超高帯域映像ストリームの安定伝送における10Gbps 高精度ネットワークモニタシ
ステム (PRESTA 10G)の適用事例
NTT未来ねっと研究所
清水健司・瀬林克啓・丸山充
２００９／６／３０

目次
1. ダイナミックネットワーク制御におけるネットワークモニタ
2. PRESTA 10G の概要
3. 適用事例：
大阪・北ヤードナレッジキャピタルトライアル2009

4. まとめダイナミックネットワーク制御におけるネットワークモニタ
パス計算

制御プロセス

インテリジェントなリソース制御

NW、サーバ制御プレーン
測定情報
ユーザ主導のストリーム転送要求

数十Mbps ~ 数Gbpsのスト
リーム転送要求•非圧縮HDTV = 1.5Gbps•非圧縮デジタルシネマ(4K)= 6Gbps・ユーザリクエストによるパス割り当て
・NW状況に応じたダイナミックなパス再割当

ストリームトラヒック指向、高速・高精度測定プレーン

×ストリームトラヒックの転送・蓄積・演算データプレーン※本研究は、独立行政法人情報通信研究機構「ダイナミックネットワーク技術の研究開発」の受託研究の一環として実施しています。

3PRESTA 10Gの概要
PRESTA = Protocol engine for streaming acceleration¾PRESTA 10G NIC¾PRESTA 10G PF¾PRESTA …..
同期信号入力y対応プロトコル◦ 10 Gbps Ethernet LAN、WAN-PHY◦ OC-192c POS

y拡張機能◦ 10 Gbps ワイヤーレートパケット
キャプチャ・ジェネレータ機能◦ （送受信パケットへの）高精度タ
イムスタンプ付加機能(100ナノ秒粒度)◦ ストリーミングやネットワーク測定の為のパケット処理
PCI-X/DMA◦ トラヒック再現機能（高速・高精ストリーミングデータ処理エンジン度tcpreplay機能）
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PRESTA 10G PF•

トラヒックモニタリング用PF
ワイヤーレートキャプチャ/ジェネレータ、タイムスタンプ•

ストリーミングサーバ用PF
トラヒックシェーピング、タイムスタンプ（End-Endのストリーミング特性）
既存ツール
wireshark
ntop

高度なネットワークモニタソフ
トウェア

tcpdump softflowd

インサービスQoSモニタ
可用帯域推定libpcap互換ライブラリ
PRESTALinux Kernel

tcpreplay

API ライブラリ

PRESTA デバイスドライバ

PRESTA 10G NIC

汎用PC

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PRESTA インサービス QoS モニタ
複数区間のネットワーク特性を高精度に計算・表示
比較によりトラブル区間を発見
GPS

パケット間ギャップ分
布(100‐ns粒度)

単方向遅延(100‐ns粒度)

ビットレート(100‐μs計算)

GPSベースのタイムスタンプ

測定データ

測定データ

ストリーム送信
i-Visto GW

測定データ

ストリーム受信i-Visto GW

PRESTA 10G

10Gb/s NW

6必要な測定粒度
10Gbps回線、オーバーGbpsのトラヒック観測
NW通過前

時間

NW通過後（ジッタなし）
物理的要因で決まる
NW最小遅延
NW通過後（ジッタあり）

パケットドロップ発生の兆候を検知するのに必要な測定粒度とは？

バーストトラヒック発生！
パケットドロップ発生！
7測定粒度とパケットドロップの関係
遅延時間のばらつき

バースト性＝ 悪化＝スイッチ
バッファ溢れバッファへの蓄積量[byte]

パケットドロップ時間

8ビットレートと必要な測定粒度
ポートバッファ容量
回線レート
パケットサイズ

測定粒度[ms]•••：32MB：10Gb/s：9KB （ジャンボパケット）

ポートバッファ容量の100%
10%毎の増減を把握
1%毎の増減を把握
１パケット毎の増減を把握

非圧縮HDTV

非圧縮デジタルシネマ(4K)ストリームのビットレート[Gbps]

9ビットレートと必要な測定粒度
10Gbps回線、オーバーGbpsのストリーム
必要な測定粒度（時間分解能）＝ マイクロ 〜 サブマイクロ秒
見え方の違い（参考）パケットドロップによる映像の乱れ(i-Vistoによる非圧縮HDTV伝送)

ビットレートビットレートPRESTA インサー
ビス QoS モニタ

100μ秒間隔のビットレート計算

時間

100m秒間隔のビットレート計算

時間10適用事例：
大阪・北ヤードナレッジキャピタルトライアル2009
開催日時：２００９年３月１２日から１３日
場所 ：堂島リバーフォーラム＠大阪
概要 ：大阪駅北側の梅田北ヤード再開発のうち、産学官の研究開発拠点となる「ナレッジ・キャピタル」で研究される先端研究の先行展示を行うイベント
我々のブースでは、Visualizationをテーマに、超大容量の４K非圧縮映像のストリーミング伝送や、ネットワーク上の複数拠点でのトラヒック特性の可視化を展示
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適用事例：実験系

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適用事例：装置の設置状況
NTT大手町ビルにて、JGN2plusスイッチのミラーリングポートに接続

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会場の様子4KタイルディスプレイPRESTA インサービス QoS
モニタ

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JGN2plus NOC Weather map

想定通りのビットレートのトラヒックが流れている

しかし、細かく見てみると．．．

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トラブル発生
パケットドロップ発生（映像再生時のデータ抜け）ノード
NW¾ ストリーム受信装置のエラーカウンタ=>アップせず¾ Weather map => 想定通り
¾ 各地のSwitchのポート使用帯域=> 想定通り
¾ 各地のSwitchのエラーカウンタ=> アップせず

原因不明！その時、高精度測定は、、、各地の遅延分布

640マイクロ秒

640マイクロ秒
16トラブルシュート
明らかにNTT大手町ビルJGN2plusスイッチでの観測結果がおかしい。
JGN2plusスイッチのミラーポート設定が原因？
¾ ミラーリング設定を解除してみる。

遅延分布改善。パケットドロップ解消！

40マイクロ秒
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知見
1：高精度測定には、サブマイクロ秒の時間解像度が必要。測定のための時刻インフラが今後重要ではないか？
2：スイッチのカウンタ以外のトラブルシュート方法があった方がよい
3：ミラーリングポートは広帯域ストリームの高精度品質測定には向かない

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まとめ
10Gb/s回線、オーバーGbpsストリームアプリケーションの為には、より強固なネットワーク測定基盤が必要
次世代 ネットワーク観測基盤
キャプチャ
プロトコル解析
遅延測定
IPG測定
高解像度ビットレート

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まとめ
10Gb/s回線、オーバーGbpsストリームアプリケーションの為には、より強固なネットワーク測定基盤が必要
次世代 ネットワーク観測基盤
キャプチャ
プロトコル解析
遅延測定
IPG測定
高解像度ビットレート

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まとめ
10Gb/s回線、オーバーGbpsストリームアプリケーションの為には、より強固なネットワーク測定基盤が必要
次世代 ネットワーク観測基盤
キャプチャ
プロトコル解析
遅延測定
IPG測定
高解像度ビットレート

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まとめ
10Gb/s回線、オーバーGbpsストリームアプリケーションの為には、より強固なネットワーク測定基盤が必要
次世代 ネットワーク観測基盤
キャプチャ
プロトコル解析
遅延測定
IPG測定
高解像度ビットレート

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