1. 本研究グループの目指すところ

1.1. 現状の問題点

エンドホストの高速化,アプリケーションのマルチメディア化,高度化 に伴って高まり続けるユーザのさまざまな通信品質(QoS: Quality of Service)要求を満たすためのしくみとして,インターネットの標準化団体 であるIETFにおいてIntServ(Integrated Services)ネットワークが標準化 され,将来のマルチメディアネットワークの基盤となることが期待された. しかし,すぐにスケーラビリティおよび現行のネットワークからの移行 (Deployment)に関する問題が指摘されるようになった.IntServの反省に 基づいて考案されたのがDiffServ (Differentiated Services)で,そこで はQoS保証はあきらめ,QoSに関するコネクション間の差別化にとどめること により,上述の2つの問題点は解決されたかに見えた.しかし,DiffServアー キテクチャについてもいくつかの問題点が指摘されており,広く利用される には至っていない.

上記2つのネットワークに共通する問題点は以下のようになる.IntServ ではQoS保証のために,送受信ホスト間のすべてのルータにおいてネットワー ク資源を確保する必要がある.そのために,途中経路をあらかじめ決めてお く必要があり,通信中にルータや回線の故障があるとそのしくみ自体が破綻 する.これはDiffServにおいても共通する問題である.特に,今後,モバイ ル通信技術が発展すると,たとえ故障が発生しなくとも,エンドホストの移 動によって,エンドホスト間のネットワーク資源は半固定的に存在するとい う仮定自体が成立しなくなってしまう.

一方,Webシステムに代表されるサーバ主体のネットワークの持つシステ ムの脆弱性,スケーラビリティの欠如,サーバボトルネックによる性能限界 などの問題を解決するものとして,エンドホスト間の直接的な通信によって サービスを実現するP2P(Peer-to-Peer)ネットワークが登場してた.P2Pネッ トワークを導入し,サーバ主体のWebシステムから脱却することによって, 耐故障性やスケーラビリティを確保できること,サーバを介さない「中抜き」 によってサーバやネットワークの初期導入コストや管理コストを削減できる こと,その結果,情報システムの運営者,管理者が不要になること,などが 期待できる.また,サーバを介さず,ユーザがさまざまなコミュニティに属 することができるようになるため,情報化時代における自律・分散・協調に よる主体的活動を促進できるようになる.

しかし,必要な情報を発見するためにネットワーク全体に問い合わせを フラッディングするピュア型P2Pと,メタ情報(情報そのものの所在を示す 情報)を管理するサーバを導入することにより検索効率を向上するハイブリッ ド型P2P の対比にみられるように,P2Pネットワークにおけるスケーラビリ ティと耐故障性,性能は相反の関係にあり,最終的な解決策はまだ得られて いないのが現状である.

以上の例にみられるように,ネットワークにおける一つ一つの問題を解 決するのは困難なことではない.ほんとうに難しい問題は,

  1. 現状におけるハードウェアやソフトウェア技術の限界を知り,また, 将来にわたる技術限界を予測しつつ,
  2. 現状,および,将来にわたって必要とされるネットワークサービス像 を明らかにした上で,
  3. 全体の調和を図るようなネットワークをデザインすることである.

これがネットワークアーキテクチャであり,その構築を行うことがわれ われの研究グループの目指すところである.

[上に戻る]

1.2. 将来のネットワークの方向性

今後のネットワークアーキテクチャに必要とされるキーワードは,以下 の3つと考えている.

  1. 拡張性(スケーラビリティ):インターネット利用人口の増加は言う までもなく,センサ機器の増大,情報家電の普及など,インターネットに 接続される情報機器端末の数は今後ますます増大する.また,それらの機 器は当然,モバイル環境において利用されることが前提になる.その結果, ネットワーク資源の管理方法も当然変化せざるをえず,また,ルータ数や エンドホスト数,ユーザ数の増大に対応可能としておく必要がある.
  2. 多様性:ネットワーク技術はますます多様化しています.無線LANや 第4世代 技術などによる無線回線,DSLやFTTH技術などのアクセス回線, ギガビットイーサなどのLAN,光通信技術によるバックボーン回線など, さまざまな高速化技術が開発されつつある.その結果,過去たびたび提唱 がなされてきたような単一のネットワークアーキテクチャによる統合ネッ トワークはもはや存在しえず,その結果,安定した通信回線をエンド間で 提供するような通信形態の実現もあり得ないということになる.また,情 報機器・デバイスの多様性からネットワークに流入するトラヒックの特性 はますます多様化する.
  3. 移動性:モバイル環境においては,利用者自身の移動を考慮しなけれ ばならない.そのためには,柔軟なネットワーク制御が必要になる.さら に,通信相手となる他の利用者にとっては,ネットワーク資源そのものの 移動や生成・消滅までもが頻繁に発生することを意味することになる.ま た,P2Pネットワークのように情報資源提供者がサーバではなく,ユーザ である場合,コンピュータをネットワークから容易に切り離すことも考え られる.さらにモバイル環境では,ルータ自体が移動する可能性がでてく る.

以上3つのキーワードを前提とした場合,「すべてのユーザの通信要求を 満たす」単一のネットワークアーキテクチャはもはや存在しえず,それより も,エンドホストの適応性(adaptability)向上を根幹とし,ネットワークは そのような適応性をサポートするための機構を提供することを基本原理とし ていく必要がある.そのためには,ネットワークの状態を自律的に知る必要 があり,ネットワーク計測技術を根幹したエンドホストの制御が必須になる. 一方,ネットワークは,エンドホストの適応性を前提とした自律的分散的制 御が重要になる.このような研究の方向性は,バックボーンのインフラスト ラクチャとなるフォトニックネットワークにおいても例外ではない.

インターネットはもともと分散指向といわれているが,実際にはそうで はない.例えば,IPにおける経路制御においてもルータ間の協調は必要であ り,集中処理をそれぞれのルータで行っているに過ぎない.それがネットワー クの耐故障性を弱めることにつながっている.すなわち,分散処理指向をさ らに推し進め,しかし,それによって損なわれるであろう資源利用の効率性 の向上については,エンドホストの現状のネットワークの状態に対する適応 性によって補償していく必要がある.その結果,今後も開発されていくであ ろう多様な通信技術に対応しながら,スケーラブルでかつ耐故障性に富んだ ネットワークが構築できるようになり,ユーザの多様な要求に対するサービ スが提供できるようになる.もちろん,そのためにはエンドホストの自律性 がますます要求されるようになり,それを前提としてネットワーク全体の調 和的な秩序が必要となる.実際,これは適応複雑系において議論されている ところであり,それらの知見を活かしていく可能性も見えてくる.

インターネットにおいては"End-to-End Principle"が繰り返 し強調されてきた.これは,

というものである.極論すれば,「通信機能はできるだけエンドノード において実現し,ネットワークはビットを運ぶことに徹する」ということに なる.この原則は"KISS: Keep it Simple, Stupid"とも呼ばれて おり,上述のネットワークは,インターネットの原点に戻り,それを一層推 し進めようというものである.

一方,ネットワークの価値を示す有名な法則として "Metcalf's law"がある."The value of a network in-creases exponentially with the number of nodes." すなわち,ネットワーク の価値はノード数(あるいは,ユーザ数)に対して指数的に増加するという ものである.すべてのユーザが直接的に通信できる場合,N をユーザ数とす れば,ネットワークの価値 V(N)~ N2ということ になる.Webシステムのクライアント/サーバモデルの発展によって,この 法則が崩れつつあった.その方向性を再び変えようとしているのがP2Pネッ トワークともいえる.ところが,P2Pネットワークにおいても,そのピアの 接続数を観察するとパワー則が観察され,複雑系の様相を呈していることが わかりつつある.このような現象の原因を解明できれば,耐故障性と最適性 や最適解への収束速度との関係が明らかにできると考えている.特に重要な 点は,インターネットは他の複雑系と異なり,制御可能なものであるという 点である.すなわち,インターネット自体が複雑系に関する巨大な実験場と 見ることができる.パワー則はインターネットのトポロジーなどでも「発見」 されており,それがなぜ現れるのか,適したネットワーク制御は何か,など を解明することができれば,得られた知見を他の複雑系に関する研究にフィー ドバックすることも将来的には可能であると考えている.

[上に戻る]