インターネットは どのように変化するか ～幾つかの話題～

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1 インターネットは どのように変化するか ～幾つかの話題～
インターネットは どのように変化するか 　 ～幾つかの話題～ 後藤滋樹 早稲田大学　理工学術院

2 これまでの変化 1969 インターネットの誕生 1983 プロトコルをＴＣＰ／ＩＰに変更 1984 ドメイン名を導入
1969 インターネットの誕生 プロトコルをＴＣＰ／ＩＰに変更 ドメイン名を導入 商用インターネットの解禁 (1991) Ｗｅｂの隆盛 （日本）

3 ２００８年（第２４回）日本国際賞受賞者 「情報通信の理論と技術」分野
１９６９年　APRAnet誕生 ２００８年（第２４回）日本国際賞受賞者　 「情報通信の理論と技術」分野 Vinton Gray Cerf Robert Elliot Kahn

4 もしも４人が受賞できたら Leonard Kleinrock　and Lawrence G. Roberts

5 なぜクラインロック博士が？ 当時のパケット通信は遅い コンピュータの性能が低かった そんな通信は使い物にならない
誰もプロジェクトを引き受けない 専門ではないクラインロック先生が引き受けた 1969年当時にUCLA博士課程の院生であった Kilnam Chon先生（韓国KAIST）談．

6 1983年 TCP/IPに変更 本来は1983年1月1日を期して 一斉に切り替える予定であった 実際には数ヶ月を要した
次第にNCP（古いプロトコル）の 大学は通信の相手が減っていく Robert Kahn博士談 Date Hosts 08/ 05/ 08/ 10/1984　　1,024 10/1985　　1,961 02/1986　　2,308 11/1986　　5,089 ；

7 1984年 ドメイン名の導入 1984年のメールアドレス sg@sail.arpa （注：sail=Stanford AI Lab）
1984年　ドメイン名の導入 1984年のメールアドレス （注：sail=Stanford AI Lab） 切替後のアドレス 利用者から不満が続出 しかしネットワーク管理者が説得 経験則：1,000個を越えると名前が衝突する

8 1990年 商用ネットワークの解禁 それまではＡＵＰ acceptable use policyで厳格に運用されていた
スタンフォード大学の Gay and Lesbian Club事件 ＭＩＴの模型飛行機事件 米国においても1980年代にはネット販売、ネット広告は存在しない 後藤, 外山 「インターネット工学」 コロナ社, 2007.

9 1994年 Ｗｅｂの隆盛 日本におけるWebサーバの数（高田・坂本・佐藤氏による）
1994年　Ｗｅｂの隆盛 日本におけるWebサーバの数（高田・坂本・佐藤氏による） 尾家, 後藤, 小西, 西尾 「インターネット入門」 岩波書店, 2001.

10 これからの変化 （の可能性） 構造の変化 新世代ネットワーク 金融とネットワーク

11 １．構造の変化 これまで便利に使ってきたIPv4アドレスを 新規に割り当てることができなくなる

12 IPv4 アドレス在庫枯渇問題 そもそも、どのような問題なのか？ http://www.nic.ad.jp/ja/ip/ipv4pool/
地域インターネットレジストリ(RIR)における 未分配の IPアドレス の在庫がなくなる ＲＩＲ

13 いつ頃に枯渇が予想されるか http://www.potaroo.net/tools/ipv4/index.html
Projected IANA Unallocated Address Pool Exhaustion: 23-Jun-2011 Projected RIR Unallocated Address Pool Exhaustion: 12-Oct-2012 Geoff Huston

14 ＪＰＮＩＣによる別の推計法 ＲＩＲに対応する世界の５地域について、次の要因でＩＰｖ４アドレスの需要予測を行う
政府最終消費支出 政府による消費財への支払い、公務員の給料 総固定資本形成 総固定資本形成=民間住宅投資+民間設備投資+公共投資 インターネット利用者数 ブロードバンド利用者数 電子商取引市場 ５地域の合計による枯渇予測時期は前のスライドの時期よりも少し 早い

15 枯渇すると誰が困るのか 現在のインターネットが直ちに停止する訳ではない
新しく IP アドレスの割り当てを受けることが できなくなる 　IANA  APNIC  JPNIC  ISP  利用者 新しい利用者は、どのような対策をとるか その利用者と通信をするために既存の設備を変更する必要があるのか、ないのか

16 どのような対策があるのか（１） 割り当てを受けているのに使っていないアドレスを返却してもらう
未利用のアドレスを流通させるために IP アドレスの 取引市場 を設けるという提案がある

17 問題点（１） 回収によって再利用が可能となると想定されるアドレス規模は、多くても世界的なアドレス需要の 数ヶ月分 に過ぎないと思われる。 参考文献 [1] JPNIC「IPｖ４アドレス在庫枯渇問題に関する 検討報告書（第一次）」　p.39, 2007年12月.

18 どのような対策があるのか（２） NAT を用いてグローバルな IP アドレスの 必要個数を減らす NAT
NAT

19 問題点（２） プライベートアドレス＋ＮＡＴでは、グローバルアドレスと同じサービスが出来ない場合がある （ＩＰ電話、テレビ会議、Ｐ２Ｐ応用など） 次のスライド 従来のＮＡＴが対応してきた実績は数万利用者の規模である 既にＮＡＴを用いている利用者を、さらにＮＡＴを用いて収容する場合には、多段のＮＡＴとなる。プライベートアドレスの 衝突 の可能性がある。

20 ＮＡＴによる変換 Network Address Translator, Network Address Port Translator (NAPT). グローバルアドレス NAT 　　　　　　　プライベートアドレス ～ /8 ～ /12 ～ /16

21 NAT越え (NAT traversal) 国際会議論文: Yuan Wei, D. Yamada, S. Yoshida and S. Goto, A New Method for Symmetric NAT Traversal in UDP and TCP, APAN Network Research Workshop 2008, pp.11—18, August, 2008.

22 どのような対策があるのか（３） IPｖ６ を用いれば膨大な数の IP アドレスを 利用することができる
そもそも IPｖ６ は、IPv4 アドレスが不足する ことを見越して設計されている IPｖ４　　３２ビット ＝ 232 　約４０億 IPｖ６　１２８ビット ＝ 2128

23 問題点（３） 新規に IPv6 で利用を開始するクライアントはそのままでは IPv4 のネットワークに接続できない（トランスレータなどが必要） 新規の IPv6 のサーバはクライアントが IPv6 対応にならなければサービスを提供できない 利用者のアクセス回線が事業者に依存する場合がある 次のスライド

24 アクセス網提供事業者 フレッツはトンネルを使う トンネルとは、パケットを他のパケットのデータとして包み込んで（カプセル化）送ること 「NTT西のフレッツはNTT東とどう違う？」 IPpro IP IP IP IP

25 ＩＰｖ４ と ＩＰｖ６ の混在時代 ある論者は地下鉄と地上の鉄道の譬え話を使って相互乗り入れの難しさを指摘している J. Bernstein, and 新山 駅の名前の文字数が制限されているとする いずれ駅が足りなくなる（IPv4枯渇） そこで大規模地下鉄を作る（IPv6） ただし相互に乗り入れるためには変換が必要となる(translate)

26 IPv4 と IPv6 のデュアルスタック 現在のインターネットで IPv6 が利用できる機器は、大抵 IPv4 も使用することができる デュアルスタック　　　　　　　　MAC OS の例 そのままの方法で IPv6 を拡大するのでは IPv4 のアドレスが相変わらず必要になる 過渡期にはtranslatorがIPv4, IPv6の橋渡し をする

27 CPE: Customer Premises Equipment

28 デュアルスタック IPv6アドレス + プライベートIPv4アドレス
IPv4枯渇の最終解はIPv6 IPv6アドレスでの接続を提供 IPv6対応出来ない古いサーバ、古いWindowsのために IPv4の接続も最低限のレベルで維持 IPv4アドレスが枯渇するので、少量のIPv4をISPのNATにより共有してやりくりする IPv4プライベートアドレスでの接続を提供 IPv4の接続はISPのNAT経由となり多くの制限がある。P2Pなどのアプリケーションを使うためには最終的には IPv6 対応が必要

29 JPNIC 報告書 [1] の結論 アドレス回収、ＮＡＴによるグローバルアドレスの削減、いずれも限定的な効果に留まる
本格的な解決は IPv6 の導入 ただし、IPv4 と IPv6 の相互接続を可能とするように、トランスレータ、デュアルスタックなどの準備を進めなければならない ※　用語だけを紹介します IPv6を使わないアドレスの拡大方法： ＬＩＳＰ Locator/ID Separation Protocol

30 ２．新世代ネットワーク 次世代ネットワーク と 新世代ネットワーク 2つの類似用語

31 次世代ネットワーク（ＮＧＮ） NGN 従来の交換機による電話網をIP技術で構築 現在、進行中である
課題がある 品質基準を定める（標準化） システムを安定に運用する

32 新世代ネットワーク NWGN GENI, FIND, FIRE, EuroFGI, Future Internet
日本のフォーラムが設立された 研究の中心機関はNICT ( AKARIプロジェクト

33 評判のデモ（Open Flow Demo at SC 08）
movie by Jin Tanaka

34 スタンフォード大学のボード NetFPGA-1G Hardware
Xilinx Virtex-2 Pro FPGA PCI Host Interface SRAM DRAM 4 * Gigabit Ethernet ports

35 フローベースのルータ, スイッチ hash table フローとは共通制御情報を持つパケット列
routing table flow data フローとは共通制御情報を持つパケット列 flow = <Protocol, IPa, PORTa, IPb, PORTb>

36 メモリを使わないルータ 従来型: 駐車場モデル queue フロールータ： コネクション型, 遅延なし

37 Open Flowの課題 今までのところ大規模に試用されていない セキュリティ対策は十分か？ パケット型と電話型（コネクション）の中間

38 Anagran FR-1000 Caspian Networks NEC NetFPGA

39 ３．金融とネットワーク ロスチャイルドの逸話 １８１５年 ワーテルローの戦い イギリス・オランダ・プロイセン連合 対 フランス（ナポレオン）
ロスチャイルドの逸話 １８１５年　ワーテルローの戦い イギリス・オランダ・プロイセン連合 　　　　　　　　　　　　　 対　フランス（ナポレオン） イギリス国債　　　 Nathan Mayer Rothschild 売りか、買いか：　ネイサンの逆売り 一日の長 国債の６２％を購入 自己資産が２５００倍に　　　　　　　wikipediaなど

40 エコノミストは言いたい放題 コンピュータを安く使えるようにしてしまった 人間を修理する人は偉いように思われ、 ものを修理する人が軽んじられる
それにしても金融を軽視していた 実は金融市場とネットワークが似ている

41 大恐慌の再来か? Phrase used by Paul Robin Krugman
JP 製造会社 輸出 Classification by Kazuo Mizuno

42 巨大な金融経済と実物経済の比較 financial asset = market capitalization
US Investment Bank JP Export Company financial asset = market capitalization +bonds outstanding +money supply Kazuo Mizuno, and Mitsubishi UFJ Securities, graph redrawn by S.Goto

43 金融市場とネットワーク 穏やかな変化 正規分布 多くの従来の経済学の前提 急激な変化 べき乗分布 最近注目されている主張

44 ブラックショールズ Black–Scholes
The Black–Scholes model is a mathematical model of the market for an equity, in which the equity's price is a stochastic process. The Black–Scholes PDE is a partial differential equation which (in the model) must be satisfied by the price of a derivative on the equity. The Black–Scholes formula is the result obtained by solving the Black-Scholes PDE for European put and call options.

45 Black–Scholes dSt = μStdt+ σStdWt
Merton and Scholes received the 1997 Nobel Prize in Economics for this and related work. Black was ineligible for the prize because of his death in 1995. dSt = μStdt+ σStdWt The price of the underlying instrument St follows a Wiener process Wt with constant drift μ and volatility σ, and the price changes are log-normally distributed: ブラック-ショールズモデルとは、1 種類の配当のない株と 1 種類の債券の 2 つが存在する証券市場のモデルで、時刻 t における株価 St と債券価格 Bt が dSt = St(σdWt + μdt), Bt = exp(rt) , r,σ,μは定数 , Wtは標準ブラウン運動, を満たすものをいう。 ja.wikipedia.org/wiki/ブラック-ショールズ方程式

46 Network Traffic Our diffusion equation is similar to that taken by Black and Scholes who modeled the option pricing behavior as a geometric Brownian motion. Yoshitaka Takahashi, A branching Poisson Process Input Finite-Capacity Queueing System for Telecommunication Networks, Waseda Commercial Review, vol.391, pp.105—116, Dec 2001.

47 フラクタル と マルチフラクタル Benoit B. Mandelbrot, A Multifractal Walk Down Wall Street, Scientific American, February Benoit B. Mandelbrot and Richard L. Hudson, The (Mis)behaviour of Markets: A Fractal View of Risk, Ruin, and Reward, 2004. (In Japanese, Econophysics) 高安秀樹「経済物理学の発見」 光文社新書 １６７, 2004.

48 Random Walk vs. Fractal A Multifractal Walk Down Wall Street
Burton G. Malkiel, Random Walk Down Wall Street: The Time-Tested Strategy for Successful Investing

49 フラクタル　Fractal Koch curve ja.wikipedia.org/wiki/コッホ曲線

50 ネットワークの流量変動 histogram X (ti) Pr [X (ti) = x] asymmetric ti X (ti)
Tatsuya Mori, PhD Thesis, Waseda Universtiy, 2005 histogram Captured Packets X (ti) Pr [X (ti) = x] asymmetric ti X (ti) histogram normal distribution (fGn model) X (ti) Pr [X (ti) = x] 　symmetric ti X (ti)

51 Power Function (High volume AS numbers) ベキ乗
Naoki Arai and Shigeki Goto, Traffic Analysis Based on Autonomous System Numbers , IWS2000, Internet Workshp 2000 pp , February 16, 2000.

52 ネットワークトラフィックの ローソク足チャート
清水奨, 福田健介, 廣津登志夫, 菅原俊治, 後藤滋樹, “ローソク足チャート を用いたTCP トラフィックの表示法”, FIT2004, 情報科学技術レターズvol.3, pp , 2004 年9 月.

53 教訓 新しい理論を用いても株価の予測はできません 従来の理論はリスクを低く見積り過ぎている
ネットワークのトラフィック: 料金の95% ルール（SLA）は合理的か？

54 正規分布と非正規分布 穏やかな正規分布の時代 激変の非正規分布の世界 人間の行動がマシンによって増幅 金融市場 ネットワークトラフィック
それにしても視覚化の遅れ デイトレーダが見ている画面は古典的

55 穏やかな変化で済みますように！ IPv4在庫枯渇 Geoff Huston氏のコメント