研究グループの目指すところ

1.1. 現状の問題点

エンドホストの高速化，アプリケーションのマルチメディア化，高度化に伴って高まり続けるユーザのさまざまな通信品質（QoS: Quality of Service） 要求を満たすためのしくみとして，インターネットの標準化団体であるIETFにおいてIntServ（Integrated Services）ネットワークが標準化され， 将来のマルチメディアネットワークの基盤となることが期待された．しかし，すぐにスケーラビリティおよび現行のネットワークからの移行（Deployment） に関する問題が指摘されるようになった．IntServの反省に基づいて考案されたのがDiffServ （Differentiated Services）で，そこではQoS保証はあきらめ， QoSに関するコネクション間の差別化にとどめることにより，上述の２つの問題点は解決されたかに見えた．しかし，DiffServアーキテクチャについても いくつかの問題点が指摘されており，広く利用されるには至っていない．

上記２つのネットワークに共通する問題点は以下のようになる．IntServ ではQoS保証のために，送受信ホスト間のすべてのルータにおいて ネットワーク資源を確保する必要がある．そのために，途中経路をあらかじめ決めておく必要があり，通信中にルータや回線の故障があるとそのしくみ自体が破綻する． これはDiffServにおいても共通する問題である．特に，今後，モバイル通信技術が発展すると，たとえ故障が発生しなくとも，エンドホストの移動によって， エンドホスト間のネットワーク資源は半固定的に存在するという仮定自体が成立しなくなってしまう．

一方，Webシステムに代表されるサーバ主体のネットワークの持つシステムの脆弱性，スケーラビリティの欠如，サーバボトルネックによる性能限界などの 問題を解決するものとして，エンドホスト間の直接的な通信によってサービスを実現するP2P（Peer-to-Peer）ネットワークが登場してきた．P2Pネットワークを 導入し，サーバ主体のWebシステムから脱却することによって，耐故障性やスケーラビリティを確保できること，サーバを介さない「中抜き」によってサーバや ネットワークの初期導入コストや管理コストを削減できること，その結果，情報システムの運営者，管理者が不要になること，などが期待できる． また，サーバを介さず，ユーザがさまざまなコミュニティに属することができるようになるため，情報化時代における自律・分散・協調による主体的活動を 促進できるようになる．

しかし，必要な情報を発見するためにネットワーク全体に問い合わせをフラッディングするピュア型P2Pと，メタ情報（情報そのものの所在を示す情報）を 管理するサーバを導入することにより検索効率を向上するハイブリッド型P2P の対比にみられるように，P2Pネットワークにおけるスケーラビリティと耐故障性， 性能は相反の関係にあり，最終的な解決策はまだ得られていないのが現状である．

以上の例にみられるように，ネットワークにおける一つ一つの問題を解決するのは困難なことではない．ほんとうに難しい問題は，

  1. 現状におけるハードウェアやソフトウェア技術の限界を知り，また，将来にわたる技術限界を予測しつつ，
  2. 現状，および，将来にわたって必要とされるネットワークサービス像を明らかにした上で，
  3. 全体の調和を図るようなネットワークをデザインすることである．
これがネットワークアーキテクチャであり，その構築を行うことがわれわれの研究グループの目指すところである．

1.2. 将来のネットワークの方向性

今後のネットワークアーキテクチャに必要とされるキーワードは，以下の３つと考えている．

  1. 拡張性（スケーラビリティ）：インターネット利用人口の増加は言うまでもなく，センサ機器の増大，情報家電の普及など， インターネットに接続される情報機器端末の数は今後ますます増大する．また，それらの機器は当然，モバイル環境において利用されることが前提になる． その結果，ネットワーク資源の管理方法も当然変化せざるをえず，また，ルータ数やエンドホスト数，ユーザ数の増大に対応可能としておく必要がある．
  2. 多様性：ネットワーク技術はますます多様化しています．無線LANや第4世代 技術などによる無線回線，DSLやFTTH技術などのアクセス回線， ギガビットイーサなどのLAN，光通信技術によるバックボーン回線など，さまざまな高速化技術が開発されつつある．その結果，過去たびたび提唱が なされてきたような単一のネットワークアーキテクチャによる統合ネットワークはもはや存在しえず，その結果，安定した通信回線をエンド間で 提供するような通信形態の実現もあり得ないということになる．また，情報機器・デバイスの多様性からネットワークに流入するトラヒックの特性は ますます多様化する．
  3. 移動性：モバイル環境においては，利用者自身の移動を考慮しなければならない．そのためには，柔軟なネットワーク制御が必要になる． さらに，通信相手となる他の利用者にとっては，ネットワーク資源そのものの移動や生成・消滅までもが頻繁に発生することを意味することになる． また，P2Pネットワークのように情報資源提供者がサーバではなく，ユーザである場合，コンピュータをネットワークから容易に切り離すことも考えられる． さらにモバイル環境では，ルータ自体が移動する可能性がでてくる．

以上3つのキーワードを前提とした場合，「すべてのユーザの通信要求を満たす」単一のネットワークアーキテクチャはもはや存在しえず， それよりも，エンドホストの適応性(adaptability)向上を根幹とし，ネットワークはそのような適応性をサポートするための機構を提供することを 基本原理としていく必要がある．そのためには，ネットワークの状態を自律的に知る必要があり，ネットワーク計測技術を根幹したエンドホストの制御が必須になる． 一方，ネットワークは，エンドホストの適応性を前提とした自律的分散的制御が重要になる．このような研究の方向性は，バックボーンのインフラストラクチャとなる フォトニックネットワークにおいても例外ではない．

インターネットはもともと分散指向といわれているが，実際にはそうではない．例えば，IPにおける経路制御においてもルータ間の協調は必要であり， 集中処理をそれぞれのルータで行っているに過ぎない．それがネットワークの耐故障性を弱めることにつながっている．すなわち，分散処理指向をさらに推し進め， しかし，それによって損なわれるであろう資源利用の効率性の向上については，エンドホストの現状のネットワークの状態に対する適応性によって補償していく必要がある． その結果，今後も開発されていくであろう多様な通信技術に対応しながら，スケーラブルでかつ耐故障性に富んだネットワークが構築できるようになり， ユーザの多様な要求に対するサービスが提供できるようになる．もちろん，そのためにはエンドホストの自律性がますます要求されるようになり， それを前提としてネットワーク全体の調和的な秩序が必要となる．実際，これは適応複雑系において議論されているところであり，それらの知見を活かしていく 可能性も見えてくる．

インターネットにおいては “End-to-End Principle” が繰り返し強調されてきた．これは，

というものである．極論すれば，「通信機能はできるだけエンドノードにおいて実現し，ネットワークはビットを運ぶことに徹する」ということになる． この原則は"KISS: Keep it Simple， Stupid"とも呼ばれており，上述のネットワークは，インターネットの原点に戻り，それを一層推し進めようというものである．

一方，ネットワークの価値を示す有名な法則として “Metcalf's law”がある．“The value of a network increases exponentially with the number of nodes.” すなわち，ネットワークの価値はノード数（あるいは，ユーザ数）に対して指数的に増加するというものである．すべてのユーザが直接的に通信できる場合， N をユーザ数とすれば，ネットワークの価値 V(N)~ N2ということになる．Webシステムのクライアント／サーバモデルの発展によって，この法則が崩れつつあった． その方向性を再び変えようとしているのがP2Pネットワークともいえる．ところが，P2Pネットワークにおいても，そのピアの接続数を観察するとパワー則が観察され， 複雑系の様相を呈していることがわかりつつある．このような現象の原因を解明できれば，耐故障性と最適性や最適解への収束速度との関係が明らかにできると考えている． 特に重要な点は，インターネットは他の複雑系と異なり，制御可能なものであるという点である．すなわち，インターネット自体が複雑系に関する巨大な実験場と 見ることができる．パワー則はインターネットのトポロジーなどでも「発見」されており，それがなぜ現れるのか，適したネットワーク制御は何か， などを解明することができれば，得られた知見を他の複雑系に関する研究にフィードバックすることも将来的には可能であると考えている．

なお、今後のネットワーク研究のあり方、および、われわれの研究の方向性については、以下に一部まとめている。