2007年5月8日
東京大学を中心とした研究チーム、
10ギガビットネットワークを利用したインターネット速度記録を完結
−IPv6の性能実証と、全クラスの最終速度記録を達成−
東京大学 情報理工学系研究科
教授 平木 敬
東京大学、WIDEプロジェクト、JGN2(NICT)、NTTコミュニケーションズ(株)と国内外のネットワーク機関、企業による国際共同研究チームは、長距離データ共有システム研究の一環として長距離TCP通信の性能研究を2004年から実施してきました。その成果として、2004年11月に日本の研究チームとして初めてインターネット速度記録を達成して以来、これまで8回にわたって記録を更新してまいりました。このたび、4月24日に米国ワシントンで開催されたInternet2 Spring Meetingにおいて、昨年12月に行ったIPv6の2件のインターネット速度記録(10Gbpsネットワークの99%を利用したTCP通信)が認定されました。これにより、本研究チームは、2006年2月のIPv4のインターネット速度記録(10Gbpsネットワークの98％を利用したTCP通信)とあわせ、10ギガビットネットワークにおける全クラスでの最終記録を達成したことになります。
本成果は、東京大学データレゼボワール/GRAPE-DRプロジェクトが、代表機関として研究を実施している文部科学省科学技術振興調整費によるものです。
今回の高速化の達成は、東京大学が開発したレイヤ間協調最適化技術およびゼロコピーTCP技術を複合した結果、可能となりました。2006年12月30日に、30,000 km(実際には32,372 km)のネットワーク上で 7.67 Gbpsのデータ転送速度、 230,100 terabit-meters per second (Tb-m/s)の距離バンド幅積を実現し、次いで翌31日に、同じネットワーク上で9.08 Gbpsのデータ転送速度 272,400 terabit-meters per second (Tb-m/s)の距離バンド幅積を実現しました。これは、本研究チームが保持していたIPv6 のインターネット速度記録を、それぞれ約10.2%、30.4%更新したものであり、また10ギガビットネットワークを用いた最終のIPv6インターネット速度記録となりました。
この結果、IPv6インターネット速度記録は、昨年達成したIPv4 の記録を上回ることになりました。これは、IPv6 の方がIPv4よりも性能が良いということを示すものではありませんが、IPv6 も IPv4 と同等の性能が得られることを実証したことになり、記録達成とともに大きな反響を呼んでいます。また、IPv4およびIPv6の合計4種目全てのインターネット速度記録は、日本を中心とした本研究チームが引き続き保持しています。
記録に用いたインターネットは、
東京 → シカゴ(StarLight) JGN2(JGN2ルータで中継)
シカゴ → アムステルダム(NetherLight) SURFnet(東京大学ルータで中継)
アムステルダム → ニューヨーク(MANLAN) SURFnet
ニューヨーク → シカゴ(StarLight) CANARIE
シカゴ → シアトル(PNWGPop) TransLight(東京大学ルータで中継)
シアトル → 東京(T-LEX) IEEAF
であり、東京(T-LEX)に設置した東京大学の2台のPC間でデータ転送を行いました。
この記録に関して特筆すべきことは、以下の通りであり、日本の高速インターネット技術、IPv6技術が世界の最高レベルであることを、具体的な形として示しています。
（１） ネットワークバンド幅の99％を利用する高効率TCP通信が30,000Kmを超す長距離10ギガビットネットワークで実現し、将来の超高速インターネット利用に道を開きました。
（２） 記録達成のためのシステムは通常のPCであり、そのオペレーティングシステムに、Linuxオペレーティングシステム、両端に設置したサーバのネットワークインタフェースカードにはチェルシオ社製S310を用いました。これらのシステムは特殊なものではなく、一般的に入手可能なものであり、今回記録を実現した技術は広く利用可能となります。
（３） 9.08Gbpsのデータ転送速度は、10ギガビットネットワークを用いる事実上の上限性能であり、次の性能向上には長距離ネットワークの40ギガビット化などが必要です。
(４) 本記録達成に用いられたネットワークは、WIDEプロジェクトやJGN2などの日本の学術ネットワーク、および主要各国の先端的学術ネットワークが参加するGLIFの枠組みによって提供され、これら国内外の学術ネットワークの、相互接続や運用調整に関する密接な連携によってもたらされました。
■実験の詳細については下記を参照ください。
http://data-reservoir.adm.s.u-tokyo.ac.jp/lsr-200612-01/ 12月30日の記録
http://data-reservoir.adm.s.u-tokyo.ac.jp/lsr-200612-02/ 12月31日の記録
■Internet2からのプレス発表は下記に掲載されています。
https://mail.internet2.edu/wws/arc/i2-news/2007-04/msg00003.html
■インターネット速度記録(Internet2 Land Speed Record)は、下記で参照ください。
http://lsr.internet2.edu/
■協力企業
Anue Systems、(株)東陽テクニカ、Foundry Networks,Inc、物産ネットワークス(株)、ネットワンシステムズ(株)。
■実験参加者
東京大学 平木 敬、稲葉真理、玉造潤史、菅原 豊、吉野剛史、青嶋奈緒
WIDEプロジェクト 加藤 朗、山本成一、関谷勇司
JGN2 豊田麻子、中村一彦、中尾隆之、田中 仁、服部佳隆、
小林克志（現在、産業技術総合研究所）
NTTコミュニケーションズ 長谷部克幸、村上満雄、根尾美由紀、稲田 友
チェルシオ・コミュニケーションズ(米国)
Felix Marti、Wael Noureddine
IEEAF (Internet Educational Equal Access Foundation)
Don Riley
Pacific Northwest Gigapop
Jacqueline Brown、Jan Eveleth、Bill Mar、David Sinn
TransLight John Silvester、Ron Johnson
CANARIE Bill St. Arnaud、Rene Hatem、Thomas Tam
StarLight Joe Mambretti、Tom DeFanti、Maxine Brown、Linda Winkler、
Corby Schmitz
MANLAN Caroline Carver Weilhamer、Christian Todorov
SURFnet Kees Neggers、Erik-Jan Bos、Wouter Huisman
University of Amsterdam Cees de Laat、J.P. Velders
NetherLight, SARA Ina Steenman-Verhoeven、Ger Verheof、Ronald van der Pol
Pieter de Boer
■用語解説
東京大学データレゼボワール/GRAPE-DR プロジェクト
文部科学省科学技術振興調整費に基づいた研究プロジェクトで、科学技術データの国際的な共有システムの構築および天文学や物理学、生命科学のシミュレーションを実施する高速計算エンジンの実現を目指しています。GRAPE-DR プロジェクトでは、 2008 年に 2PFLOPS の計算エンジンと数 10Gbps のネットワークを利用する国際的な研究基盤を構築する計画です。詳細は
http://data-reservoir.adm.s.u-tokyo.ac.jp/ および
http://grape-dr.adm.s.u-tokyo.ac.jp/ を参照ください。
連絡先は、平木 敬 hiraki-press@is.s.u-tokyo.ac.jp、Tel:03-5841-4039 または090-6482-9169。
レイヤ間協調最適化技術
東京大学が研究開発した高速通信最適化方式。従来、通信に対する最適化は、各通信レイヤで行われてきました。例えば、FAST TCP、High-Speed TCP、Scalable TCPはネットワークレイヤにおける通信最適化です。東京大学のデータレゼボワールプロジェクトは、実際の通信線上でのパケットの最適配置や複数ストリーム間協調による新しいタイプの通信最適化方式を提案してきました。今回用いられた最適化は、TCPの流量制御と協調するパケット位置の最適化です。詳細は、同プロジェクトがSC2004 で発表した論文に示しています。論文は下記を参照ください。
http://www.sc-conference.org/sc2004/schedule/pdfs/pap254.pdf
ゼロコピーTCP技術
超高速通信の実現には、超高速のネットワークの利用とともに、通信を実現するためのCPU負荷を下げることが必須です。ゼロコピーTCP技術は、従来からのTCP通信の枠組みを変更することなくCPU負荷を下げる技術です。なお、ローカルエリアネットワークなどではすでに使用されています。
Internet2 Land Speed Record
インターネットを用いたデータ転送能力を、バンド幅 距離積で評価し、その最高記録です。米国Internet2で、インターネットを用いたデータ転送能力を、バンド幅距離積で評価し、その最高記録を認定しているプログラムです。IPv4、IPv6の2つのカテゴリーにおいて、TCPの単一ストリームと複数ストリームの4クラスに分けられています。今回の認定は、IPv6のTCP単一ストリームおよび複数ストリームのカテゴリーに対応する記録で、前回の記録認定とあわせ、全クラスを東京大学、WIDEプロジェクトを中心とする共同研究チームが持っていることになります。詳細は下記を参照ください。
http://lsr.internet2.edu/
http://lsr.internet2.edu/history.html
Internet2 Land Speed Recordでは、11のルールを定め、記録を認定しています。以下にルールの要約を示します：
・ルール1
データ転送は、100Km以上距離が離れ、少なくとも2個のルータが中間にあるネットワーク上を、10分以上の期間実施することが必要である。また、距離の最大値は30000km である。
・ルール2
データ転送を行うネットワークは、一つ以上の平常運用されている研究教育ネットワーク上を通過することが必要である。Abilene、ESnet、CA*net3、NREN 、GEANTはその例である。
・ルール3
データ転送は、一対のIPアドレス間を、RFC 793と RFC 791を満たすTCP/IPプロトコルで実施する必要がある。
・ルール4
使用する機器、ソフトウェアはInternet2の米国メンバーが商品として入手可能か、またはオープンソースソフトウェアであることが必要である。
・ルール5
申請には、認定に必要な全ての情報を添付することが必要である。
・ルール6
Internet Land Speed Recordには、単一ストリームのTCP/IPv4、複数ストリームのTCP/IPv4、単一ストリームのTCP/IPv6、複数ストリームのTCP/IPv6のクラスがある。単一ストリームの記録が複数ストリームの従来記録より大きい場合には、単一ストリームは複数ストリームと解釈する。
・ルール7
データは、ユーザ空間上のバッファ間で行われ、バッファごとにデータの内容が異なることが必要である。サムチェックなどの方法でデータが正しく伝達されたことを確認することが必要である。
・ルール8
記録は、バンド幅と距離の積で評価する。距離は、端点と、途中のルータ間を、最短距離で結んだ距離の和とする。
・ルール9 省略
・ルール10
新たな記録は、それまでの記録を少なくとも10％凌駕することが必要である。
・ルール11 省略
単一ストリームTCPと複数ストリームTCP
上記のように、TCP通信では、受信側からの正常に通信が行われたことを通知するアクノレッジを待ちながらデータ通信を行います。従って、遅延時間の長いネットワークでは、ともすると低いバンド幅でしかデータ通信が行えず、一個だけのTCPコネクションだけで高いバンド幅を実現することは困難と考えられてきました。複数ストリームTCPは、この問題を回避する目的で、一対のサーバ間で多数のTCPコネクションをはる通信方式です。今回の実験では、超遠距離通信におけるTCPの根本問題を解決したため、単一ストリームで困難なく高い性能を得ることができたため、複数ストリームでさらに性能を上げる必要性はなくなりました。
IPv6
現在主に用いられている32ビットアドレスのIPv4では、今後のインターネットの急成長に対応できないため設定された次世代インターネット標準規格。128ビットアドレスを持ち、世界中全てのインターネット機器に個別のアドレスを付けることが可能であるとともに、暗号化などを含む豊富な機能を持っています。
TCP (Transmission Control Protocol)
ネットワーク上では、エラーの発生、複数の通信の衝突による利用可能バンド幅の減少と不安定性が問題です。これを解決するため、受信側が送信側に正常に受理した確認(アクノレッジ)を返すことにより、送信側は正常に通信が行われたことを確認するとともに、次に送る流量を決定する通信プロトコル。正常なアクノレッジが返らなかった場合には、データの再送により、信頼ある通信を実現します。
ウェブページのアクセス、メール通信、ファイルアクセス、データベースシステムなど私たちが日常的に使う通信の大部分はTCPを用いています。
WIDE Project
インターネットに関連する各種技術の実践的な研究開発を行う研究プロジェクトであり、1988 年から活動を行っています。多くの産学関連組織と連携して、インターネットの様々な発展に寄与してきました。Root DNS サーバの一台である M.ROOT-SERVERS.NET の運用を 1997 年から行っており、また IEEAF 太平洋リンクのホストとしてT-LEX (http://www.t-lex.net/) の運用も行っております。代表は、学校法人慶應義塾常任理事 兼 慶應義塾大学環境情報学部教授 村井純。詳細はhttp://www.wide.ad.jp/ を参照ください。連絡先は、press@wide.ad.jp、Tel:0466-49-3618, Fax: 0466-49-3622。
JGN2
1999年4月から2004年3月まで運用されたJGN(Japan Gigabit Network：研究開発用ギガビットネットワーク) を発展させた新たな超高速・高機能研究開発テストベッド・ネットワークとして、独立行政法人情報通信研究機構(NICT: National Institute of Information and Communications Technology)が2004年4月から運用を開始したオープンなテストベッド・ネットワーク環境です。産・学・官・地域などと連携し、次世代のネットワーク関連技術の一層の高度化や多彩なアプリケーションの開発など、基礎的・基盤的な研究開発から実証実験まで推進することを目指しています。 JGN2は、全国規模のIPネットワーク、光波長ネットワーク、光テストベッドの研究開発環境を提供しています。また、2004年8月から日米回線を整備し、国内外の研究機関とも連携して研究開発を推進しています。詳細は http://www.jgn.nict.go.jp/ を参照ください。
NTTコミュニケーションズ株式会社
日本の電気通信事業者として、日本国内及び国際の電気通信サービスを提供しており、「ICTソリューションパートナー」を事業ビジョンとして、インターネットをはじめとするグローバルネットワークサービスの構築、システムインテグレーション、アウトソーシングビジネスの展開を行っています。詳細は、http://www.ntt.com/を参照ください。
Internet2
米国の学術ネットワーク組織。米国の200以上の大学、政府と産業界が連携して、次世代インターネット創造を目的とした研究と高等教育のための先進的ネットワーク技術・ネットワーク応用技術の開発を行っています。Internet2は、インターネットの草創期に在ったアカデミア・産業界・政府の連携を再び現出させています。詳しい活動内容は、
http://www.internet2.edu/ を参照ください。
チェルシオ・コミュニケーションズ(本社：米国カリフォルニア州)
10ギガビット・イーサネットのネットワークインタフェースカードと、プロトコルプロセッサ技術を開発し、実験で用いたS310 10ギガビットイーサネットプロトコルエンジンを製造・発売しています。詳細は http://www.chelsio.com/ を参照ください。
GLIF(Global Lambda Integrated Facility)
光パスを提供するラムダネットワークを推進するための国際的なコミュニティです。大量のデータ転送を必要とする科学研究や、ラムダネットワークのミドルウェアをサポートしています。国際的に統合された回線資源を用いてラムダを提供するために、毎年会議を開催しており、2006年9月には、WIDEプロジェクト、情報通信研究機構および国立情報学研究所との共催によって、秋葉原で開催されました。詳細は、http://www.glif.is/ を参照ください。
IEEAF(Internet Educational Equal Access Foundation)
通信帯域や機材の寄贈を受け、国際的な研究教育コミュニティに提供することを目的とした非営利組織です。IEEAF 太平洋回線は Tyco Telecom によって5年間の IRU として寄贈された二番目の 10Gbps の海底ケーブルによる回線です。最初の回線である IEEAF 大西洋リンクはニューヨークとオランダのグローニガンを接続しており、2002 年から運用されています。IEEAFの寄贈は現在 17 のタイムゾーンに跨っています。詳細は http://www.ieeaf.org/ を参照ください。
Pacific Northwest Gigapop
アメリカ北西部における次世代インターネットの基盤で、アプリケーションの協調やテストベットであり、国際的な peering 交換地点である Pacific Wave を運用し、また WIDEプロジェクト と協調して IEEAF 太平洋回線の運用を行っています。PNWGP と Pacific Wave は共に広帯域な国際および国内のネットワークを、ワシントン、アラスカ、アイダホ、モンタナ、オレゴンの各州や太平洋地域の大学や研究機関、先端的な R&D やニューメディア企業へと接続しています。詳細は http://www.pnw-gigapop.net/ を参照ください。
StarLight
先進的光ネットワーク基盤として、高性能アプリケーションのためのネットワークサービスを実現しています。StarLightは、2001年夏から運用を開始し、多くのネットワークと接続するとともに光多重ネットワークに対する光スイッチングを行い、APAN/JGN2、Abilene、 SURFnet、CANARIE、NLRなど多くのネットワークを接続しています。詳しくは http://www.startap.net/starlight/ を参照ください。
TransLight/Pwacific Wave
NSF による資金提供を受け、世界中からの研究・教育ネットワークの相互接続を行う分散的な拠点です。また Cisco Systems によって提供されている National LambdaRail 上の 10GE 回線によってTransLight-Pacific Wave の Seattle ノードとTransLight/Starlight の Chicago ノードが相互に接続されています。前者は太平洋地域や南アメリカの、後者は一部の太平洋地域を含むヨーロッパのネットワークの相互接続を行っており、この拡張された相互接続環境によって、北半球の主要な地域は一体的な広帯域リンクで接続され、先進的な応用分野や研究活動をサポートすることが可能になりました。詳しくはhttp://www.pacificwave.net/participants/irnc/を参照ください。
SURFnet
オランダの 150 を越える高等教育機関や研究所を接続しているネットワークの運用と開発を行っており、国際的な先端的な研究ネットワークの一つです。SURFnet は、オランダ通商産業省、教育機関、研究機関のプロジェクトである次世代ネットワーク Gigaport の実現に責任を持っており、国内の知識基盤の強化を図ります。光および IP ネットワークやグリッドはプロジェクトの主要な要素です。詳細は http://www.surfnet.nl/ を参照ください。
CANARIE
カナダの先端インターネットの非営利組織で、次世代研究ネットワークやそのアプリケーション、サービスを促進しています。CANARIE はカナダを先進ネットワークで世界のリーダと位置づけ、メンバーやプロジェクトパートナー、カナダ政府によってサポートされています。CANARIE はカナダの研究教育ネットワークである CA*net4 の開発および運用を行っています。詳しくは http://www.canarie.ca/ を参照ください。
アムステルダム大学アドバンスト・インターネット研究センター
アムステルダム大学理学部の施設で、インターネットの高度利用に関するアーキテクチャとプロトコルの研究を実施しています。特にセキュリティ、認証、Grid環境と仮想研究室やe-サイエンス応用に関する最先端の研究を行っています。詳しくは、http://www.science.uva.nl/research/air/ を参照ください。
■本件に関する問い合わせ先
東京大学 情報理工学系研究科 教授
平木 敬 e-mail: hiraki-press@is.s.u-tokyo.ac.jp
電話： 090-6482-9169
資料１ インターネット速度記録の歴史
|
年月日 |
バンド幅距離積 |
研究グループ |
カテゴリー・クラス |
|
2000年3月21日 |
4278 |
Microsoft |
IPv4 Single Stream |
|
2000年3月29日 |
5384 |
Microsoft Qwest Communications University of Washington USC Information Sciences Institute |
IPv4 Multiple Stream |
|
2002年4月9日 |
4933 |
University of Alaska at Fairbanks |
IPv4 Single Stream |
|
2002年8月22日 |
40 |
Oregon Gigapop NYSERNet University of Oregon |
IPv6 Multiple Stream |
|
2002年9月27日 |
2517 |
ARNES DANTE RedIRIS |
IPv6 Single Stream |
|
2002年10月9日 |
5154 |
ARNES DANTE RedIRIS |
IPv6 Single Stream |
|
2002年11月19日 |
10136 |
Nationaal Instituut voor Kernfysica en Hoge-Energiefysica (NIKHEF)
|
IPv4 Single and |
|
2003年2月23日 |
23888 |
California Institute of Technology (Caltech) |
IPv4 Single and |
|
2003年5月6日 |
6947 |
California Institute of Technology (Caltech) CERN |
IPv6 Single and Multiple stream |
|
2003年10月1日 |
38420 |
California Institute of Technology (Caltech) |
IPv4 Single and |
|
2003年11月11日 |
61752 |
California Institute of Technology (Caltech) |
IPv4 Single and |
|
2003年11月18日 |
46156 |
California Institute of Technology (Caltech) |
IPv6 Single and |
|
2004年2月22日 |
68431 |
California Institute of Technology (Caltech) |
IPv4 Multiple stream |
|
2004年4月14日 |
69073 |
SUNET |
IPv4 Single stream |
|
2004年5月6日 |
77699 |
California Institute of Technology (Caltech) CERN |
IPv4 Multiple stream |
|
2004年6月25日 |
104529 |
California Institute of Technology (Caltech) CERN |
IPv4 Multiple stream |
|
2004年6月28日 |
103583 |
California Institute of Technology (Caltech) |
IPv4 Single stream |
|
2004年9月12日 |
124935 |
SUNET |
IPv4 Single and |
|
2004年11月8日 |
184877 |
California Institute of Technology (Caltech) CERN CENEC |
IPv4 Multiple stream |
|
2004年11月9日 |
148850 |
University of Tokyo Chelsio Communications NTT Communications CERN SURFnet Universiteit van Amsterdam SCinet CANARIE IEEAF |
IPv4 Single stream |
|
2004年12月25日 |
216300 |
University of Tokyo NTT Communications Chelsio Communications CANARIE StarLight SURFnet Universiteit van Amsterdam |
IPv4 Single and Multiple stream |
|
2005年1月19日 |
72225 |
California Institute of Technology(Caltech) CERN |
IPv6 Single and Multiple stream |
|
2005年10月28日 |
91838 |
University of Tokyo Chelsio Communications NTT Communications JGN2 IEEAF Pacific Northwest Gigapop |
IPv6 Single and Multiple stream |
|
2005年10月29日 |
167400 |
University of Tokyo Chelsio Communications NTT Communications JGN2 IEEAF Pacific Northwest Gigapop |
IPv6 Single and Multiple stream |
|
2005年11月10日 |
239820 |
University of Tokyo Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ NTT Communications JGN2 Pacific Northwest Gigapop IEEAF CANARIE SURFnet StarLight Universiteit van Amsterdam SARA |
IPv4Single and Multiple stream |
|
2005年11月12日 |
185400 |
University of Tokyo Chelsio Communications JGN2 NTT Communications Pacific Northwest Gigapop IEEAF SCinet |
IPv6 Single and Multiple stream |
|
2005年11月14日 |
208800 |
University of Tokyo Chelsio Communications JGN2 NTT Communications Pacific Northwest Gigapop IEEAF SURFnet CANARIE StarLight Universiteit van Amsterdam SARA SCinet |
IPv6 Single and Multiple stream |
|
2006年2月20日 |
264147 |
University of Tokyo Chelsio Communications JGN2 NTT Communications Pacific Northwest Gigapop IEEAF SURFnet CANARIE StarLight Universiteit van Amsterdam SARA |
IPv4 Single and Multiple stream |
|
※ |
230100 |
University of Tokyo Chelsio Communications JGN2 NTT Communications Pacific Northwest Gigapop IEEAF TransLight StarLight CANARIE SURFnet Universiteit van Amsterdam SARA MANLAN |
IPv6 Single and Multiple stream |
|
※ |
272400 |
University of Tokyo Chelsio Communications JGN2 NTT Communications Pacific Northwest Gigapop IEEAF TransLight StarLight CANARIE SURFnet Universiteit van Amsterdam SARA MANLAN |
IPv6 Single and Multiple stream |
※今回の記録
表１．インターネット速度記録