワーク R R R 2 3 4 2 3 R 2 RIPの距離の伝搬

2 R 4 3 2 3 3 4 3 ネットワーク 3 R R R 4 3 4 4 3 R 2 RIPの距離の伝搬

4 R 4 3 4 3 3 4 3 ネットワーク 3 R R R 4 3 4 4 3 R 4 RIPの距離の伝搬

4 R 4 5 4 3 3 4 5 ネットワーク 5 R R R 4 5 4 4 5 R 4 RIPの距離の伝搬

4 R 4 5 4 5 5 4 5 ネットワーク 5 R R R 4 5 4 4 5 R 4 RIPの距離の伝搬

OSPF (Open Shortest Path First) OSPF (Open Shortest Path First) LSのIGP 全ルータが同じ情報をもとに各目的地への最短経路を計算 ネットワーク ネットワーク R R D ネットワーク R R

BGP (Border Gateway Protocol) BGP (Border Gateway Protocol) DVのEGP AS(Autonomous System)間で利用 距離ではなくASパスを利用 それまで経由したASの列 どのASパスを選択するかがポリシー 実際にはASパスの短かさで決めることも多い ASパスにはループがないので収束が速い? ボーダールータ間はTCPで通信 ASに属するアドレス範囲とASパスを交換

AS 2 B B 1-2 1 1-3-4 AS 1 AS 4 1-3 1-3-4 B B B 1 1-3 AS 3 B B ASパスとポリシー(AS1はAS2よりAS3を好む)

AS 2 B B 1 1-3-4 AS 1 AS 4 1-3 1-3-4 B B B 1 1-3 AS 3 B B ASパスとポリシー(AS2はAS1に協力しない)

AS 2 5 6 B B 5-1-2 6-1-2 5-1 6-1 B 5-1-3-4 6-1-2-4 AS6へ AS 1 AS 4 5-1-3 6-1-2 B B B AS5へ 5-1 6-1 5-1-3 6-1-3 AS 3 B B ASパスと負荷分散

ルーティングレジストリ BGPの設定ミスは容易に全世界に波及 どのアドレス範囲がどのASに属するかは、ルーティングレジストリとして管理 BGPの設定誤りをチェックできる 誤った情報は伝搬しない あるアドレス範囲は一つのASにしか所属しない エニキャストが難しい?

エニキャスト(anycast) 1つのアドレスを複数のホストで共有 エニキャストアドレス向きのパケットがどのホストで受け取られるかは、ルーティングプロトコルで決まる IGPでは最寄り EGPではポリシーにより選択可能 エニキャストASを使う エニキャストアドレスごとにルーティングテーブルを1個消費

エニキャストの応用 (DNSルート)サーバーの分散 緊急通信 位置情報を得る(後述)

An Example (AS-pathes at C) RS-A-C RS-D-C RS-F-C RS-G-E-C RS-G-E-B-C D RS RS A C F G RS RS-A-C E B RS A ~ G :Usual ASes RS-B-C RS-B-E-C : ASes (AS#=RS) containing a : root server with anycast address RS インタードメインエニキャスト

Another Approach: Intradomain Anycast with a Large AS The Large Organization RS RS RS RS RS RS Rest of the Internet

Even if the large organization(s) were the reality... RS RS RS RS RS RS RS RS RS RS RS RS Can the geographically and topologically large organization have rich and robust internal connectivity? Or, does the organization advertises a route to RSes only? But...

The Extreme Case RS RS No Large Organization RS RS RS RS RS RS RS RS

Anycast RS with Unique Addresses Next Hop AS Virtual Interface with a anycast address Anycast RS Peering Physical Interface with an IP address of next hop AS Anycast AS = Anycast Root Server

Dynamic (or static) routing of globally unique IP addresses of the Next Hop AS Next Hop AS Anycast AS Peering RS BGP announcement of anycast route IGP announcement of unicast routes Anycast AS != Anycast Root Server

エニキャストと緊急通信 同じIPアドレスで、ある団体(消防、警察等)の自分の最寄の支所と交信したい エニキャストを使えば、そのまま可能 電話網の110番や119番 エニキャストを使えば、そのまま可能 最寄にルーティングしてくれる インターネット常時接続なら インターネットトポロジーと実際の地理は対応 ダイアルアップ(PPP)等ではうまくいかない

インターネット 実際の地理

電話網、ADSL網、地域IP網、NGN等 インターネット PPPサーバ 電話網、ADSL網、地域IP網、NGN等 実際の地理

デフォールトルート インターネット全体の経路表 全ルータが全経路をもつ必用なし 末端ではデフォールトルートを使う 現在は30万エントリ程度 4~5年前は10万エントリ程度 マルチホーミングにより着実に増加 全ルータが全経路をもつ必用なし 遅い通信路では全経路表は送れない 末端ではデフォールトルートを使う あとはネットワークまかせ

デフォールトルータ 経路表を得るにはIGPの理解が必用 普通のホストは経路表もつ必用なし? パケットはすべて手近のルータに送る ノードとルータの分離(IPv6) ノードではIGPの設定が不要になる パケットはすべて手近のルータに送る デフォールトルータ デフォールトルータは、別のルータを、ノードにICMP redirectで紹介することも

マルチホーミング 複数の上流ISPをもつ 信頼性のあるサービス(含ISP)には必須 どちらかがこけても大丈夫 信頼性のあるサービス(含ISP)には必須 IPv6ではNLISPは複数のTLISPに接続したいが、、、 ルーティングによるマルチホーミングではISPはTLAしかもてない

残りのインターネットへ ISP A ISP B マルチホーム サイト シングルホーム サイト H

1 1 1 1 1 TLI 2 3 3 2 2 NLI 5 3 8 2 4 Subscribers Number of Prefixes with E2E Multihoming

残りのインターネットへ ISP A ISP B マルチホーム サイト シングルホーム サイト H ルーティングによるマルチホーミング 131.112.0.0/16、 131.113.0.0/16 131.112.0.0/16 ISP A ISP B 131.113.0.0/16 131.112.0.0/16 131.112.0.0/16 マルチホーム サイト シングルホーム サイト H ルーティングによるマルチホーミング

エンドツーエンド マルチホーミング ホストは複数のアドレスをもつ ホストは通信相手の複数のアドレスを自分で試す どれかでつながれば通信は成立 通信中にタイムアウトなどがおきれば、他のアドレスを試す ルーティングによるマルチホーミングは不要

残りのインターネットへ ISP A ISP B マルチホーム サイト シングルホーム サイト H エンドツーエンドマルチホーミング 131.0.0.0/8 133.0.0.0/8 ISP A ISP B 131.113.0.0/16 131.112.0.0/16 133.112.0.0/16 マルチホーム サイト シングルホーム サイト H 133.112.32.132, 131.112.32.132 エンドツーエンドマルチホーミング

マルチホーミングと デフォールトルート マルチホームASでデフォールトルートを使ったらあまり意味がない エンドツーエンドマルチホーミングでは、最適な相手アドレスの選択にルート情報を参考にしたい 各ホストが全ルート情報をもってこそエンドツーエンド原理にかなう IPv6では可能か?(駄目でした)

インターネットの今後 光ファイバーが中心 無線も捨てがたい 圧倒的な速度(1心で10Tbps) 無線幹線網(一対多通信) 衛星インターネット放送 放送網のコンテンツがキラーアプリに 無線アクセス網(配線不要) 携帯インターネット 電話網のコンテンツ(電話)がキラーアプリに

電波とインターネット 近距離(小電力) 長距離(大電力) 多数の基地局を設置 IPモビリティと組み合わせて携帯インターネットサービスを実現 1対多通信には電波は最適 衛星インターネットは速い?

携帯インターネット 携帯電話網は電話網でしかない 高速低額常時接続定額の固定インターネットに無線機を接続すると 128バイト0.3円だと、64Kbpsで1秒20円 高速低額常時接続定額の固定インターネットに無線機を接続すると 高速低額常時接続定額の無線インターネット 無線区間のセキュリティには一工夫必要 IP mobilityとの組み合わせで携帯インターネットに

携帯インターネット 無線インターネット+IP mobility 無線による同一基地局内の自由な移動 無線インターネット+IP mobility 無線による同一基地局内の自由な移動 IP mobilityにより、基地局の移動後も同じIPアドレスが使え、TCP接続なども保たれる

無線インターネット 固定インターネットが大前提 速くて安くて定額制の固定インターネットに速くて安い無線機を接続すると 安くて定額制の無線インターネットが実現 無線機の密度を十分高くすると 速くて安くて定額制の無線インターネットが実現

無線インターネットの 技術的課題 無線は不特定多数が使える 認証 暗号化 誰もがいつでもどこでもインターネットをつかえるのはいいが どこの誰なのか身元がわからないのは困る 犯罪捜査 課金 暗号化 本来はエンドツーエンド 無線上でパスワードを入力するような場合に便利

無線インターネットの セキュリティ RADIUSサーバでユーザごとの鍵を管理 ユーザはセッション鍵を生成、自分の鍵で暗号化して無線基地局に送る 無線基地局はRADIUSサーバにセッション鍵の解読を依頼 セッション鍵は認証と暗号化に利用可能

IP Mobility (RFC2002) 端末が移動しても、同じIPアドレスを使い続けたい 4つの要素 TCP接続なども維持 IP Mobility (RFC2002) 端末が移動しても、同じIPアドレスを使い続けたい TCP接続なども維持 4つの要素 HA:(Home Agent) FA(Foreign Agent) MH(Mobile Host) CH(Correspondent Host)、普通のホスト

Home Network ホームアドレス へパケットを送る HA CH トンネル Foreign Network ホームアドレスから パケットを受け取る MH FA 三角形型パケットのやりとり

Care of Address 2.確認 FA HA 3.確認 1.登録 MH 位置(Care of Address)の登録

モビリティのエンド HA MH FA? FAの位置を把握 FAにパケットをフォワード FAの位置をHAに登録 HAとMHを仲介するネットワーク中の機器 エンドツーエンド原理違反

Home Network ホームアドレス へパケットを送る HA CH トンネル Foreign Network ホームアドレスから パケットを受け取る MH+FA MHとFAの一体化

エニキャストによる 位置依存情報の提供 携帯インターネットアクセスでは 無線基地局でエニキャストアドレスを共有 普通のインターネットコンテンツは全て利用可 さらに、端末の位置依存コンテンツの可能性 無線基地局でエニキャストアドレスを共有 各基地局をサーバに コンテンツは基地局ごとに異なる エニキャストアドレスでコンテンツをアクセス 最寄の基地局のコンテンツ(位置依存)を取得

位置依存情報と プライバシー 携帯事業者が利用者の位置を把握可能 携帯事業者が利用者の位置を 携帯事業者は位置依存コンテンツを提供可能 他の事業者に教えるとプライバシー侵害 他の事業者は位置依存コンテンツの提供は困難 利用者自身に教えるのは問題なし 利用者がさらに他のコンテンツ事業者に教えるのも問題なし

1.コンテンツ アクセス 携帯 事業者 利用者 一般 コンテンツ 事業者 2.位置問い合わせ 3.位置を教える(プライバシー?) 1.コンテンツ アクセス 携帯 事業者 利用者 一般 コンテンツ 事業者 2.位置情報 付加リダイレクト 3.コンテンツ 再アクセス

まとめ (1) ルーティングプロトコルはネットワーク中の知性 エニキャストは便利 DVは分散計算 LSは全ルータが全情報を知る まとめ (1) ルーティングプロトコルはネットワーク中の知性 DVは分散計算 LSは全ルータが全情報を知る DVよりLSのほうが各ルータの自律性が強い よりエンドツーエンドに適合 BGPも各ルータの自律性性が強い エニキャストは便利

まとめ(2) デフォールトルートはルータを特別視 マルチホーミングはルーティングプロトコル(ネットワーク中の知性)に頼らずに エンドツーエンド原理違反 マルチホーミングはルーティングプロトコル(ネットワーク中の知性)に頼らずに エンドツーエンドマルチホーミング モビリティの問題点はセキュリティ(認証) モビリティのFAはネットワーク内部の機能