研究ノート

インターネット PBNM 導入により実現できる「製造工場における仮想的な工作機械の利用のためのサービス」の提案
小田切和也 （椙山女学園大学文化情報学部）

要旨
著者は，Destination Addressing Control System（DACS）方式と呼ぶネットワーク管理方式を提案し，インターネット全域の管理を実現するために必要なソフトウェアの研究を進めてきた。この DACS 方式は，クライアント上だけにソフトウェア形態の通信制御機能を配置し，各クライアントから発信される通信に対する制御を通じて，特定のネットワーク全体を安全かつ効率的に管理する方式である。この方式の管理範囲を拡大していくことで，最終的には，インターネット全域を管理する方式としていきたいと著者は考えている。本論文では，その DACS方式の有効性を高める目的で，この方式を導入するネットワーク上で実現することが可能であると著者が考えている「製造工場における仮想的な工作機械の利用のためのサービス」についての提案を行う。

キーワード：PBNM，ネットワーク管理，クラウド，アクセス制御，Destination NAT

1．はじめには，困難である。そこで，ポリシーに基現在のインターネットの仕組みは，自づくネットワーク管理（PBNM：Policy

律分散型の形態がとられており，統一的Based Network Management）の考えに全体が安全・効率的に管理される仕組方に基づき，インターネット全体を管理

み に は な っ て い な い。 こ の よ う な イ ン

する「インターネット PBNM（図 1）の研

ターネット上には，様々な利用者が存在究」を長期的視野に立ち推進し，安全・し， 様 々 な 形 で イ ン タ ー ネ ッ ト を 利 用

効率的に管理されるインターネットの実

し て い る。 そ の 仕 組 み を あ ま り 理 解 し現を目指している。これまでの所，以下ていない利用者がインターネットに接の 4 つのステップで研究を進めている。

続して利用する時には，「個人情報の漏洩」，や「ネットワーク攻撃の踏み台利（Step1）自組織ネットワーク（特定の一用」が発生する危険性が高くなる。しか組織が保有するネットワーク）管理しながら，インターネット全域で，そのの為 PBNM 方式の研究

ようなリスクを回避することは，現状で愛知大学情報メディアセンター

（Step2）複数組織ネットワーク群管理の－ 37 －Vol.29, No.1, 2019

図2

既存 PBNM

原理は，サーバとクライアントの間の経路上に配置される通信制御機能による通信制御（アクセス制御，通信の暗号化，QOS 制 御 な ど ） を 通 し て 自 組 織 が 保 有するネットワーク全体を管理するもので
図1

インターネット PBNM のイメージある。IETF（R. Yavatkar at el. IETF
RFC 2753，2000） や DMTF（DMTF，DSP0123，2002） な ど の 複 数 の 標 準 化

為の PBNM 方式の研究

組 織 で 標 準 化 さ れ て お り， 管 理 対 象 範（Step3） 特 定 ド メ イ ン を 管 理 す る 為 のPBNM 方式の研究

囲 は， 自 組 織 ネ ッ ト ワ ー ク で あ る。 この方式の原理を，理論的・技術的には，（Step4）インターネット全体を管理する為の PBNM 方式の研究（Step2）の管理対象範囲と同じ範囲である「複数組織ネットワーク群」の管理にも応用できる。しかしながら，様々な理（Step1）に該当する既存 PBNM（図 2）

由が推測できるが，そのような趣旨の研は，各組織内で構成員の手によって定め

究 は， 見 当 た ら な い。PBNM の 技 術 的られたネットワークポリシーやセキュリな個別の構成要素であるアクセス制御技ティポリシーなどの明文化された方針に

1）
2）
術 や QOS 制御技術 を個別に研究対象基づき，柔軟かつ効率的なネットワークとして取りあげて，複数の組織が個別に管理を実現する方式である。その方式の保有するネットワークの間で共通利用す愛知大学情報メディアセンター

－ 38 －

Vol.29, No.1, 2019

る為の研究が若干報告されているだけで

2．インターネット PBNM の研究ある。

2.1．イ ンターネット PBNM 研究推進のそこで，著者は，（Step1）の方式の管動機と関連研究

理対象範囲，つまり，適用範囲のネット既存のネットワーク管理に関する研ワ ー ク を 拡 大 す る 方 向 で，（Step2） の究・技術として，ユーザ認証に関する研

研 究 を 推 進 す る。 具 体 的 に は， 適 用 範

究囲を，「個別組織のネットワーク」から

関 す る 研 究 2），VPN（Virtual Private「 複 数 組 織 ネ ッ ト ワ ー ク 群 」 に 拡 大 し，Network） 3） の よ う な ネ ッ ト ワ ー ク 仮

複数組織ネットワーク群管理の為の方式想化に関する研究，ネットワーク接続時とした。現在は，更に適用領域を拡大すのセキュリティ保証のための検疫ネット

る（Step3）の研究に相当する「特定のワ ー ク 4） に 関 す る 研 究 な ど， 様 々 な 種ドメインを管理する方式」の研究を推進

類 の 研 究 が 行 わ れ て い る。 し か し な がしている。具体的には，インターネット

ら，これらの研究は，それぞれある特定PBNM の実現に向けて，DACS 方式で管の個別の目的を実現するためのネット理される複数組織ネットワーク群（ネッワーク技術に関する研究であり，特定範トワークグループ）が，インターネット囲のネットワークを安全かつ効率的に管上に多数存在する状況になると想定し，理することを目的としている研究ではそれらのネットワークグループ間を相互な い。 特 定 範 囲 の ネ ッ ト ワ ー ク を 安 全に緩やかに連携させることで，管理範囲かつ効率的に管理する為のモデルとしを 拡 大 す る こ と を 目 指 し て い る。 イ ンて，Internet Engineering Task Force

ターネット PBNM の確立に向けて，この（IETF） で 示 さ れ て い る PBNM の 研ような形で研究を進めている。しかしな究 6）7）8）9） が存在する。この PBNM の原

がら，その一方で，DACS 方式を導入す

理は，図 3 に示された内容のものである。

1）やサーバ負荷分散などの負荷分散にるネットワーク上で実現可能となる新しいサービスの提示も期待されている。そこで，本論文では，著者が考えている新サービスの 1 例として，産業革命 4．0 時代に対応する「製造工場における仮想的な工作機械の利用のためのサービス」についての提案を行う。
図3
愛知大学情報メディアセンター

－ 39 －IETF における PBNM
Vol.29, No.1, 2019

ま た， こ の PBNM と 同 様 に， ネ ッ ト

2.2．DACS 方式の説明

ワーク経路上にアクセス制御の為にゲー

本章では，既存の DACS 方式の要約をトウェアシステムを用いて利用者単位で記述する。具体的には，過去に発表したに関する論文 11）12）の要約であり，愛知大学の情報研究も行われている。（Opengate は，あメディアセンター紀要 14）に記載した文章

る国立大学において，学内ネットワークから抜粋したものが中心である。

ア ク セ ス 制 御 す る Opengate5）を管理する目的で研究・開発が為された

DACS 方式の原理は，ネットワークにものである。）これら方式に共通する問接続したクライアントの通信をユーザ，題点として，（1）機器変更によるコストまたはクライアント単位で制御することの 発 生，（2） 既 存 PBNM の 適 用 時 に 発によって，ネットワークシステム全体を生する可能性があるネットワークトポロ管理することである。具体的な制御内容

ジ変更，（3）他組織による自組織ネットは，通信先サーバを変更する，あるいは，ワーク機器の変更時に問題となるセキュ通信を遮断することである。ネットワー

リティポリシーやネットワークポリシー

ク管理者により通信制御情報を管理する上の制限，という問題点がある。これら

サーバ（以下，通信制御情報管理サーバ）の 問 題 点 を 克 服 す る PBNM 方 式 を 提 案に設定された通信制御の為のルール（以し，DACS 方 式 11）12） と 呼 ん で い る。 こ下，通信制御ルール）に基づいて制御さの DACS 方式の特徴は，各クライアントれる。通信先サーバを変更する為には，上に設けた通信制御機能により，クライ

ク ラ イ ア ン ト 上 に Destination NAT をアントから発信される通信を制御し，そ配備し，通信制御情報管理サーバに定めの通信制御を通してネットワーク全体をられたルールに従って宛先を変更する。

管 理 す る 点 で あ る。 ク ラ イ ア ン ト 上 で通信を遮断する為には，クライアント上通信制御を行うという観点で考えると，にパケットフィルタリングの仕組みを設

PBNM の研究の中には，クライアントにけて，同様に通信制御情報管理サーバに

ソ フ ト ウ ェ ア を 配 置 し て QOS 制 御 す る

定められたルールに従って通信を遮断す

10）も あ る が， こ れ は， ネ ッる。DACS 方式では，これらの原理に基トワーク全体の管理目的ではなく，あくづき，以下の基本機能をユーザ，又は，までも，QOS に限定されるものである。

クライアント単位で実現する。

クライアント上での通信制御を通して，（x）	同 一 ホ ス ト 名 に 対 す る 通 信 先方式の研究

ネットワーク全体を効率的に管理する目

サーバ切換的の研究は，DACS 方式以外に見当らな（y） 利用サービス制限い。

（z） アクセスポート許可

愛知大学情報メディアセンター

－ 40 －

Vol.29, No.1, 2019

ユ ー ザ 単 位 で 通 信 制 御 す る 為 に は，ユーザ認証サーバと組み合わせることに よ り， あ ら か じ め 通 信 制 御 情 報 管 理
サーバに設定されたユーザ単位の通信制御ルールに従ってクライアント上でDestination NAT に よ る 宛 先 変 更 を 行
うか，パケットフィルタリングの仕組み
により通信を遮断する。同様に，クライアント単位で通信制御する為には，通信

図4

DACS 方式の基本システム構成

制 御 情 報 管 理 サ ー バ に 設 定 さ れ た IP ア
ドレス単位の通信制御ルールに従い通信制 御 を 行 う。 そ れ に よ り， あ る 特 定 の方式によるサービスを提供する為に必場所に設置したクライアントに対する要 な サ ー バ 機 能 で あ り， 通 信 制 御 情 報

通 信 制 御 が 可 能 に な る。 但 し， そ の 通管理サーバの役割も果たす。DACS CL

信制御の前提条件として，原則的にはク（DACS Client）は，サービスの提供を

ラ イ ア ン ト に 固 定 IP ア ド レ ス を 設 定 す

受ける為に必要なクライアント機能である 必 要 が あ る。DHCP 環 境 下 に お い てる。 又，DACS CTL（DACS Control）

は，ネットワーク単位，あるいは，サブは，DACS CL の一部であり，実際に通ネットワーク単位で接続されたクライア信を制御する通信制御サービスの役割をントに同一の制御をすることは可能であ果たす。

る。又，通信制御情報管理サーバには，更に，DACS rules は，前述した（x）

ユーザ，及び，クライアント単位の通信～（z）の 3 つの基本機能による通信制御制御ルールが両方設定されている為，その 為 に 必 要 な ル ー ル で あ り， 次 の（A）のユーザでログインしたクライアントを（B）で構成される。（以下の宛先情報 X，制御する為のルールが重複してしまう場

Y，Z は，IP アドレスとポート番号であ合は，ある一定の処理法則に従い優先する。）

るルールを決めて通信制御を行う。その（A）	（x） の 機 能 を 制 御 す る 為 に，処理法則は，組織毎に定められるネット

Destination NAT に 必 要 と な る

ワークポリシーにより決定される。

通信先変更前の宛先情報 X と通図 4 に，DACS 方式における基本的な信先変更後の宛先情報 Y。

シ ス テ ム 構 成 の 全 体 像 を 示 す。 同 図 の（B）	（y）（z）の機能を制御する為，パDACS SV（DACS Server） は DACS

ケットフィルタリングで通信の愛知大学情報メディアセンター

－ 41 －

Vol.29, No.1, 2019

遮断や許可をする為に必要となネットワークの通信が問題なく行える状

る通信の宛先情報 Z。

態であるとの前提のもと，DACS CL のそ の DACS rules は，DACS SV か ら

基本的な処理の流れと内容を説明する。

DACS CL へ送信された後，DACS CL のまた，DACS CL は，クライアント OS の一 部 で あ る DACS CTL に 適 用 さ れ る。

起動・終了処理の一部として起動・終了

そ し て，DACS CTL で は 適 用 直 後 か らさせる。

通信制御が行われる。ここでは，DACS

ま た，DACS SV・CL・CTL の レ イ

SV は常時定常状態（運用状態）であり，ヤ ー 設 定 を 図 5 に 示 す。 サ ー バ， 及 び，
クライアントのアプリケーション層に配置された DACS SV と DACS CL 間で
DACS rules を 送 受 信 す る。DACS CLは，DACS CTL に対して DACS rules を適用する。DACS CTL は，ネットワーク層に配置され，Destination NAT による通信先サーバ変更やパケットフィルタリングにより通信を遮断する。

図5

レイヤー設定DACS 方式は，クライアントに配置した DACS CL で通信を制御する方式である。その為，DACS CL を配置していないクライアントをネットワークに接続する場合，ネットワークサービスを自由に利用出来てしまうという問題点がある。
セキュリティポリシーやネットワークポリシーによっては，そのようなクライアントが接続するのを許可する場合もあり
得 る が， 不 許 可 の 場 合 に 備 え て 対 処 する必要がある。図 6 に示したように，クラ イ ア ン ト か ら 発 信 さ れ る 通 信 を VPN（Virtual Private Network）化出来るよう に 機 能 拡 張 し，VPN 化 さ れ な い ク ラ
イアント，つまり，DACS CL を配置し

図6VPN 機能愛知大学情報メディアセンター

ないクライアントからの通信を遮断出来－ 42 －

Vol.29, No.1, 2019

るようにして対処する。具体的な仕組み

理を用いて，管理範囲を拡張する研究をを図 6 に従って説明する。まず，通信制進めている。

御開始前に必要な初期化処理を説明すると，（a）のように，DACS SV から DACS

3．製 造工場における仮想的な工作機械

rules が DACS CL に 対 し て 送 信 さ れ たの利用のためのサービス

後，（b） の よ う に DACS CTL に DACS

本章では，PBNM 方式としての DACS

rules が 適 用 さ れ る と 同 時 に，（c） の よ方式を導入するネットワーク上で実現でう に 通 信 VPN 化 す る 機 能 で あ る DACS

きると著者が考えているサービスの 1 例

SCTL（DACS SControl）に DACS rules

として，製造工場における仮想的な工作が適用されて，初期化処理が完了する。

機械の利用のためのサービスの提案を行そして，（d）のようにクライアントアプう。

リケーションから通信が発信されると，

図 7 に， そ の サ ー ビ ス の 概 要 を 示 しDACS CTL の制御によって，（e）のようた。このサービスを用いることで，例えに localhost へ 宛 先 が 変 更 さ れ る。 そ のば，自動車部品加工を行う工場で，各加通 信 を 受 け 取 っ た DACS SCTL の 制 御工機械で加工した個々の部品の寸法の測によって，（f）の部分で通信が VPN 化さ定データを収集してクラウド上に集め，れて，（g）のように，その通信がクライビックデータ処理基盤を活用し，各種統アント外部へ発信される。

計情報として集計することが出来る。そ現在は，上記した DACS 方式の基本原

図7

れにより，工場の中の「どの機械で，ど製造工場における仮想的な工作機械の利用のためのサービス

愛知大学情報メディアセンター

－ 43 －

Vol.29, No.1, 2019

の種類の部品を，どの程度の数生産し，械が配置されている状態で，あるその際の不良品発生率がどの程度になる会社（X 社）用のある部品を生産か」を，ほぼリアルタイムで把握するこしているとする。しかしながら，と が 可 能 と な る。 提 案 方 式 に よ る 制 御緊急事態が発生し，別の会社（Yにより，ネットワーク上の端末としての社）のための部品（X 社と同じ種各々の工作機械から送信される測定デー類の部品）をある一定量（例：Z2タを，会社単位で識別することが出来る工場の半分の数の機械で，2 時間為，個々の部品の測定データがどの会社あれば生産可能な量）生産する必のための部品データなのかを識別するこ要が発生し，すぐに生産を行う。とが出来る。生産した部品のサイズにもこのサービスを実現することにより，よるが，例えば，RFID 技術し，測定デー

例えば，多額の投資を行うことが難しい

タと実際に生産した部品との間の紐づけ多数の会社が大規模な工場を建設し，加を行っておくことで，測定データと部品工機械を共有する形での生産が可能になを取引先に納品することが出来る。

り，大きなメリットを得ることが出来る

ま た， そ の 部 品 デ ー タ 使 用 す る 形 で，ようになる。

AI による制御下で，複数の会社間で工作機械を時間単位で共有し，部品の自動生産を行うことも出来る。その際，例えば，4．まとめ
本 論 文 で は，「 製 造 工 場 に お け る 仮 想以下のような自動制御が可能である。

的な工作機械の利用のためのサービス」（例 1）同 じ 工 場 内 に 複 数 の 同 じ 種 類 のについての提案を行った。インターネッ

加工機械が配置されている状態

ト PBNM の研究を推進する過程で，著者

で，各会社（例：X 社・Y 社）用は，その有効性を提示する必要性を強くに個々の加工機械を割り当て，同感じていたため，今回，新サービスの提じ種類の部品の加工を並行して案を行うことで，インターネット PBNM

実 施 し， 一 方 の 会 社（ 例：Y 社 ）の有効性の補強を行うことが出来たと考のその日の必要部品数を作り終えている。今後は，提案方式の仕組みにえた場合，その会社（Y 社）に割関する研究を継続して進める一方で，提り当てられていた加工機械を，も案方式の有効性を高めるために，本論文

う一方の会社（X 社）に割り当て，のように新しいサービス創出に関する研社用の部品を生産する。

究も進めていく予定である。また，本論（例 2）異 な る 工 場 内（ 例：Z1 工 場：Z2

文で提案したサービスについても，機会工場）に複数の同じ種類の加工機を伺って，実現する方向で研究を進めた

愛知大学情報メディアセンター

－ 44 －

Vol.29, No.1, 2019

いと考えている。

issue. 11, pp. 58–64, November, 2006.
8）D . C . V e r m a , “ S i m p l i f y i n g N e t w o r k

参考文献

Administration Using Policy-Based1） 若 山 公 威， 出 路 裕 介， 冷 基 立， 岩 田 彰，Management,” IEEE Network, Vol. 16,“指紋照合によるリモートユーザ認証方

issue. 2, pp. 20–26, March-April, 2002.

式，” 情 報 処 理 学 会 論 文 誌，Vol.44, No.2,

9）菅野政孝，田中俊介，坂田祐司，小熊慶一郎，白鳥則郎，“情報ネットワークシステム

pp.401–404, 2003.
2）下川俊彦，木場雄一，中川郁夫，山本文治，のポリシー制御“PolicyComputing”の適

吉田紀彦，“広域分散環境における DNS と用と実装，”情報処理学会論文誌，Vol. 42,

経路情報を利用したサーバ選択機構，”電No. 2, 2001.

子情報通信学会論文誌 B，Vol.J86-B, No.8,

10）H . C h a o u c h i , P . M . A n t u n e s , “ P r e handover signaling for QOS aware

pp.14541462, 2003.
3）C. Metz, “The latest in virtual private

mobility management,” Int. J. of Network

networks: part I,” IEEE Internet Computing,management, John Wiley&Sons, Vol. 14,

Vol. 7, No. 1, pp. 87–91, 2003.

isuue. 6, pp. 367–374, November, 2004.

4）h t t p : / / w w w . n e c . c o . j p / u n i v e r g e /11）K. Odagiri，R. Yaegashi，M. Tadauchi，
N. Ishii, “Efficient Network Management

solution/pack/quarantine/5） 只 木 進 一， 江 藤 博 文， 渡 辺 健 次， 渡 辺

System with DACS Scheme: Management

義明，“利用者移動端末に対応した大規模with communication control,” Int. J. ofネットワークの Opengate による構築と運Computer Science and Network Security,用，” 情 報 処 理 学 会 論 文 誌，Vol.46, No.4

Vol. 6, No. 1, pp. 30–36, January, 2006.
12）K. Odagiri，R. Yaegashi，M. Tadauchi，pp.922–929, 2005.
6）S.Jha, M.Hassan, “Java implementation

N. Ishii, “Secure DACS Scheme,” “Journalof policy-based bandwidth management,”of Network and Computer Applications,”

Int. J. Network management, John

Els evier , Vol. 31, No. 4, pp. 851–861,

Wiley&Sons, Vol. 13, isuue. 4, pp. 249–November, 2008.
13）K . O d a g i r i , S . S h i m i z u , N . I s h i i ,258, July, 2003.
7）G.M. Prerez, F.G. Skarmeta, S.Zeber,“Functional Evaluation of the Cloud

T. Symchych, “Dynamic Policy-

Type Virtual Policy Based Network

Based Network Management for a

Management Scheme for the Common

Secure Coalition Environment,” IEEE

Use between Plural Organizations,”

Communications Magazine, Vol. 44,

International Journal of Networked and愛知大学情報メディアセンター

－ 45 －Vol.29, No.1, 2019

Distributed Computing (IJNDC), Volume
5, Issue 2, pp. 62–70. April, 2017.
14）小田切和也，“インターネット PBNM 実
現に向けたポリシーに基づくドメイン管理方式の実装方法の検討”Vol. 28, No. 1, pp.
45–56, 2018.

愛知大学情報メディアセンター

－ 46 －

Vol.29, No.1, 2019