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Network Infrastructure (from "The Grid")

Cat: ICT
Pub: 1999
#: 9906b

Jonathan B. Postel & Joe Touch



Network Infrastructure


from "The Grid" edited by Ian Foster, etc.
I.フォスター他編のTHE GRIDから
Jonathan B. Postel & Joe Touch
  1. Network Infrastructure:
  2. The Past (1969-1988):
  3. The Present (1988-1998):
  4. The Future (1998-2005):
  1. ネットワーク・インフラストラクチャ:
  2. 過去(1969-1988):
  3. 現在(1988-1998):
  4. 未来(1998-2005):
  • Dr. Jonathan B. Postel (who passed away in Oct. 16, 1998) was involved in ARPANET, who contributed a series of technical documents (RFC) and was one the most respected member of the Internet community. He was regarded as Father of the Internet.
  • ジョナサン・B・ポステル博士は (1998/10/16死去) はARPANETに関与し、インターネット社会では、一連の技術文書(RFC)に貢献するなど最も尊敬されたメンバーの一人である。彼は、インターネットの父と見なされている。

> Top 1. Network Infrastructure:

  • Network infrastructure describes the overall interconnection fabric that provides the basis for computational grids. Its organization and architecture define the interactions over which computational and other services and facilities are layered.
  • The basic services focus on data delivery rather than computational facilities.
  • Internet protocols, TCP/IP, define a common, ubiquitous interface that already spans the globe and provides a level of shared access, which even current electrical power grids only hope to eventually achieve.
    • Internet does not provide a dependable service, being organized on the notion of "best effort" rather than providing strict guarantees.
  • The current jump is due to increased capacity and ubiquitous connectivity among PCs and multiple service providers, enabling the Web and multicast multimedia.
    • The future may be characterized by reliability and location independence among personal digital assistants (PDAs) and network computers (NCs), enabling applications we cannot imagine.
  • Three phases will be characterized by ubiquity:
    • The Past (1969-1988):
    • The Present (1988-1998):
    • The Future (1998-2005):

  • Topics:
    1. Driving application:
      "Killer application" that drove the technology to a new level.
    2. Network technology:
      Basic link and router technologies, as well as local area, long-haul, and home access variants.
    3. Protocols and services:
      The software organization, presenting a user and programmer interface to the network.
    4. System integration:
      The system management issues that enable the integration of components to form a coherent whole.

1. ネットワーク・インフラストラクチャ:

  • ネットワークインフラストラクチャは、コンピュータ網の基礎となる全般的な相互接続の構造である。そのネットワーク構造が、コンピュータやサービスが設備それぞれのレイヤーでの相互作用を規定する。
  • 基本サービスはコンピュータ設備よりもデータ伝送に注力していた。
  • インターネット・プロトコールであるTCP/IPが、共通で普遍的なインターフェースとして全世界に普及し、共有できる環境を提供した。それは現在の電力網でさえ達成されていない状況である。
    • インターネットは頼りになるサービスを提供するのではなく、厳密な保証よりも「ベストエフォット」の概念に基づいて作られている。
  • 現在の飛躍は、能力増会い、PCによる普遍的な接続、多くのサービスプロバイダによって、Webやマルチキャスト・マルチメディアが実現された。
    • 未来は、PDAやNCを使った高信頼かつモバイル環境で、我々が想像だにできないようなアプリケーションを実現することになろう。
  • インターネットの発展3段階:
    • 過去(1969-1988):
    • 現在(1988-1998):
    • 未来(1998-2005):

  • トピックス:
  • キラー・アプリケーション:
  • ネットワーク技術:
  • プロトコルとサービス:
  • システム・インテグレーション:

> Top 2. The Past (1969-1988):

  • Internet came into existence only about 25 years ago. The canonical example is the ARPANET with 56Kbps lines. In the era of mainframe timesharing systems and access via teletype terminals, ARPANET began resource sharing and remote access via network.
    • Afterwards, progressed to 1.5M and finally 45Mbps in the NSFNET.
    • Interconnected by packet switches, IMP (Interface Messenger Processor) of ARPANET, or routers of NSFNET, ESnet, NSI, etc.
  • At first there were no LAN.
    • Xerox PARC created 3Mbps Ethernet.
    • Machines were minicomputers, DEC PDP-11
    • Emergence of workstations (Sun, Apollo, Symbolics) bundled with Internet standard protocols.
  • Interconnections between networks: (Gateway, then router) Gateway having two interfaces acted to each network as if it were an end user host computer, and exchanged information through a routing protocol called GGP (Gateway-to-Gateway Protocol).
    • LANs were connected to the mainframe, which became known as servers.
    • 3 levels of networking:
      • Physical network level:
        Bridge is used to interconnect separate sections of LANs.
      • Internet protocol level:
        Router is used to interconnect at IP level
      • Application level:
        Gateway or Firewall is used to interconnect at the application level. The main reason is to provide access control and filtering.

2. 過去(1969-1988):

  • インターネットの歴史は25年前からである。
    • その後、1.5Mや、NSFNETでは45Mbps接続となった。
    • パケット・スイッチによる接続、ARPANETのIMPや、NSFNET, ESnet, NSIなどのルータ接続。
  • 当初は、LANはなかった。
    • Xerox社PARC研究所が3Mbps Ethernetを開発。
    • コンピュータはミニコン、特にDEC PDP-11
    • ワークステーションの登場(Sun, Apollo, Symbolics)インターネットの標準プロトコールをバンドルした。
  • ネットワーク間相互接続(Gateway、その後はRouter)Gatewayは2つのインターフェイスを持ち、あたかも終端でのホストコンピュータの役割であり、GGPと言われるルーティング・プロトコルで情報交換した。
    • メインフレームは、LANと接続することでサーバとなった。
    • ネットワークの3つのレベル:
      • 物理ネットワークレベル:
      • インターネットプロトコルレベル:
      • アプリケーションレベル:
  • > Top The key to modern data communications is to use more computing power to manage the bandwidth more effectively.
  • The mainstays were email, remote file access (ftp for transferring files), and remote job control (telnet for remote login).
    • In the background, remote messaging services (teletype, paging, and fax) were considered.
  • Protocol:
    • ARPANET Network Control Protocol (NCP), later Internet TCP, provide a model of interprocess communication based on a stream of bytes.
  • Operating Systems:
    • Card vs. Tape:
      In card systems most files held a sequence of records (card image), while in tape systems files held a long string of characters (paper tape).
    • Big-endian vs. little-endian (stored in memory):
      Big-endian was chosen for the network standard byte order.
    • NVT (imaginary standard network virtual terminal): requiring that all systems translated their terminal interactions into those of NVT.
  • DNS (Domain Name System):
    very large hierarchical distributed redundant database where data can be found using a structured name. (Then 300 hosts, now about 30M hosts.
  • 近代のデータ通信の鍵は、回線の帯域の一層効率的に管理することでより多くのコンピューティング力を発揮することにあった。
  • 主要なアプリケーションは、電子メール (email)、リモートファイル転送(ftp)、遠隔ジョブ管理(telnet)である。
    • 背景としては、遠隔メッセージサービス(テレタイプ、ページング、FAX)があった。
  • プロトコル:
    • ARPANETのNCP。後に、バイトベースの通信プロトコルのモデルとなるTCPに発展。
  • OS:
    • カード対テープ:
    • ビック端末対リトル端末(バイト単位のメモリ蓄積) ビック端末がネットワーク標準バイトオーダーとして採用。
    • NVT(標準ネットワーク仮想端末)すべてのシステムの端末をNVTと見なして通信。
  • DNS (Domain Name System):

tcpiplayer> Top <Internet Protocol>

  • Service converge at higher layers. (E.g. UDP, TCP, and RTP)
  • Remarks:
  • ATM=Asynchronous Transfer Mode
  • DNS=Domain Name System
  • FTP=File Transfer Protocol
  • HTTP=Hypertext Transfer Protocol
  • IP=Internet Protocol
  • ISDN=Integrated Services Digital Network
  • MGCP=Media Gateway Control Protocol
  • NNTP=Network News Transfer Protocol
  • RTP=Realtime Transport Protocol
  • SMTP=Simple Mail Transfer Protocol
  • SNMP=Simple Network Management Protocol
  • SONET=Synchronous Optical Network
  • TCP=Transmission Control Protocol
  • UDP=User Datagram Protocol
  • xDSL=Asymmetric (Symmetric, Hybrid) Digital Subscriber Line

> Top 3. The Present (1988-1998):

  • The most significant change from the past to the current situation is:
  • Increased role of the private sector, and relatively small role of government agencies.
  • More people join the Internet; fixed capacity will be shared by more people.
  • Significant changes:
    • High speed backbone network:
      • dedicated T3 (45Mbps) lines
      • ATM: ATM cell = 5bytes overhead + 48bytes
        These cells are delivered in SONET (Synchronous Optical Network) frame (hundreds of cells per frame)
        • OC-3: 155Mbps
        • OC-12: 622Mbps
      • Router-to-Router dedicated SONET links make more sense.
    • Increasing diversity of computing (Laptop, Wireless LAN)
    • Multicasting to provide multimedia services such as audio and video teleconferencing.
    • More graphical, more interactive Web:
    • Audio/visual broadcasting function:
  • IETF (Internet Engineering Task Force):
    • 1,000 people in 100 working groups on various enhancements and extensions to the Internet protocols and operational procedure.
      • Principles: "Test before standardizing"
  • Keep It Simple:
    The amazing growth of the Internet and extension of protocols to performance ranges far beyond their design criteria is a demonstration of the fundamental wisdom of keeping simple:
    • Good news:
      Average user still wants a higer-performance system.
    • Bad news:
      Any experiments with different services will need special resources.

3. 現在 (1988-1998):

  • 過去から現在への最大の変化は、
  • 民間分野での役割の増大、と公的分野の相対的な役割低下
  • インターネットへの大勢の参加。一定容量を多くに人々で共有すること。
  • 主要な変化:
    • 高速バックボーンネットワーク:
      • T3 (45Mbps)専用回線
      • ATMの活用(ATM cellは5byte overhead+48byte)これらのcellがSONETフレームで伝送。
        • OC-3: 155Mbps
        • OC-12: 622Mbps
      • ルータ同士のSONET接続
    • コンピュータの多様化(ラップトップ、無線LAN)
    • 一斉同報による音声・動画などマルチメディアサービス
    • Webの一層のグラフィック、双方向化
    • 音声動画放送機能
  • IETF (Internet Engineering Task Force):
    • 総勢1000人が100の分科会に分かれてインターネットプロトコルや運用方法についての高機能化と拡張を作業
      • 原則:「標準化以前の検証」
  • 単純化原理:
    • 良いニュース:
    • 悪いニュース:

> Top 4. The Future (1998-2005):

  • Predicting the future of network infrastructure is as popular as predicting the weather, with as much likelihood of success. Future of the Internet will be:
  • Development of a computational grid
    • parameterized service location
    • distributed processing capabilities
    • Clients are connected directly to WAN
      (bypass last-one-mile costs)
  • Shift tobandwidth bottleneck:
    • from network itself to host interface and OS
    • Much higher aggregate capacity; gigabit links
      • OC-48 (2.5Gbps) ATM bandwidth; near experimental deployment.
      • Gigabit Ethernet products; being announced
    • from current "least-common denominator" service to adaptive interaction, to allow high performance resources to interact with low-performance interfaces.
  • LAN grid extends to phenomenal WAN link:
    • IP over SONET directly to avoid ATM's high overhead (+10%)
    • Satellite, Cable TV network, xDSL: 1Mbps and beyond
    • MSL (Maximum Segment Lifetime):
      • originally, based on 56Kbps links
        • 10 hops, 200ms round-trip propagation latencies
      • but now, 155 Mbps links
        • hops per route increase 15-20
        • satellite latency: 500ms
        • As a result, MSL has not changed much

4. 未来 (1998-2005):

  • ネットワークインフラストラクチャの未来を予測することは天気予報と同じように当たりそうだということで人気がある。インターネットの未来予測は:
  • コンピュータ・グリッドの発展:
    • パラメータ化したサービス分布
    • 分散プロセス能力
    • クライアントのWANへの直結(最後の1マイル費用の節約)
  • 帯域ボトルネックの移動:
    • ネットワーク自体からホストインターフェイスおよびOSへ
    • 更なる集中容量:ギガビット接続
      • OC-48 (2.5Gbps) ATM帯域:
      • ギガビットイーサーネット製品:
    • 現在の最大公約数的なサービスから、高機能資源が低機能インターフェイスに対応できるような最適サービスへと変化
  • LANグリッドからWAN接続へ:
    • IP over SONET(ATMの10%以上の加重なオーバーヘッドを防ぐため)
    • 衛星、CATV、 xDSL: 1Mbps以上
    • MSL (Maximum Segment Lifetime、最大セグメント寿命) :
      • 元来は、56Kbpsでの接続環境を前提
        • 10ホップで、遅延時間は200ms
      • 現在は、155Mbpsの接続環境で
        • ホップ数は、15-20に増加
        • 衛星による遅延時間:500ms
        • 結果としてMSLはあまり変わらない
  • > Top
  • Diverse hosts:
    From PDAs, NCs, and toasters to 3D visualization environments.
  • Dynamic Infrastructure:
    Mobility and satellite links.
    LAN will be dynamic (reconfigured between static periods) and mobile (connected while moving)
    Support services whose location is irrelevant.
    • Wireless LAN
    • Bluetooth
    • Satellite systems will augment
    • ...Finally, disappearance of LAN?
  • GUI for infrastructure:
    This will raise the capability of infrastructure, just as PC OSs and graphical browsers.
  • Fewer assumptions:
    We will trade bandwidth for latency, computation, or even storage. All these tradeoffs may require much more elaborate coordination of services.
  • Capability-based naming:
    URLs will cease to be useful.
    Search engines, organization services, and capability-based directories will replace fixed strings.
  • New protocols:
    Policy-based routing, reliable ordered transactions. Experimental protocols such as multicast and IPv6.
    • Current IPv4 support total 2 billion addresses
      actually 10-100 million) because of partitioning of the space.
    • IPv6 supports 10^38 addresses;
      actually 1 billion billion addresss per sq.mm on earth (including ocean)
        • multicast, enrich overall architecture
        • security
  • Automated management and configuration, support of fault tolerance
    • More asking for what we want, and less memorizing of magic incantations.
  • 多様なホスト:
  • ダイナミックインフラストラクチャ:
    LANはダイナミックに(ある時間毎に再設定)かつモバイルに(移動中の接続) 場所に依らないサービスの実現
      • Wireless LAN
      • Bluetooth
      • 衛星
      • 究極にはLANは消滅か?
  • インフラストラクチャのGUI:
  • より少ない前提:
  • 能力ベースのネーミング:
  • 新たなプロトコル:
    • 現在のIPv4では、20億のアドレス。実際にはアドレス空間の区分のため使用可能なのは10百万から1億程度
    • IPv6は10の38乗ものアドレスが可能で、実際には、海洋を含み地球表面1平方ミリ当たり10億x10億のアドレスが可能。
      • マルチキャスト、豊富なアーキテクチャが可能
      • セキュリティ:
  • 自動管理、自動設定、およびフォールトトレランス対応
    • 我々が必要なものを要求でき、おまじないのようなことは記憶しないで済む。
  • > Top This is a chapter written by Jonathan B. Postel, the guru of the Internet in the compiled book named "The Grid". The evolution of the Internet is clearly described here in three stages.
  • The Gridの本の中の一章で、インターネットのグルであるジョナサン・B・ポステルによって書かれた。インターネットの進化が明解に3段階で記載されている。

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