1. WEB公開版
コンピュータネットワーク
第9回授業
大規模ネットワークの構築と運用
WEB公開版のため、
内容は抜粋・修正してあります。

2. WEB公開版
法政大学情報科学部
２０１２年度コンピュータネットワーク
２０１２年４月１０日～２０１２年７月１９日
第１回 イントロダクション
第２回 デジタル伝送技術
第３回 誤り訂正と通信の信頼性
第４回 イーサネットとデータリンクの仮想化
第５回 LANの拡張と無線技術
第６回 遠距離通信とインターネットへの接続
第７回 後半授業の準備
第８回 通信の種類とフロー制御の基本
第９回 大規模ネットワークの構築と運用
第１０回 ４種類のルーティング
第１１回 制御パケットとセッション層のネットワーク
第１２回 データグラムとストリームの処理
第１３回 インターネットのインフラストラクチャ
第１４回 ネットワークのモニタリングとチューニング

3. 新しいトポロジー：７種類のトポロジー
バス
ライン
リング
スター
フルメッシュ
メッシュ
ツリー 大規模ネットワークではこの２つをよく使う。
WEB公開版

4. 復習（第５回）OSI参照モデル：IPアドレス
とMACアドレス
ネットワーク層
IPアドレス（論理アドレス）で
通信する。
スイッチ、ルータ
はＩＰとＭＡＣの
対応付けをする！
データリンク層
MACアドレス（物理アドレス）で
通信する。
WEB公開版

5. WEB公開版 復習（第７回）：ＬＡＮとＷＡＮの特徴
１対１と多体多
ＷＡＮ ＷＡＮ
ＬＡＮ内は
多対多
の通信
をする！
ＷＡＮと
ＷＡＮの間は
１対１の通信
をする！

6. LANとWANの特徴 (6/14)
ARPパケットは、スイッチや IPパケットはス
ルータの外へ中継されない！ イッチやルータを
越えて流通する！
基本は１対１
（ユニキャスト）
ARPパケットはLAN内のみで流
通する！
基本は多対多（ブロードキャスト）
WEB公開版

7. WEB公開版
ＩＰアドレス設定の読み方
１1 . １５5 . 15 . １83
00001011 10001011 00001111 10110111
255 . 255 . 254 . 0
00001011 10001011 0000111 1 10110111
ネットワーク部 ホスト部

8. WEB公開版
２種類の分割の仕方
クラスＡ～ＣとＣＩＤＲ
• クラス分割 オクテットごとに分割する。
２５５＾３ / ２５５＾２ / ２５５＾１
大雑把な分割しかできない。
• ＣＩＤＲ分割 Classless Inter-Domain Routing
オクテットによらず分割する。
サブネットを細かくして分割できる。

9. ＩＰアドレスから、ネットワークの大きさ
クラスＡ～Ｃ
A ０ . １４4 . 13 . １32
ネットワーク部：８ ホスト部：２４ = 16777216台
B １０ . 144 . 13 . １３２
ネットワーク部：１６ ホスト部：１６ = ６５５３６台
C 100 . 144 . 13 . １3２
ネットワーク部：２４ ホスト部：８ = ２５６台

10. WEB公開版
Ｐ２Ｐネットワーク
スーパーノード
３つのトポロジー
分散ハッシュテーブルの検索
国内のＰ２Ｐネットワーク：数十万台
全世界のＰ２Ｐネットワーク：推定１億台

11. WEB公開版
Ｃ／ＳモデルとＰ２Ｐモデル
C/S（クライアントサーバ）モデル P2Pモデル
トポロジー：スター型 トポロジー：メッシュ型

12. WEB公開版
Ｐ２Ｐではこちらを
ファイルとキー
拡散させ、検索に
使う！
ファイルのハッシュ値
更新時刻
鍵A ファイルのサイズ
ファイルの位置
（ＩＰアドレス）
キー
FileA
ファイル本体
ファイル

13. WEB公開版
ハッシュ関数
空間Ｘは大きいので、
ハッシュ関数fでより小さい空間
Ｙに押し込める。
Ｙ
f（ｘ）
Ｘ
元に戻せない！
Ｘ[i]とY[i]は１対１対応している。

14. WEB公開版
ハッシュ関数（一方向性関数）

15. WEB公開版
Ｐ２Ｐの自己組織化 その１帯域
高速回線
中速回線
低速回線
ファイルや情報は上の方（広帯域の回線） 使っている回線の
行く傾向がある。 帯域によって
階層ができる！

16. Ｐ２Ｐの自己組織化 その２ キーの拡散
鍵A 鍵B 鍵A
ファイルでは
なくキーを拡
鍵B 散させる！
鍵A 鍵B
FileA 鍵A FileB 鍵B
ファイルの所有者
WEB公開版 WEB公開版

17. WEB公開版
Ｐ２Ｐの自己組織化 その２
キーを持ってい
なければ ファイルの検索 キーの所有者は
隣に転送する！ ファイルの場所
鍵A 鍵B 鍵A を知っている！
鍵B
鍵A 鍵B
キーの所有者に
繋がったら
検索終了！
FileA 鍵A
FileB 鍵B

18. Aさんが トポロジーCAN：
ファイルを
検索している 隣接ノードをトーラスで表す。
ファイル
（そば,うどん）
ハッシュ値
(0.8, 0.9)
を持っている。
AはB,C,Dさんを
知っている。

19. WEB公開版
トポロジー Chord
ノードをリング状に
並べる。
検索がヒットするまで
左へ巡回する。
ファイルのハッシュ値を
計算し、ファイルを格納する
サーバを割り当てる。
（ハッシュ、コンピュータ番号）
Stoica, Ion et al. (2001). "Chord: A Scalable Peer-to-peer Lookup Service
for Internet Applications". Proceedings of SIGCOMM'01
(ACM Press New York, NY, USA).

20. WEB公開版
トポロジー Kademlia
2^Nでノードが
枝分かれしていく
木構造を
２分木(binary tree)
という。
ノード間の距離は
XORで計算する。
２分木に応じて符号 001 xor 100 = 101 = 5
（ビット列）を割り当てる。

21. WEB公開版
Basic architecture of tracker network
① Ask
Node A (newcomer) ask the
tracker for searching the file.
② torrent download
Tracker provides torrent file.
③ join
Node A queries node B.
④ download
Node A can downloads pieces
of file on swarm network
Seeder has a complete file.
Leecher has pieces of file.

22. ＩＰアドレス以外のアドレス管理
分散ハッシュテーブルの検索
WEB公開版

23. WEB公開版
コンテンツサービスプロバイダー
が使うネットワーク
Google BigTableとAmazon Dynamo
MapReduce
Amazon EC2：45万台
Google: 推定1200万台

24. WEB公開版
データストアとCAP定理
C:整合性 ネットワーク上のすべてのノードから同じ値が返る。
A:可用性 ネットワーク上のノードはすべて常にアクセスできる。
P:ネットワークの一部がダウン、または分断されても機能する。
Eric Brewer, “Towards Robust Distributed Systems” PODC 2000

25. クラウドのデータストアの特徴
あらかじめ書き込んでおく
• クラウドシステムの設計方針
書き込むときに沢山の処理をする。
→あらかじめ、検索語（インデックス）など対
する検索結果を作成しておき、データストアに
格納しておく。
読み込む時の処理をより簡単にする。
→読み込み用に大量のサーバを用意する。
WEB公開版

26. ユーザの ノード群の
ブラウザ
経由の入力 Google Big Table 管理をする。
状態管理、
（検索語）を 割り当て
受け付ける。
ファイル、
ストレージへ
の書き込み
を担当する。
別名
チャンク
サーバ
WEB公開版

27. WEB公開版
マスタサーバはなく、
Amazon Dynamo ユーザの検索語
を受付け、
P2PのChord型の
Ｐ２Ｐネットワーク
アーキテクチャを利 内を検索する。
用している。

28. WEB公開版 Map Reduce
スケーラビリティに対応したビッグデータ処理フレームワーク
Map Reduce
Input Map Reduce Output
Map Reduce
MapReduce is the algorithm for coping with Big data. 基本は論理プログ
ラムなどで
map(key1,value) -> list<key2,value2> 使われ
reduce(key2, list<value2>) -> list<value3> 分割統治法
MapReduce: Simplified Data Processing on Large Clusters
Jeffrey Dean and Sanjay Ghemawat
OSDI'04: Sixth Symposium on Operating System Design and Implementation,
San Francisco, CA, December, 2004.