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プレスリリース

2005年5月6日

「日本の研究チームがインターネット速度記録を更新」
-記録を大幅に更新-

東京大学大学院情報理工学系研究科
平木 敬

要旨

東京大学、WIDEプロジェクト、(株)富士通コンピュータテクノロジーズ、チェルシオ・コミュニケーションズ(米 国)、JGN2(日本)、APAN(日本)、CANARIE(カナダ)、SURFnet(オランダ)、アムステルダム大学(オランダ)、NTTコミュニ ケーションズ(株)が昨年12月末に共同で実施した実験の結果が米国Internet2のInternet2 Land Speed Record(インターネット速度記録)に2種目で認定され、5月4日に米国ワシントンD.Cで開催されているInternet2会議において表彰されま した。これは、同研究チーム自身がSC2004において記録した単一ストリームTCP速度記録を45%更新するとともに、カリフォルニア工科大学が持って いた複数ストリームTCP速度記録も17%更新しています。この結果、IPv4によるインターネット速度記録を全て日本を中心とした研究チームが獲得しま した。

記録に用いたインターネットは、東京 → シカゴ → ニューヨーク → アムステルダム → シカゴ → シアト ル → 東京 であり、東京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。データ転送速度は1秒間に7.21ギガビット(約72億ビット) 毎秒です。

実験の詳細は http://grape-dr.adm.s.u-tokyo.ac.jp/news.htmlhttp://data-reservoir.adm.s.u-tokyo.ac.jp/lsr-20041225 を参照して下さい。
Internet2 Land Speed Record(インターネット2ランドスピードレコード)は http://lsr.internet2.edu/ に最新の記録と過去の記録を見ることができます。

この結果は、日本の高速インターネット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。
なお、11月9日の記録と異なる点は、インターネット速度記録の規則に基づき計算した距離を、20,645 kmから30,000 kmに延長したことにあります。

http://data-reservoir.adm.s.u-tokyo.ac.jp/press/lsr-20041225-j に本発表文書があります。

1.詳細

平成16年12月末に東京大学、富士通コンピュータテクノロジーズ(株)、WIDEプロジェクト、チェルシオ・コ ミュニケーションズ(米国)、JGN2(日本)、APAN(日本)、CANARIE(カナダ)、SURFnet(オランダ)、アムステルダム大学(オラン ダ)、NTTコミュニケーションズ(株)が昨年12月末に共同で実施した実験の結果が米国Internet2のInternet2 Land Speed Record(インターネット速度記録)に2種目で認定されました。(http://data-reservoir.adm.s.u-tokyo.ac.jp/press/press_jp.htmlを参照のこと)


今回の記録は、東京大学、WIDEプロジェクト他による2004年11月9日の記録を更新し、単一ストリームTCPクラスと複数ストリームTCPクラスの 双方での記録となったものです(表1)。11月9日の記録では、インターネット速度記録の規則により、実際のネットワーク長である31,248kmより著 しく短い20,645 kmとして記録が認定されました。この問題を解決するため、米国シカゴにおいてルータによりネットワークを中継し、インターネット 速度記録の規則が許す最大長である30,000kmのネットワークを構築し、記録を更新しました。なお、実際のネットワーク長も31,248kmから 33,979 kmに伸びています。なお、全ての区間が10ギガビット/秒のネットワークで構成した33,979 kmのネットワーク自身、世界初の実現です。

この記録は、従来の記録と異なり、標準のイーサネットパケット長(1500バイト)と標準のTCP通信方式を用いて いることを特徴とし、10ギガビットネットワークの高効率利用が特殊な方式なしで実現することを示しました。現在、多くのPCやサーバが扱っている大多数 のアプリケーション、例えばウェブページのアクセス、メール通信、ファイル転送などが直接的に利用できることを意味し、今後数年間のネットワーク利用の高 速化が、標準のイーサネット、標準のTCP通信方式で実現することが可能であることを示しました。

具体的には、CD一枚のデータを0.7秒、DVD一枚を5秒、100ギガバイトのディスク一個分のデータを約110秒で地球の反対側に送ることが可能となります。

インターネット速度記録を実現したネットワークは、東京に設置された2台の東京大学のサーバ間を、下記ネットワークで結合しました。

  東京・ネットワーク接続    T-LEX(WIDEプロジェクトが運用)
  東京 → シカゴ   APAN/JGN2
  シカゴ・ネットワーク接続   StarLight
  シカゴ → ニューヨーク   Abilene
  ニューヨーク → アムステルダム   SURFnet
  アムステルダム・ネットワーク接続   Universiteit van Amsterdam、NetherLight
  アムステルダム → シカゴ   SURFnet
  シカゴ・ネットワーク接続   StarLight
  シカゴ → シアトル   CA*net 4 (CANARIE)
  シアトル・ネットワーク接続   Pacific Northwest Gigapop
  シアトル → 東京   IEEAF(Internet Educational Equal Access Foundation)
  東京・ネットワーク接続   T-LEX(WIDEプロジェクトが運用)

2台のサーバ間の距離は、中間にある機器間の最短距離の和で測ると33,979 kmとなりますが、Internet2のランドスピードレコードのルールにより、30,000 km として記録は計算されました。このネットワーク上のデータ転送速度が7.21Gbpsであったことから、今回認定された記録は 216,300 テラビット・メートル/秒となりました。

この記録は単一 TCP ストリームを用いたもので、従来の記録を 45% 上回ったため、LSR に認定されました。また、従来の複数ストリーム TCP クラスの記録を 17% 上回っていたことから、複数ストリーム TCP クラスの記録としても認定された次第です。なお、ネットワークの往復遅延時間(RTT)は約499ミリ秒です。

実験で用いたネットワーク経路図
実験で用いたネットワーク経路図

 

年月日

バンド幅距離積
テラビット・メートル/秒

研究グループ

クラス

2000年3月21日

4278

Microsoft
Qwest Communications
University of Washington
USC Information Sciences Institute

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
Faculty of Science of the University of Amsterdam
SURFnet

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)
Universiteit van Amsterdam (UvA)
Stanford Linear Accelerator Center (SLAC)
California Institute of Technology (Caltech)

IPv4 Single and Multiple stream

2003年2月23日

23888

California Institute of Technology (Caltech)
CERN
Los Alamos National Laboratory (LANL)
Stanford Linear Accelerator Center (SLAC)

IPv4 Single and Multiple stream

2003年5月6日

6947

California Institute of Technology (Caltech)
CERN

IPv6 Single and Multiple stream

2003年10月10日

38420

California Institute of Technology (Caltech)
CERN

IPv4 Single and Multiple stream

2003年11月11日

61752

California Institute of Technology (Caltech)
CERN

IPv4 Single and Multiple stream

2004年2月22日

68431

California Institute of Technology (Caltech)
CERN

IPv4 Multiple stream

2004年4月14日

69073

SUNET
Sprint

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)
CERN

IPv4 Single stream

2004年9月12日

124935

SUNET
Sprint

IPv4 Single and Multiple stream

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
Fujitsu Computer Technologies
WIDE
Chelsio Communications

IPv4 Single stream

2004年12月25日

216300

University of Tokyo
Fujitsu Computer Technologies
WIDE
Chelsio Communications
APAN
JGN2
CANARIE
SURFnet
Universiteit van Amsterdam

IPv4 Single and Multiple stream

表1.過去のインターネット速度記録


単一ストリームTCPインターネット速度記録の推移

 

この記録に関して特筆すべきことは、以下の通りです:

  1. データ通信が、最も広く用いられている 1500バイト標準イーサネットフレーム長、標準TCP方式で実現したことは、この技術が将来、広い分野 へ適用可能であることを意味していること。Webアクセス、ファイル転送、メールシステム、GRIDなどは想定される応用分野です。
  2. 両端に設置したサーバは、特殊なものではなく一般的に入手可能な標準的部品を組み合わせたPCであること(約30万円のPC)。
  3. 7.21Gbpsのデータ転送速度は、ネットワーク技術ではなく、サーバのI/Oバス(PCI-Xバス)により決定されていること。東京大学が研 究開発した「レイヤ間協調による最適化」技術が遠距離・高バンド幅TCP通信の持つ問題点を根源から解決したことを意味していること。
  4. 実験に用いた 10 ギガビット/秒の光ネットワークの経路の一部は、実験期間中占有できなかったため、CANARIE が開発した UCLP (User Controlled Light Path) を用いて切り替えを行なうことにより、切り替え時に管理者に連絡することなく、他のプロジェクトと回線の時分割共有が可能になったこと。
  5. 日本のネットワーク技術が世界最高レベルに達していること、日本と世界の学術ネットワーク間の密な結合を、具体的な形で示したこと。


なお、本成果は、科学技術振興調整費「重要課題解決型研究等の推進」プログラムの実施課題「分散共有型研究データ利用基盤の整備」によるものです。

この実験は、次の企業による機材の提供やサポートを得て実現されました:東陽テクニカ、Foundry Networks、物産ネットワークス、およびネットワンシステムズ。


連絡先:

東京大学大学院情報理工学研究科コンピュータ科学専攻 教授
平木 敬  e-mail: hiraki@is.s.u-tokyo.ac.jp
電話:090-6482-9169


実験参加者:

  東京大学 平木 敬、稲葉真理、中村 誠、玉造潤史、青嶋奈緒、西村 亮
  ㈱富士通コンピュータテクノロジーズ 来栖竜太郎、坂元眞和、古川裕希、生田祐吉
  WIDEプロジェクト 加藤 朗、山本成一
  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
APAN
小西和憲
田中 仁
服部佳隆
松井 俊
JGN2
小林克志
CANARIE
Rene Hatem
Damir Pobric
Thomas Tam
Herve Guy
Pacific Northwest Gigapop
Jan Eveleth
StarLight
Linda Winkler
SURFnet
Kees Neggers
Erik-Jan Bos
Dennis Paus
Roeland Nuijts
SARA
Pieter de Boer
Universiteit van Amsterdam
Cees de Laat
Paola Grosso
Freek Dijkstra


ネットワーク担当機関(西から東):

WIDE
APAN
JGN2
IEEAF(Internet Educational Equal Access Foundation)
CANARIE
StarLight
Abilene
SURFnet

ネットワーク接続ポイント機関:

T-LEX, Pacific Northwest Gigapop, StarLight, NetherLight, Universiteit van Amsterdam



東京大学データレゼボワール/GRAPE-DR プロジェクトは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します。詳細は
http://data-reservoir.adm.s.u-tokyo.ac.jp/ および
http://grape-dr.adm.s.u-tokyo.ac.jp/ をご覧下さい。連絡先は平木敬教授 hiraki@is.s.u-tokyo.ac.jp(Tel:03-5841-4039 または090-6482-9169)です。

WIDE Project は、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。133 の企業と 11 の大学を含む多くの組織と連携して、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。詳細は
http://www.wide.ad.jp/ をご覧下さい。連絡先は、press@wide.ad.jp (Tel:0466-49-3618, Fax: 0466-49-3622)です

㈱富士通コンピュータテクノロジーズ(略称“CTEC”)は電子機器関係の組み込みハードウェア・ソフトウェアの開 発を行う会社です。特にコンピュータの基盤であるサーバ、ストレージ、ネットワーク関連の開発については長い経験と最新の技術をもって開発を行っており、 データレゼボワールはこの技術を背景に開発を行っております。本システムは科学研究では最も標準的なLinuxプラットフォーム上で、ストレージ、ネット ワークを並列に動作させることにより、おのおのの能力を最大限に活かし、高いスケーラビリティにより世界最速の転送性能を実現しています。詳細はhttp://www.ctec.fujitsu.com をご覧下さい。

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)は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T110 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/ をご覧下さい。

SURFnet はオランダの 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/ をご覧下さい。

CANARIE は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。主要なメンバーや世界中の同様 な組織との協調を促進することによって、CANARIE は技術革新と成長を促し、社会的、文化的、経済的な利点をカナダ国民にもたらすことに貢献します。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/ をご覧下さい。

APANは、1997年6月に東京でコンソーシアムを設立、同年12月にネットワークの構築を開始し、 翌年9月から2004年10月まで、米国政府機関NSFから研究資金も受領して、対米リンク (TransPAC)の運用も始めた国際研究ネットワークです。その後も研究・教育ネットワークの参加が相次ぎ、APANはアジア域内のほぼ全ての研究・ 教育ネットが結集するコンソーシアムに成長、アジア域内の運用センター機能を提供すると共に、北米やヨーロッパと連携してグローバルな研究・教育ネット ワークを構成、先端的国際共同研究を進めています。APANは、インディアナ大学・Internet2と組み、2005年1月から5年間、NSFの研究資 金を再び受領し始め、ネットワークの強化・拡大を図っています。詳細はhttp://www.apan.net/ をご覧ください。

JGN2は、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/ をご覧ください。

IEEAF (Internet Educational Equal Access Foundation) は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/ を参照して下さい。

Abileneは米国Internet2が運営する高速学術ネットワークで、米国内の主要地点を10Gbpsの幹線で接続しています。詳しくはhttp://abilene.internet2.edu/を参照してください。

Pacific Northwest Gigapop はアメリカ北西部に於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 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/ をご覧下さい。

StarLightは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お こなってい、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/ を参照してください。

NTTコミュニケーションズ株式会社は、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、「グローバルIPソリューションカンパニー」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。


用語解説

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、その最高記録である。米国Internet2で認定する。カテゴリーは、IPv4, IPv6について、TCPの単一ストリームと複数ストリームのクラスに分けられる。今回は、IPv4のTCP単一ストリームおよび複数ストリームのカテゴ リーに対応する実験である。詳細は
http://lsr.internet2.edu/
http://lsr.internet2.edu/history.html

Internet2 Land Speed Recordでは、11個のルールを定め、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 and 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)仕様する機器、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

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ま す。詳しい活動内容は、
http://www.internet2.edu を参照してください。

インターネット 広義では、多数のユーザにより共有して使われ、国内・海外のネットワーク通信を実現しているネットワークを意味するが、通常は、ウェブページアクセス、メール、ファイル転送などに広く用いられているTCPを用いたネットワーク体系のことである。

TCP Transmission Control Protocolの略。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ある。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、送信側が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する。
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を用いている。

単一ストリーム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う。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ある。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、複数ストリームで更に性能を上げる必要性はない。

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ある。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ある。詳細 は、同プロジェクトがSC2004 で発表した論文に示されている。論文は
http://www.sc-conference.org/sc2004/schedule/pdfs/pap254.pdf

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