基本情報技術者 2019年 春期 午後 問04

解答の導き方

1. aには、インターネット側から負荷分散装置に接続するアドレスを登録します。
   DNSサーバには、eラーニングシステムのドメイン名と、その接続先となるIPアドレス（IP：Internet Protocolに基づき、ネットワーク上の機器の宛先を示す番号）を登録します。
   利用者がドメイン名を使ってアクセスすると、まず接続先のIPアドレスが調べられます。図1では、インターネットからシステムに入る場所は、負荷分散装置のインターネット側にある「192.0.2.2」です。したがって、aには選択肢の イ が入ります。
   DNSサーバ自身のアドレス「192.0.2.1」は、ドメイン名を調べるサーバのアドレスです。利用者がアクセスするシステムのアドレスとは役割が異なります。
2. bには、負荷分散装置が振り分けるアプリケーションサーバのアドレスを登録します。
   問題文では、追加したアプリケーションサーバと負荷分散装置を使って、アプリケーションサーバの負荷を分散するとしています。図1のアプリケーションサーバは「192.168.0.1」と「192.168.0.2」です。よって、bには選択肢の ア が入ります。
   「192.168.0.254」は負荷分散装置のサーバ側のアドレスなので、振り分け先のサーバではありません。また、「192.168.0.3」は教育コンテンツを保持するコンテンツサーバのアドレスです。アプリケーションサーバの振り分け先には含めません。
3. cには、利用者のログイン中の状態を見分けられる情報が入ります。
   アプリケーションサーバは、ログイン中の受講者や閲覧中の教育コンテンツなどの状況を保持しています。そのため、ログインからログアウトまでの一連の利用（セッション）では、同じ利用者の要求を同じアプリケーションサーバに送る必要があります。
   HTTP（Hypertext Transfer Protocol：Webで要求と応答をやり取りするための規約）のヘッダには、要求や応答に付ける情報を記載できます。装置タイプBは、要求に含まれる識別情報と、応答を返したアプリケーションサーバのアドレスを対応付けて記録します。
   選択肢の中で、ログイン中の利用者を識別するために使えるのは、セッションIDを示すcookieです。cookieは、利用者のブラウザなどが要求と一緒に送る小さな情報です。セッションIDを含めることで、次の要求も同じ利用者のものだと識別できます。したがって、cには選択肢の ウ が入ります。
   なお、送信元IPアドレスだけで振り分ける装置タイプAでは、教室内の複数のクライアントが同じプロキシサーバを経由すると、負荷分散装置からは同じ送信元IPアドレスに見えます。その結果、その教室からの要求が同じアプリケーションサーバに集まる可能性があります。cookie内のセッションIDを使う装置タイプBなら、プロキシサーバを共有していても利用者ごとに振り分け先を決められます。

誤りやすいポイント

• DNSサーバのアドレスと、DNSに登録する接続先のアドレスを混同すること
  「192.0.2.1」はDNSサーバのアドレスです。システムへの接続先は、インターネット側の負荷分散装置「192.0.2.2」です。
• 負荷分散装置自身のアドレスを、振り分け先に含めること
  「192.168.0.254」は負荷分散装置のサーバ側のアドレスです。振り分け先は、その先にあるアプリケーションサーバです。
• コンテンツサーバもアプリケーションサーバと同じ役割だと考えること
  コンテンツサーバは教材や試験問題などを保持します。負荷分散の対象として問題文に示されているアプリケーションサーバとは役割が異なります。
• 送信元IPアドレスなら、必ず利用者ごとに区別できると考えること
  プロキシサーバを経由すると、複数のクライアントの要求が同じ送信元IPアドレスに見える場合があります。利用者ごとの識別には、セッションIDを含むcookieが適しています。

FAQ

解答の導き方

1. まず、装置タイプAが何を見て振り分けるかを確認します。本文には、装置タイプAは「送信元IPアドレスの情報を基に要求を振り分ける」とあります。IPアドレス（Internet Protocolアドレス：ネットワーク上で機器を識別する番号）のうち、送信元IPアドレスは、要求を送ってきた側の番号です。
2. 次に、教室からシステムまでの経路を見ます。図1では、教室内の複数のクライアント（利用者が操作するPC）が、1台のプロキシサーバ（クライアントの代わりに外部のサーバへ要求を送る中継サーバ）を経由してアクセスします。そのため、eラーニングシステム側から見ると、同じ教室のクライアントからの要求は、同じプロキシサーバから送られてきたように見えます。つまり、送信元IPアドレスが同じになります。
3. 装置タイプAは、初めて見た送信元IPアドレスからの要求をラウンドロビン方式（サーバを順番に選んで振り分ける方法）で振り分け、その送信元IPアドレスと振り分け先を記録します。以後、同じ送信元IPアドレスからの要求は、記録済みの同じアプリケーションサーバ（アプリケーションを実行し、要求に応じて処理するサーバ）へ送ります。
4. したがって、大規模な教室の多くのクライアントが同じプロキシサーバを経由すると、それらの要求は同じ送信元IPアドレスとして扱われ、同じアプリケーションサーバに振り分けられます。その結果、アプリケーションサーバの負荷に偏りが生じます。

誤りやすいポイント

• 装置タイプAは、利用者やクライアントを個別に見分けるのではなく、送信元IPアドレスを基準に振り分けます。教室内にクライアントが何台あっても、プロキシサーバを経由することで送信元IPアドレスが同じになれば、同じ振り分け先に集まります。
• 送信先アドレスの変換は、装置タイプAが同じ振り分け先を選び続ける直接の理由ではありません。本文で示されている振り分けの基準は、送信元IPアドレスです。
• 装置タイプAが高速に動作するかどうかは、負荷の偏りが生じる原因とは別の話です。
• プロキシサーバを経由してもHTTPヘッダ（HTTP通信に付ける補助情報）が変わらないことは、HTTPヘッダの情報ではなく送信元IPアドレスを使う装置タイプAの振り分けには関係しません。HTTPはHypertext Transfer Protocolの略で、Web上で情報をやり取りするための通信規約です。

FAQ

解答の導き方

1. 1台の処理率を求めます。
   問題文では、要求1件の平均処理時間は $0.40$ 秒です。処理率 $\mu$ は平均処理時間の逆数なので、
   $\mu =\frac{1}{0.40}=2.5\text{件／秒}$
   です。アプリケーションサーバを2台にしても、1台あたりの処理時間は変わらないため、1台あたりの処理率も $2.5$ 件／秒のままです。
2. 1台あたりの平均到着率を求めます。
   問題文には、要求の平均到着率が $2.30$ 件／秒とあります。また、要求は2台に交互に振り分けられると仮定します。したがって、各サーバーには平均して全体の半分ずつ到着します。
   $\lambda =\frac{2.30}{2}=1.15\text{件／秒}$
3. 1台あたりの利用率を求めます。
   $\rho =\frac{\lambda }{\mu }=\frac{1.15}{2.5}=0.46$
4. 待ち行列の式に当てはめます。
   平均処理待ち時間は、問題文の式にあるとおり、利用率を $1-\rho$ で割り、平均処理時間を掛けて求めます。
   =\frac{0.46}{1-0.46}\times 0.40 =\frac{0.46}{0.54}\times 0.40 \fallingdotseq 0.3407\ \text{秒}$$ 小数第3位を四捨五入すると、$0.34$ 秒です。したがって、選択肢では **イ** となります。

誤りやすいポイント

• 平均到着率を1台あたりに分け忘れること
  $2.30$ 件／秒は2台全体への到着率です。交互に振り分ける条件なので、1台あたりは $1.15$ 件／秒です。
• 平均処理時間も半分にすること
  サーバーを2台にしても、1件を処理する時間は変わりません。変わるのは、1台あたりに到着する要求数です。
• 平均処理待ち時間と平均処理時間を混同すること
  求めるのは、処理を始めるまでに待つ時間です。式で計算した結果に、平均処理時間をさらに足す必要はありません。

FAQ

• Q: サーバーが2台なのに、なぜM/M/1の式を使うのですか？
  A: 問題では、2台に交互に要求を振り分けるとしています。それぞれのサーバーには、1台ずつ独立した待ち行列ができると考えられるため、1台あたりの待ち時間をM/M/1の式で計算します。
• Q: 利用率が $0.46$ とは、どういう意味ですか？
  A: 1台あたりの処理能力に対し、要求の到着が約46％の割合であることを表します。利用率が高くなるほど、処理中の要求が終わるのを待つ要求が増えやすくなります。
• Q: なぜサーバーを2台にすると待ち時間が短くなるのですか？
  A: 全体の要求が2台に分かれ、1台あたりの平均到着率が半分になるためです。1台に集中する要求が減り、処理を待つ時間も短くなります。