基本情報技術者 2014年 春期 午後 問04
ネットワークにおけるスループットの改善に関する次の記述を読んで、設問1，2に答えよ。
X社は、東京に本社を、札幌、大阪、広島に営業所をもっている。X社は、広域Ethernetを利用した企業ネットワークを構築済みである。X社のネットワーク構成を図1に示す。ここで、本社と営業所との間のファイル転送時間に注目し、本社内及び営業所内のファイル転送時間は考慮しない。
〔X社のファイル転送〕
X社では、各業務システムにおいて、東京本社内にあるファイルサーバ上のファイルを各営業所内の利用者PC（以下、PCという）から利用している。各営業所からファイルサーバには広域Ethernet経由でアクセスしている。①広域Ethernetはデータリンク層で接続するサービスであり、各営業所内のLANは広域Ethernetにアクセスポイントで接続している。
ファイルサーバとPCとの間でファイル転送を行う際には、図2に示すように、PCからファイルサーバに対して読出し要求を行う。ファイルサーバは、ファイルを固定サイズのブロック（以下、データブロックという）に区切って、PCへ送信することを繰り返す。2回目以降は、PCからの読出し要求に確認応答が含まれており、ファイルサーバは、PCから確認応答が届くまで次のデータブロックを送信することができない。PCが読出し要求をファイルサーバへ送出し始めてから、ファイルサーバの送信したデータブロックが届き始めるまでを応答時間と呼ぶ。この応答時間は、札幌又は広島営業所と東京本社との間が45ミリ秒、大阪営業所と東京本社との間が24ミリ秒であった。ここで、通信障害による再送はないものとする。
このネットワーク構成では、広島営業所内のPCと東京本社のファイルサーバ間で、1Mバイトのファイルをブロック長が4kバイトのデータブロックで転送するには、a秒掛かる。
〔接続装置の検討〕
図3に示すように、ファイル転送の高速化のために、広域Ethernetへの接続装置の導入を検討することになった。接続装置は、本社と各営業所にそれぞれ設置され、広域Ethernetを挟んで対向して使用される。
この接続装置は、PCに代わって読出し要求をファイルサーバへ送ることができ、ファイルサーバは連続してデータブロックを送信できるようになる。この接続装置を利用した場合のファイル転送の通信シーケンスを図4に示す。
接続装置を導入すると、札幌営業所内のPCと東京本社のファイルサーバとの間で、1Mバイトのファイルをブロック長が4kバイトのデータブロックで転送するには、b秒掛かる。ここで、ファイルサーバと接続装置との間及びPCと接続装置との間の、読出し要求とデータブロックの転送時間は考慮しない。
〔アクセス回線速度の検討〕
X社では、業務の都合から、大阪営業所内のPCにおいて1Mバイトのファイルをブロック長が4kバイトのデータブロックで、8秒以内に転送する必要がある。接続装置を導入しない場合、大阪営業所のアクセス回線速度は最低でも、cMbpsで広域Ethernetの契約をする必要があることが分かった。
設問1：
問題文を見る X社のネットワーク構成において、本文中の下線①の説明文として適切な答えを、解答群の中から選べ。
解答群
ア：広域Ethernetのアクセスポイントへは、各営業所及び本社からネットワーク層の機能をもつ装置を経由して接続しなければならない。
イ：サーバやPCなど、全ての接続機器のネットワーク層のアドレス設定を同一にする必要がある。
ウ：社内の業務システムにおいて、様々な通信プロトコルをネットワーク層で利用することができる。
エ：X社では、TCP/IP以外のプロトコルを使うことができない。
模範解答
ウ
解説
解答の導き方
下線①では、広域Ethernetが「データリンク層で接続するサービス」と説明されています。この言葉から、広域Ethernetが通信のどの部分を受け持つのかを考えます。
データリンク層は、同じ通信区間にある機器やネットワークの間でデータを受け渡す階層です。一方、ネットワーク層は、ネットワークを越えてデータを届けるための階層です。つまり、広域Ethernetはデータリンク層で拠点間をつなぎ、その上で使うネットワーク層の通信方式までは一つに限定しません。
このため、社内の業務システムでは、ネットワーク層で様々な通信プロトコル（通信を行うための決まり）を利用できます。これに当てはまるのはウです。
ほかの選択肢も確認します。
- アは誤りです。データリンク層で接続するサービスだからといって、ネットワーク層の機能をもつ装置を必ず経由しなければならないわけではありません。
- イは誤りです。ネットワーク層のアドレスは、機器を識別するために使います。すべての機器で同じアドレスにする必要はありません。また、広域Ethernetがアドレスの設定方法を一つに決めるわけでもありません。
- エは誤りです。TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol：インターネットで広く使われる通信プロトコル群）だけに限られるとは、本文から判断できません。データリンク層で接続するサービスは、ネットワーク層の通信方式を一つに限定しないためです。
誤りやすいポイント
- 「広域Ethernet」という名前から、TCP/IPしか利用できないと思い込まないようにしましょう。判断の根拠は、「データリンク層で接続する」という説明です。
- 拠点間がデータリンク層でつながることと、すべての機器のネットワーク層アドレスが同じになることは別です。
- 図の「アクセスポイント」は、広域Ethernetへの接続箇所を指しています。無線LANのアクセスポイントと同じ意味だとは限りません。
FAQ
Q: データリンク層とネットワーク層は、どう違うのですか。
A: データリンク層は、通信区間内でデータを受け渡します。ネットワーク層は、複数のネットワークを越えてデータを届けます。
A: データリンク層は、通信区間内でデータを受け渡します。ネットワーク層は、複数のネットワークを越えてデータを届けます。
Q: 「様々な通信プロトコルを利用できる」とは、どんな方式でも設定なしで使えるという意味ですか。
A: いいえ。広域Ethernetが特定のネットワーク層の方式だけに限定されない、という意味です。利用する方式に応じた設定や対応は必要です。
A: いいえ。広域Ethernetが特定のネットワーク層の方式だけに限定されない、という意味です。利用する方式に応じた設定や対応は必要です。
Q: この問題の「アクセスポイント」は、無線LANの装置ですか。
A: ここでは、営業所内のLANを広域Ethernetにつなぐ接続箇所を指しています。無線LANの装置とは限りません。
A: ここでは、営業所内のLANを広域Ethernetにつなぐ接続箇所を指しています。無線LANの装置とは限りません。
関連キーワード: データリンク層、ネットワーク層、Ethernet、通信プロトコル、IPアドレス
設問2：
問題文を見る 本文中のに入れる正しい答えを、解答群の中から選べ。ここで、1Mバイト=1,000kバイトとし、小数第3位を四捨五入する。
aの解答群
ア：8.00
イ：10.00
ウ：11.25
エ：19.25
bの解答群
ア：3.14
イ：5.50
ウ：9.13
エ：13.40
cの解答群
ア：3
イ：4
ウ：8
エ：10
模範解答
a：エ、b：ウ、c：イ
解説
解答の導き方
まず、ファイルを送るのに必要な時間と、データを要求してから届き始めるまでの時間を分けて考えます。
この問題では、データブロック1個を受け取るたびに、次のデータブロックを要求する通信が発生します。接続装置を使う場合は、10個分をまとめて要求できるので、要求の回数が減ります。
1. ファイルを何個のデータブロックに分けるか
本文には「1Mバイト=1,000kバイト」とあります。したがって、4kバイトのデータブロックの個数は、
です。
2. データブロックの転送に掛かる時間を求める
1バイトは8ビットです。したがって、4kバイトのデータブロックは32kビットです。また、1 Mbpsは1秒間に1,000 kビットを送れる速度です。
札幌営業所と広島営業所のアクセス回線は1 Mbpsで、本社の回線は4 Mbpsです。データは両方の回線を通るので、転送速度は遅い方の1 Mbpsが上限になります。データブロック1個の転送時間は、
です。250個すべてを転送する時間は、
です。
3. 接続装置を使わない場合の時間を求める
本文では、広島営業所と東京本社との間の応答時間は45ミリ秒です。図2の通信では、データブロックを受け取るたびに次の読出し要求を行うので、応答時間は250回分掛かります。
45ミリ秒は0.045秒です。よって、応答時間の合計は、
です。データブロックの転送時間8秒を加えると、
となります。したがって、aは選択肢のエです。
4. 接続装置を使う場合の時間を求める
図4では、接続装置がデータブロックを10個まとめて要求します。250個のデータブロックを受け取るには、
の要求で済みます。
札幌営業所のアクセス回線は1 Mbpsなので、データブロック全体の転送時間は、先ほどと同じ8秒です。一方、応答時間は45ミリ秒が25回分となり、
です。合計は、
です。小数第3位を四捨五入すると9.13秒なので、bは選択肢のウです。
接続装置によってデータそのものを送る時間が短くなるのではなく、応答を待つ回数が減ることで、全体の時間が短くなります。
5. 大阪営業所のアクセス回線速度を求める
大阪営業所と東京本社との間の応答時間は24ミリ秒です。データブロックは250個なので、応答時間の合計は、
です。8秒以内に転送するには、データブロックの転送に使える時間は、
以内です。
アクセス回線速度を Mbpsとすると、データ全体は8 Mビットなので、転送時間は 秒です。これが2秒以内となる条件は、
です。両辺から、最低でも Mbpsが必要と分かります。本社の回線も4 Mbpsなので、4 Mbpsであれば両方の回線でデータを送れます。したがって、cは選択肢のイです。
誤りやすいポイント
- ファイルのデータ量を送る時間だけを計算し、応答時間を加え忘れることがあります。この問題では、応答を待つ時間も転送時間に含めます。
- 接続装置を使わない場合、応答時間は1回だけではありません。データブロックを1個受け取るたびに次を要求するため、250回分です。
- 接続装置を使う場合も、応答時間がなくなるわけではありません。10個ずつまとめて要求するため、応答時間が掛かる回数が25回になります。
- 4kバイトを4kビットとして計算しないようにします。バイトからビットへの換算では、1バイトを8ビットにします。
- 回線速度は、経路上にある回線のうち遅い方が上限になります。大阪営業所の回線速度だけでなく、本社側の回線速度も確認します。
FAQ
Q: 応答時間には、どのような時間が含まれますか？
A: この問題では、読出し要求を送出し始めてから、ファイルサーバが送信したデータブロックが届き始めるまでの時間です。データブロック全体を送る時間とは別に扱います。
A: この問題では、読出し要求を送出し始めてから、ファイルサーバが送信したデータブロックが届き始めるまでの時間です。データブロック全体を送る時間とは別に扱います。
Q: 接続装置を使うと、なぜ転送時間が短くなるのですか？
A: データ量や回線速度は変わりませんが、10個分をまとめて要求できるため、応答を待つ回数が250回から25回に減ります。
A: データ量や回線速度は変わりませんが、10個分をまとめて要求できるため、応答を待つ回数が250回から25回に減ります。
Q: 回線速度が二つある場合、なぜ遅い方を使って計算するのですか？
A: データは両方の回線を通るため、速い回線だけで送ることはできません。遅い方の回線が、データを送る速さの上限になります。
A: データは両方の回線を通るため、速い回線だけで送ることはできません。遅い方の回線が、データを送る速さの上限になります。
関連キーワード: 通信遅延、転送速度、ボトルネック、データブロック、スループット
