第１講ネットワークアーキテクチャ

2006/9/26

環境情報学部

湧川 隆次

連絡事項

授業について

全13回の講義火曜3時限(13:00～14:30)ι11にてSOIシステムを用いて行う

スタッフ紹介

講師

環境情報学部 湧川 隆次

ＴＡ

政策・メディア研究科修士課程1年 大薮 勇輝

ＳＡ環境情報学部3年 六田佳祐

環境情報学部3年 佐藤 龍

アーキテクチャとは？

授業の目的

ネットワークのアーキテクチャへの理解を深めるインターネットの要素技術をしっかりじっくり

インターネットのこれからと直面している問題点

アーキテクチャ的考え方を身に付けるインターネットの要素技術を題材に

複雑な事象を抽象化・モデル化

登場人物、役割、関係

未来の情報システムを設計できる力の育成

2006年度秋学期 授業日程 （前半）

09/26 アーキテクチャとは

10/03 インターネットアーキテクチャ

10/17 ルーティングアーキテクチャ

10/24 トランスポートプロトコル概説

10/31 トランスポートプロトコル詳説

11/07 インターネットの基本技術総まとめ進化するインターネットとその可能性中間テスト（範囲はこれまでの内容）

前半はインターネットの基本事項についてまとめ、最後にこれからのインターネットについて概説する

2006年度秋学期 授業日程 （後半）

11/14 Ｐ２Ｐネットワーク

11/28 移動体通信の基本

12/05 移動体通信の実現に向けて

12/12 アドホックネットワーク

12/19 ＩＰ電話のアーキテクチャ

01/09 リアルタイム通信技術詳説

01/16 遍在するネットワーク最終レポート提出

後半はインターネットの先端技術にフォーカスし、未来のインターネットアーキテクチャを示す

評価

評価ポイントは次の3点

中間テスト

授業レポート 1～2回程度を予定

最終レポート

中間テストは第1講-第6講から出題

インターネット技術の基本理解を問う

授業・最終レポート内容は適宜発表

この講義の位置付け

クラスター –環境情報系科目クラスター –環境情報系科目

インターネット時代のセキュリティインターネット時代のセキュリティ

大学院

汎用 –共通基盤科目汎用 –共通基盤科目

専門 –環境情報系科目専門 –環境情報系科目

学部

インターネット概論インターネット概論

ネットワークアーキテクチャネットワークアーキテクチャ

インターネット・オペレーションインターネット・オペレーション

インターネット構成法

インターネット構成法

インターネットの進化と可能性インターネットの進化と可能性

大事なこと

複雑な事象を分かりやすく考える練習登場人物・役割・関係

物事を抽象化し、必要な機能・サービスをデザイン個々の機能•サービスのアップグレードは全体のアップグレード新しいものへの対応が容易

この講義では

ネットワークを題材に、コミュニケーションを抽象化して考える

このような視点から、今のインターネットがどう動いているか

を理解すれば、未来のインターネットを作っていける！

アーキテクチャとは？

システムを構成する要素（登場人物）とその役割を明確にし、それらの要素同士の関係で表現されるシステム全体の構造

システムを全体として機能するためには必要不可欠な視点

洗練されたアーキテクチャを設計するには、洗練された抽象化が必要不可欠得手不得手があるためトレーニングが重要

アーキテクチャの要素

3要素を定義すること

登場人物

役割

関係

アーキテクチャー【architecture】（１）建築。建築学。建築様式。構造。（２）コンピューターを機能面から見たときの構成方式。記憶装置のアドレス方式，入出力装置の構成方式などをさす。一般に，同じアーキテクチャーのコンピューターには，ソフトウエアの互換性がある。デイリー新語辞典(三省堂)

抽象化

洗練された抽象化とは？いくら使っても真実だと思うコトワザのようなもの

（新しく出た問題などに対しても）応用が利く

洗練されていない抽象化とは？場当たり的な処理しか出来ない

新しく出た問題にはその都度モデルを再検討しなくてはならなくなる

洗練された抽象化の例自動車のハンドル・アクセル・ブレーキの仕組み

電話の「受話器を取る」「受話器を置く」手順

抽象化のレベル

抽象化する時のレベルが重要

抽象度を上げると物事が見え易くなる

抽象度を下げると最適なアーキテクチャが見えてくる

ちなみに、抽象レベルを上げると様々なものが近似する

フェラーリF40とVitz登場人物も役割も関係もほぼ一緒

登場人物のパフォーマすが違う

自動車とバイク

エンジンが付いてタイヤをまわす

自動車とバイクと自転車

シートとハンドルが付いて人を運ぶ

郵便局(抽象度:高)

送り主

受取人

郵便局

投函

配達

郵便局(抽象度:中)

投函

受取人配達

送り主 ポスト

ポスト

ポスト

地域郵便局

地域郵便局

地方郵便局

地方郵便局

地域郵便局

集荷運送

運送運送

郵便局

コンピュータのアーキテクチャ

明確な役割分担形が変われど中身は一緒

様々な分類が可能計算処理機能

入出力機能

表示機能

捉え方により分類方法も様々

携帯電話とラップトップ

ROKRPhone with itunesDrag and drop up to 100 songs Small & light – 3.77 ounces, (107 grams)Talk Time: up to 6.5 hours/Standby Time: up to 260 hoursVivid color displayBluetooth® wireless technologyU.S. and international capable – GSM 850/1900/1800 bands

POWERBOOK G4見たままのスマートさ

フェザー級チャンピオン

スピード設計

スクロールの味方

落下にも対応

グラフィック指向のデザイン

画面の広さがパワーになる

ワイヤレスでどこからでも

Bluetooth 2.0でよりスピーディに

iTunes 4.7.1。手持ちの音楽

を管理、共有して楽しもう。

http://www.makemedance.com/ http://www.apple.co.jp

抽象化が理解できれば

マシンとしてのアーキテクチャは一緒入出力

ディスプレイ

キーボード／10キーネットワーク無線、イーサーネット／GSM, Bluetooth

計算CPUやメモリ

携帯電話と計算機のアーキテクチャは相似形も利用目的も微妙に違うが、基本は一緒

携帯電話に、itunesが乗ろうが、ワードやpdfが開けようがもう驚かない

アーキテクチャが洗練されてると!?

効率的で応用可能なシステムが実現可能

新たな機能の追加が容易新たな登場人物および役割を追加

既存の登場人物と役割との関係を定義

問題や不備への対応が容易全システムを直す必要は無く登場人物や役割の見直し

規模性(スケーラビリティー)への対応オーバーフローしている登場人物を強化

オーバーフローしている役割を細分化

アーキテクチャは身近な物

コンピュータだけがアーキテクチャが必要なわけではない殆どのサービスやシステムの裏にアーキテクチャが隠れている

歴史をかけて洗練されたシステムに優れたアーキテクチャがある

郵便、電話、図書館、レストラン、お店

アーキテクチャは様々なレベルで捉えられるミクロ、マクロ

CPUアーキテクチャ、コンピュータアーキテクチャ、インターネットアーキテクチャ

昔の図書館

利用者(学生) 書籍書籍書籍

書籍書籍書籍

書籍書籍書籍

本棚(1)本を探す

(2)取り出す

窓口(学生当番)

(3)貸出をお願いする

(4)図書カード記録

(5)返却 (6)陳列

書籍書籍索引DB(紙メディア)

• タイトル• 著者

大学の図書館

索引DB

利用者(学生)

藤沢窓口(職員)

書籍書籍書籍

書籍書籍書籍

書籍書籍書籍

三田

書籍書籍書籍

書籍書籍書籍

書籍書籍書籍

藤沢

検索端末

全塾図書情報が格納

(5)返却

(1)検索

(2)取り出す

(3)貸出願い(4),(7)貸出状況反映

(6)陳列

電子図書館

Digital Library System

利用者1 検索端末

利用者2 検索端末

利用者n 検索端末

front-end

management

database video

account

referencedirectory

index

input(1)検索(2)検索

(3)検索

(4)閲覧

図書館アーキテクチャが伝えてくれること

アーキテクチャが出来ていれば、様々に応用可能

図書館のアーキテクチャは既に長い歴史をかけて洗練されてきている

デジタル化しても各機能の概念は同じ

ネットワーク化に依る新たな展開家から書籍にアクセス

本単位ではなくて記事単位でのアクセス

システムの更新が容易抽象化した各機能をアップグレードしているだけ

紙でやっていたところをデジタルに

各機能を更新することで全体のアップグレードに直結

抽象化の視点は？

システムやサービスを実現するアーキテクチャのために、抽象化を行う

再起的な抽象化が可能

分類後にさらに機能分け

様々なレベルがある

抽象化にはいくつもの視点があるユーザ vs 管理者

簡単なモデルから考えてみよう！

登場人物： Aくん、Bくん糸電話： 話す or 聞く のどちらかしかできない

Q. 二人が話すとき、どんなルールが必要？

二人が同時に話さないためには？

二人が同時に聞こうとしないためには？

聞く

話す

糸電話のルール

交代で話す

話終わったら、「どうぞ」と言う

どちらから話始めるかはちょっと問題何か聞こえるまで待ってみる?受話器に「先」「後」とあらかじめ書いておく?

そもそもお互いに通じる言語じゃないとだめ

英語/日本語？僕が先？ English/Korean? I’m first?

アーキテクチャとしてモデル化

交代方法は？どっちが先？ 通話ルール

言語 通話までうまくいった上の問題

How are you ? Fine ! Thanks.

通話ルール

英語 日本語

通話ルール

英語 韓国語

基本的な電話のアーキテクチャ

受話器を取ると交換機から電流が流れ、電話回線が繋がる。

電話のネットワークアーキテクチャ

もし電話の相手が一人だけなら

二人の間に電話回線を引けばOK

電話のネットワークアーキテクチャ

しかし電話の相手が複数だと

各相手ごとに電話回線を引かなければならない。

電話のネットワークアーキテクチャそこで、中央の交換機が電話回線を切り替えることによってコミュニケーションを仲介する。

交換機

電話のネットワークアーキテクチャー

交換機は更に中継交換機に接続されて広域に広がる

加入者交換機

加入者交換機

中継交換機

地域1

地域4

地域3

地域2

中継交換機中継回線

加入者交換機

加入者交換機

登場人物と役割を整理してみよう

発信する電話機

番号の送信、音声の送受信

受信する電話機

着信、音声の送受信

発信・着信の応答、中継交換機へ接続、音声の中継加入者交換機

中継交換機

交換機同士の接続、音声の中継

もう一度さっきの電話網を見てみよう

交換機

交換機

交換機

交換機

繋がっているもの：→電話,FAX,交換機

流されるデータ：→音声、ＦＡＸ

インターネット

なんでこんなに発展したか？

シンプルな通信モデル終端にあるのはコンピュータ

繋がってればなんでもいい！

中継するのもコンピュータ

特殊な装置はいらない！

送るのはデジタルデータ

音声・画像・動画なんでもこい！

コンピュータ同士に上下関係は無い

それぞれに役割をもたせてやればよい！

メリットどんな大きさのネットワークも実現できる(規模性)どんなデータ・コミュニケーションにも使える(汎用性)

概念的にはこんなかんじ

繋がっているもの：→コンピュータ

流されるデータ：→デジタルデータ

中継装置には専用のルータが使われることが多い

繋がっているもの：→コンピュータ

流されるデータ：→デジタルデータ

難しいことは、個々の技術にまかせよう

インターネットがやることデータをbest effortで相手に届けるだけ

様々な通信媒体上でどうやってデータを送る？個々の通信技術に任せよう

データをこぼさずに相手に届けるには？こぼれたら、もう一回送ろう。

それも他の技術に任せよう(TCP)

まとめ

アーキテクチャとは？

登場人物（要素）、役割、関係

ネットワークを前提としたサービスは、既存のものとは全く違ったシステムが必要あらゆる分野が直面している課題

文、法、医、経済、etc..

洗練された情報システムを構築するためには、アーキテクチャ的な視点が必要不可欠

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ネットワークアーキテクチャ

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コンタクト先

授業ページhttp://www.soi.wide.ad.jp/class/20060022/http://www.wakikawa.org/

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