2009/11/13

JGN2plusとクラウドコンピューティング
独立行政法人情報通信研究機構
河合栄治

自己紹介
• 所属
– 独立行政法人情報通信研究機構
連携研究部門 テストベッド研究推進グループ
テストベ ド研究推進グル プ
専攻研究員• 研究テーマ– JGN2plusにおけるクラウドテストベッド構築– 過去のテーマ：オペレーティングシステム技術、インター
過去のテ マ：オペレ ティングシステム技術 インタ
ネット技術、耐障害性技術、大規模情報配信システム構築技術、サービス性能品質評価技術、等

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2009 JGN2plus研究交流フォーラム in 福井

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クラウドコンピューティングとは2009 JGN2plus研究交流フォーラム in 福井

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クラウドコンピューティングとは• 産業界主導で生み出された概念・技術・システム・ビジネス– Google CEOのEric Schmidtが最初に提唱したとされる• 2006年8月にはWebに出ている…

• いろんな個人・組織が、それぞれの観点から定義– バズワードであり、技術的には新しくないという意見も• 総合すると…
– インターネット上に、抽象化された情報通信サービスリソース群を提供し、規模拡張性および低コスト性に優れたシステムの迅速な構築を可能にする基盤• 具体例– Salesforce.com、Google AppEngile、Amazon EC2 あたりが概念理解によく利用される

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クラウドのタイプ• 抽象化レイヤによる分類– Software as a Service (SaaS)• Web上で各種ソフトウエ
ア 業務アプリケ シ ン
ア、業務アプリケーションを提供• 例：Salesforce.com– Platform as a Service (PaaS)• ソフトウエア要素を提供• 例：Google App Engine– Infrastructure as a Service(IaaS)• ソフトウエアを動作させるためのインフラ要素を必要に応じて提供• 例：Amazon EC2

アプリケーション
サーバ

SaaS

ミドルウエア
データベースオーバレイネットワーク
ハードウエア
ハドウエア
クラスタ管理ネットワーキング
ストレージ
OSPaaS

IaaS2009 JGN2plus研究交流フォーラム in 福井

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クラウドを実現する要素技術
広域分散処理エージェント技術
遠隔機能呼出RPC/MPI
ファイル共有Webサービス

サーバファーム
広域コンテンツ
配信

分散処理
フレーム
ワーク
オーバレイ通信

インターネット（パケット交換）

ネ トワ ク仮想化
ネットワーク仮想化
メインフレーム
仮想化～80年代
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PC仮想化

90年代
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00年代
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Gridとは何が違うのか？
Grid

Cloud

リソース共有組織間で協調協調モデルはまだない

仮想化の視点

データ、計算資源
デタ、計算資源ハードウエア、ソフトウエア
ドウ ア、ソフトウ ア

セキュリティ

認証と委譲

隔離

プラットフォーム

Grid (Globusなど)

統一的基盤はまだない

管理

分散的

集中的

ユーザ

HPC向き

一般向き

標準化

ありなし

課金モデル

硬直的

柔軟的

サービス品質管理

最善努力的

可用性、稼働時間

L. M. Vaquero, et al., “A Break in the Clouds: Towards a Cloud Definition”,
ACM CCR, Vol. 39, No. 1. より引用

クラウドは、Gridよりも、商用サービスのニーズにフォーカスしている2009 JGN2plus研究交流フォーラム in 福井

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ビジネス的観点から見たクラウド• コスト比較の典型例
Internal IT

Managed services

The cloud

Capital investment$40,000$0$0

Setup costs$10,000$5,000$1,000$0$4,000$2,400Monthly service fees
Monthly staff costs
Net cost over three years$3,200$0$1,000$149,000$129,000$106,000

G. Reese, “Cloud Application Architecture”, O’Reilly より引用

世の中そんなに単純ではない
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クラウドのコスト工学 (1)• 多重効果– 一般的に、インフラの平均利用率は低いが、最大利用率に合わせて設備投資がなされる– 計算資源をサービスで共有できれば、平均利用率でのインフラ投資が可能になる 100• いわゆる統計的多重 908070
効果が得られる
60
サービスC• サーバ仮想化推進の 5040
サービスB
サービスA
30
論理201001

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2345678

9 10 11 12 13 14 152009 JGN2plus研究交流フォーラム in 福井

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クラウドのコスト工学 (2)• システムの新陳代謝– 技術進歩の速度は飛躍的に高まっている• 自前のシステムでは、古いシステムを長自前のシステムでは 古いシステムを長期間利用しなければならない（特にハードウエア）– ICTインフラがサービス化されれば、必要に応じて新しい技術の導入が可能になる• ユーザは使った分だけコストを支払えばよよい• 移行のコストも低く抑えられる• 古いインフラで十分なサービスは安いコストで得られる可能性がある
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クラウドのコスト工学 (3)• Elasticity & Agility– 急激なサービス需要の成長にも迅速に対応可能• ビジネスの成長チャンスを逃さない– スケーラビリティを支える仕組みビ• 分散処理機能– 汎用的な遠隔機能呼び出しから、大容量データ処理のためのフレームワークへ– GoogleのMapReduceが代表例• 負荷分散機能– サービスの仮想化– プロビジョニング：負荷に合わせたシステム構成の変更
プロビジョ ング：負荷に合わせたシステム構成の変更

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クラウドの規模拡張性• IaaSにおける規模拡張性– 大規模サーバクラスタ管理技術• ホスト仮想化技術、ネットワーク仮想化技術、ストレージ仮
ホスト仮想化技術、ネットワ ク仮想化技術、ストレ ジ仮想化技術– 負荷分散技術• サービス仮想化技術（L4/L7スイッチング）• PaaSにおける規模拡張性– MapReduce• 技術的にはシンプルな分割統治を基礎とした分散処理技術• 大容量データの分割処理向け (Data‐centric computing)• 類似技術が多数出現
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MapReduce
Reduce: 分割処理の結果を収集して後処理をする

Map: 分割されたデータをそれぞれ独立して処理

J. Dean and S. Ghemawat, “MapReduce: Simplified Data Processing on Large Clusters”,
USENIX OSDI 2004 より引用
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クラウドの代表的な技術課題
課題

対応策

サービスの可用性

複数のクラウドを利用したり、DDoS攻撃には、システムのElasticityを活用

データのLock‐in

APIの標準化や、プライベートクラウドとパブリッククラウドの連携によるSurge‐computingの実現

データの機密性と監査性

暗号化、VLAN、ファイアウォール等の利用

データ転送のボトルネック

物理的なストレージ装置の移動、私有網の活用

性能予測の不正確さ

VM技術の向上、フラッシュメモリの活用、特別なスケジューリングの利用

ストレージの規模拡張性

規模拡張性に優れたストレージの開発

大規模分散システムでのバグ

分散システム上でのデバッガ

早急な規模変更

機械学習を用いた規模調整の自動化

他者との信用劣化の共有

信用保護の仕組みを利用

ソフトウエアライセンス

従量課金制やバルク利用課金制などの開発

M. Armbrust, et al., “Above the Clouds: A Berkeley View of Cloud Computing”,
Tech. Report No. UCB/EECS‐2009‐28 より引用

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クラウド連携を目指して•

RESERVOIR (Resources and Services Virtualization without Barriers)–––•

The Open Cloud Consortium (OCC)–––•

米国の産業界中心のフォーラム
狙い：産業界でのクラウドコンピューティング技術の普及及びクラウド間連携のフレームワーク開発
http://www.cloudforum.org/

オープンガバメント・クラウド・コンソーシアム
–
–
–

•

産学連携組織狙い：クラウド技術のオープン化およびそのための情報共有
http://www.opencloudmanifesto.org/

Cloud Computing Interoperability Forum (CCIF)–––•

米国の産学連携 ンソ シア
米国の産学連携コンソーシアム
狙い：クラウド技術の標準化、クラウド間連携フレームワークの開発、オープンソース実装、テストベッド管理
http://opencloudconsortium.org/

Open Cloud Manifesto–––•

欧州FP7の支援により設立
狙い：異なる管理ドメインやプラットフォーム、地域を越えたスケーラブルなサービス提供および管理の実現
http://www.reservoir‐fp7.eu/

日本の産業界中心のコンソーシアム
狙い：オープンなクラウド技術の普及推進、クラウドコンピューティングの人材育成
http://www.open‐gov‐cloud.jp/

グローバルクラウド基盤連携技術フォーラム–––

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日本の産学連携フォーラム
狙い：クラウド技術の標準化、国際レベルでのクラウド間連携、サービス品質、セキュリティなどの検討
http://www.gictf.jp/

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JGN2plusとStarBED
ネットワーキングとコンピューティングの融合を目指して

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ＪＧＮ２plusとは①
ＪＧＮ２plusは、未来を見据えたネットワーク関連の技術開発やアプリケーション開発などに活用することを目的とした、オープンな研究開発ネットワークです。
このネットワークは、ネットワーク関連の最先端の研究開発に加え、教育・医療・防災等の幅広い分野で地域社会に密接したアプリケ ション等の実証実験に利防災等の幅広い分野で地域社会に密接したアプリケーション等の実証実験に利用することができます。
こうした目的であれば、地方自治体、学校関係者、医療関係者、民間企業等の方々をはじめ誰でも利用することができます。

目的：研究開発/
目的：研究開発/実証実験

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研究成果により未来のＩＣＴ社会を展望

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ＪＧＮ２plusとは②《全国の各都道府県から使える全国の各都道府県から使える》》
アクセスポイント(AP)アクセスポイント(AP)は、全国は、全国5858箇所に設置しています。
箇所に設置しています。

《高速・大容量高速・大容量》》
アクセスポイントによって異なりますが100M
アクセスポイントによって異なりますが100M～～10Gbps10Gbpsで接続できます。
で接続できます。

《サービスが選べるサービスが選べる》》
２地点間接続、多地点接続が可能です。又、イーサネットレベル、ＩＰレベルでの接続が選べるので、用途に合わせた使い方が可能です。

《最先端の環境最先端の環境》》
最新技術に対応しており、多様な実験が可能です。（IPv6
最新技術に対応しており、多様な実験が可能です。（IPv6、、光テストベッド）
ＪＧＮ２plusは専用設備なので帯域の全てを研究用として使える。
（１Ｇ、１０Ｇのトラフィックが流せる。）
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ＪＧＮ２plusは各研究トラフィックに対し外部からのアクセスを遮断している。
（Internetからの外乱がない。）

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JGN２plus国内アクセスポイント

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JGN２plus国際回線

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JGN2plus-SINET3相互利用【平成20年9月4日(木)】「独立行政法人情報通信研究機構」「大学共同利用機関法人情報・システム研究機構
国立情報学研究所」との間における連携・協力の推進に関する協定書の調印式【主な協力内容】
・情報交換 ・共同研究 ・研究設備の相互利用
・人材交流 ・シンポジウム等の開催
・その他情報通信分野の研究に寄与する活動

SINET32009 JGN2plus研究交流フォーラム in 福井

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JGN2plus研究プロジェクト活動状況①
参加研究者・機関

海外プロジェクト

参加研究者数参加研究機関数・大学・高専・企業等
・政府系研究機関・自治体
・海外研究機関・その他（協議会など）

907人
907人
333機関
333機関
145機関
145機関
83機関
83機関
62機関
62機関
34機関
34機関
9機関

海外プロジェクト数20件
20件

米国、タイ、シンガポールの研究機関の他、他のネットワークを経由して、欧州や東アジア地域の機関とも連携した研究開発を実施。

（※各数値は延べ数）

地域別申請
地区

プロジェクト数

デモ利用数

地区

プロジェクト数

北海道

11東海

44東北

90

近畿

1610関東4822中国

31信越

10

四国

84北陸

45九州・沖縄

85

合計

10252

※プロジェクトリーダー所属機関の所在地でカウント

デモ利用数

2008.4～2009.8
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JGN2plus研究プロジェクト活動状況②JGN2plusにおける１年間のプロジェクト数／参加機関数の推移
120

機関数

(2009年3月末現在)

ﾌﾟﾛｼﾞｪｸﾄ数100

23180288

60

172

172

44444452298313

350

96300

259244

251

6366

80

208
172

293

5884250

8670200
150

40100

205000

参考データ：JGN2(2004年4月～2008年3月)４年間の実績
プロジェクト数：１７５件(うち海外プロジェクト24件)
参加機関数：６１８機関、参加研究者数：１８２０人
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JGN2plus と新世代ネットワークに関する研究活動
JGN2plus は、NICTが推進する新世代ネットワークの研究開発を支えるテストベッドとして、JGN2plus のリサーチセンター(SPARC: Service Platform Architecture
Research Center )における研究開発活動を支える役割を果たす。
新世代ネットワーク（NWGN）

国際的競争力強化
産学官連携による研究開発の戦略的推進
新世代ネットワークを白紙から再設計

国際競争と連携

JGN2plus リサーチセンターにおける研究活動■ 新世代ネットワーク運用・管理技術の研究開発

連携

データ通信網

固定電話

JGN

携帯電話

JGN2

従前
現在のネットワーク
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先導米 国 （FIND等）

新世代ネットワークに対する国際的気運の高まり(FIND,FP7等）

次世代ネットワーク（NXGN）
インターネット
携帯電話

既存技術の限界・機能追加による複雑化
性能向上に限界・性能向上に限界

固定電話

欧 州 （FP７等）

・高速化、多様化
・高可用、高品質
・セキュア、省エネ・未知の課題への対応

アジア

産学官連携
連携
新世代ネットワー
ク推進フォーラム

新しいテストベッド（JGN‐X）へ

JGN2plus
現在

2010年（次世代）

次世代ネットワーク
24(NXGN)2009 JGN2plus研究交流フォーラム in 福井

2015年（新世代）
新世代ネットワーク(NWGN)
24

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コンソール(NW可視化、コントロール)

JGN2plusのサービスプラットフォーム詳細
P2P/オーバレイ技術
オーバレイネットワークＡ

オーバレイネットワークB

DCNドメイン/DCN-Interドメイン
コントローラDCN:Dynamic Circuit Network

NW制御技術

perfSONAR
サービス/トポロジー検索

仮想ネットワーク実験環境Ａ

仮想ネットワーク技術

計測実行/データ収集

仮想ネットワーク実験環境B

計測技術

仮想化
ストレージ

仮想ル タ
仮想ルータ
ドメインA
仮想化ルータ+仮想化ネットワーク

仮想ルータ仮想ルタ
ドメインB

仮想ルータ
仮想ル
タ
ドメインC

仮想ルータ
仮想ルタ
ドメインD

WDM/光SW

WDM/光SW

光パス
光スイッチネットワーク
WDM/光SW
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WDM/光SW2009 JGN2plus研究交流フォーラム in 福井

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The StarBED

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StarBEDユビキタスシステムシミュレータ
応用分野

施設・設備




汎用ネットワークICTシステム
シミュレータ• ネットワーク指向プロダクトの研究・開発・検証プラットフォ ム
究・開発・検証プラットフォーム

1,000 台の物 理ノ ードと相 互
接続スイッチクラスタ• インターネットおよび既存システ
ムの特性解析

実験支援システムSpringOSによる設定・実験実行の自動化• 大規模な閉鎖環境

応用例• 教育用プラットフォーム

St BED ユビキタス
StarBED
システムシミュレータ



2万以上のBGPルータインスタンスによる、グローバルインターネット経路制御実験

1,000台のモーションプランニングロボットの実時間シミュレーション



1,000個のアクティブ無線タグアプリケーションのCPUサイクル忠実な実時間シミュレーション

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ネットワークICT研究開発で活躍するStarBED
NICT 機構内連携

民間製品R&Dの支援

新世代NW研究開発戦略本部
 情報通信セキュリティ研究センター
 知識創成コミュニケーション研究センター
知識創成ケ シ究タミッションクリティカルシステム
 ナナオ（Ｘ線写真読影システム）



先端ICTシステム－ パナソニック（HDテレプレゼンスシステ

MIC直轄研究の支援

ム用高性能・高機能コーデック）

次世代BB 情報漏洩対策技術
 ユビキタス特区


学術研究機関のR&D支援


国際連携



Planet‐Lab
DETER

StarBED ユビキタス
システムシミ レ タ
システムシミュレータ

人材育成

新しい概念の創出
現実・仮想世界融合シミュレーション
テストベッド・シナジー
 メタ・テストベッド
 ネットワークR&Dステージング

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慶應義塾大学東京大学
 名古屋大学
 奈良先端科学技術大学院大学
 北陸先端科学技術大学院大学
 アジア向け人材養成ワークショップ（WIDEプロジェクト / SOI‐Asia）
 IT‐Keys セキュリティ人材育成（文科省）

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NICT All‐Stars

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クラウド技術の取り組み
SaaS 的取り組み• サービスシステムのクラウド化
言語Gridサービスや情報分析システムWISDOMのクラウドへの展開
ビスや情報分析システムWISDOMのクラウド の展開• 言語Gridサ

PaaS 的取り組み• P2P通信基盤やセンサーネットワーク技術• PIAXエージェントオーバレイネットワーク• Live E! プロジェクト、韓国IP‐USNプロジェクトとの連携

IaaS 的取り組み• JGN2plusの仮想ネットワーク運用および新世代ネットワーク技術• L2/L3 VLAN、MPLS、ルータ仮想化、DCN• Openflow、仮想化ルータ

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まとめ• クラウドとは、これまで蓄積してきたコンピューティン
グ技術、ネットワーキング技術を高度に活用し、産業界主導で開発されている大規模サ ビス提供基
業界主導で開発されている大規模サービス提供基盤– 広範な概念・技術・システム・ビジネスを含む• クラウドは単にそこにある基盤ではなく、あらゆるものをどう「クラウド化」するのかを考えるのが重要– そういう意味では、プロセスでもある
そういう意味では プロセスでもある• その中で、JGN2plus/StarBEDの活用をご検討いただ
けますと幸いです2009/10/23

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ご清聴ありがとうございました

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