平成29年度秋期 ネットワークスペシャリスト 午後Ⅱ 問1

問1　SDNとクラウドの活用に関する次の記述を読んで、設問1～4に答えよ。 A社は、国内外に顧客をもつ生産機械メーカである。A社では、IoT時代に適応するために、新たな情報システム基盤を整備中である。 現在の情報システム基盤は、国内工場の自社設備と、国内外にサービス用拠点をもつクラウドサービス事業者B社のIaaS環境で構成されている。B社のA社向けIaaS環境は国内にあり、工場とは専用線で接続されている。インターネットと工場とは、インターネットサービス事業者C社の国内拠点を介して接続されている。 A社の情報システム部は、顧客の拠点で稼働中の生産機械（以下、機械という）と情報システム基盤のWebサーバで構成されたシステム（以下、新システムという）を開発中である。また、本年度は、ネットワーク（以下、NWという）の拡張を予定している。NW拡張の概要を図1に示す。 図1　NW拡張の概要（抜粋） 注記1　A社は、インターネットを経由してB社APIサービスにアクセスし、HTTPリクエストを使って、利用するB社クラウドサービスの追加や変更を行う。 注記2　Web-Aは、LBと2台のWebサーバ（Web-A1、Web-A2）から構成された、新システムの試行環境である。Web-Aは、既に稼働している。 注記3　Web-Bは、仮想LBと2台のWebサーバ（Web-B1、Web-B2）から構成された、新システムの本運用環境である。Web-Bは、NW拡張の中で導入される。 NW拡張の目的を次に示す。 ・工場LANのSDN（Software-Defined Networking）化：SDN技術を用いて、現在の工場LANを、ビジネス変化に対応できる柔軟性と拡張性を備えた新たな工場LAN（以下、新工場LANという）に刷新する。新工場LANでは、物理配線の変更なしに、自社要員だけで構成変更ができるようにする。 ・クラウドサービスの利用拡大：開発中の新システムは、国内外の多数の機械に対する、ファームウェアの一斉更新、稼働状況の定期収集に用いられる。新システムの本運用のために、Web-Aよりも大規模なWeb-Bを構築し、B社クラウドサービス（図1中のB社CDN、B社ISP）を活用して、Web-Aへのアクセス経路よりも高速なWeb-Bへのアクセス経路を実現する。 機械からWeb-Aへのアクセスの概要を次に示す。 ・Web-Aを収容しているDMZは、プライベートアドレスが割り当てられている。 ・機械から送信されたIPパケットは、C社ISPを経由し、FWに転送される。その宛先IPアドレスは、図1中の【あ】である。 ・FWは、受信したIPパケットをLBに転送する。その際、FWの【い】機能によって、宛先IPアドレスは図1中の【う】に書き換えられる。 ・LBは、サーバの稼働状況をチェックしながら、受信したIPパケットを動的にWeb-A1又はWeb-A2に振り分ける。 NW拡張後は、B社クラウドサービスを使って、機械からWeb-Bへ同様のアクセスが行われるようになる。機械は、Web-AへのアクセスとWeb-Bへのアクセスを切り換えられるようになっており、試行環境と本運用環境を使い分けながら、新システムの機能拡充を進めていく予定である。 情報システム部のNW拡張プロジェクトでは、新工場LANの提案と構築をベンダに委託し、それ以外の作業を自社要員が担当する。NW拡張プロジェクト発足に先立ち、情報システム部のD君が、次の準備作業を行っている。 ・新工場LANに適用するSDN技術の調査：ベンダから提案があった、新工場LANに適用するSDN技術について、その概要を整理する。 ・新工場LANの運用の調査：ベンダから提案があった、新工場LANの論理構成と通信方式の概要を整理する。 ・クラウドサービス利用拡大の検討：新システムの本運用に用いる、B社CDNとB社ISPを使ったNWの導入案を作成する。 ・A社向けIaaS環境のバックアップの検討：B社拠点（国内）が長時間使えない場合を想定し、新システムの稼働を再開させるための代替手段を検討する。 〔新工場LANに適用するSDN技術の調査〕 ベンダから提案があったSDN技術について、D君は次のように整理した。 ・従来のスイッチ機能を、経路制御などの管理機能を実行するフローコントローラ（以下、OFCという）と、データ転送を行うスイッチ（以下、OFSという）に分け、OFSに入るパケットの経路制御をOFCが集中制御する方式を採用する。 ・OFSとOFCは、管理のための専用NW（以下、管理NWという）を介して、通信メッセージを交換する。OFCとOFS間の通信メッセージを表1に示す。 表1　OFCとOFS間の通信メッセージ（抜粋） ・OFSは、IPアドレス、MACアドレスなどのパケット識別子（Match Field、以下、MFという）を使ったパケット識別条件と、識別されたパケットの処理（以下、Actionという）の組合せ（以下、エントリという）を、OFS内の管理テーブルで管理する。 ・OFSは、入力パケットに対して、管理テーブル内のパケット識別条件が一致するエントリを探し、そのエントリのActionを実行する。一致するエントリがない場合は、事前の設定に従い、入力パケットを破棄するか、Packet-Inメッセージを使ってOFCに入力パケットを転送する。今回の提案では、OFCへの通信集中を避けるために、入力パケットを破棄させる設定を全OFSに対して行う。 ・MFとActionの例を表2に示す。 表2　MFとActionの例 ベンダの提案では、8台のOFSを導入する。ベンダから提案があった新工場LANの物理構成案を、図2に示す。 図2　新工場LANの物理構成案（抜粋） OFS同士の接続情報をOFCが収集する通信シーケンスについて、D君はベンダから説明を受けた。例えば、図2中のOFCが、OFS1とOFS2の接続情報を得る場合のOFS接続情報収集の通信シーケンス例は、図3のようになる。 図3　OFS接続情報収集の通信シーケンス例 OFS接続情報の収集では、IEEE 802.1ABで規定されているLLDP（Link Layer Discovery Protocol）の仕組みを流用する。図3中のOFCは、固有のイーサネットタイプ88CCをもつLLDPフレームを使って、次のように、LLDPフレームXとLLDPフレームYの内容からOFS1のp8とOFS2のp9の接続情報を得ている。 ①　OFCは、表1中の【え】メッセージを使って、ETH_TYPEが88CCに等しいときのActionとして、Output（【お】）を、OFS内の管理テーブルに登録させる。 ②　OFCは、表1中の【か】メッセージを使って、OFS1の全ポートについて、OFS1の装置名とそれぞれのポートIDを格納したLLDPフレームを出力させ、装置名OFS1とポートID p8が格納されたLLDPフレームXをOFS2から受け取る。 ③　OFCは、OFS2に対して②と同様の操作を行い、装置名【き】とポートID【く】が格納されたLLDPフレームYをOFS1から受け取る。 〔新工場LANの運用の調査〕 新工場LANの運用について、ベンダからは次のような提案があった。 ・OFSを使って、図1中の工場の外部NW、DMZ、内部NWに対応した、仮想的なレイヤ2ネットワーク（以下、仮想NWという）を構成する。 ・仮想NW間の通信は、新FWを経由させる。新FWとOFSはトランク接続し、仮想NWに対応したVLAN IDを定義する。 ・現行FWのフィルタリング機能とNAT機能を、新FWに移行する。 機械から送信されたSYNパケットが、RT-1から振り分け先のWeb-A1に転送される場合の、新工場LANの論理構成と通信シーケンス例を、図4に示す。 図4　新工場LANの論理構成（抜粋）と通信シーケンス例 図4中の⑤のパケットヘッダは、転送する複数の装置によってそれぞれ書き換えられる。図4中のパケット⑥、⑬～⑯のヘッダ情報を、表3に示す。 表3　図4中のパケット⑥、⑬～⑯のヘッダ情報 図4中の通信シーケンスに関する、OFCとOFSの動作を、次に示す。 ・OFCには、次のような仮想NWの構成に関する構成情報が登録されている。 －OFS1の外部NWの構成要素：p1、p7（v1） －OFS1のDMZの構成要素：p4、p5、p6、p7（v2） （i）ブロードキャスト通信に関するPacket-Inメッセージを受信したとき、OFCは、これらの構成情報を基に、OFSにPacket-Outメッセージを使った指示を行う。 ・OFCは、ARPを利用して、ユニキャスト通信に対応したエントリをOFSに登録させる。そのために、図4中の通信シーケンスが始まる前に、（ii）OFCは、ARP RequestとARP ReplyをOFCに通知するためのエントリを、OFS1に登録させる。 ・（iii）図4では、二つのユニキャスト通信について、エントリ登録の通信シーケンスがそれぞれ示されている。Flow-Mod（1）によって登録されるエントリを表4に、Flow-Mod（2）によって登録されるエントリを表5に、それぞれ示す。 表4　図4中のFlow-Mod（1）によって登録されるエントリ 表5　図4中のFlow-Mod（2）によって登録されるエントリ 〔クラウドサービス利用拡大の検討〕 D君が検討した、B社CDNとB社ISPを利用したNWの概要を次に示す。 ・機械からA社向けIaaS環境へのアクセスは、B社ISPを経由する。 ・B社APIサービスを使って、B社ISP利用時の通信速度を指定する。試行に使っているC社ISP利用時の通信速度に比べて、十分な通信速度を確保する。 ・機械からWeb-Bへのアクセスは、FQDN「weblive.asha.example.com」を使って行う。FQDNをWeb-Bのグローバルアドレス（図1中のi6）に変換するために、B社のDNSサービスを利用する。 ・高負荷が予想されるときには、B社APIサービスを使って、必要な期間だけB社CDNを適用する。B社CDNの適用は次のように行う。 －世界中に設置されているB社CDNのエッジサーバが、指定されたB社のIaaS環境内のWebサーバ（以下、オリジンサーバという）の処理を代行する。 －エッジサーバは、HTTPクライアントからのHTTPリクエストに応じて、キャッシュ又はプロキシの動作を行う。これらの動作はHTTPプロトコルを使って自動的に行われるので、特別な運用（データ配信など）は不要である。 －A社の場合には、Web-Bをオリジンサーバに指定する。B社CDNを適用する場合には、B社から割り当てられるFQDN「webasha.bshacdn.example.net」を使ってアクセスする。 B社CDNをA社に適用したときの概念図を、図5に示す。 図5　B社CDNをA社に適用したときの概念図 B社CDNを適用する場合には、図5中のDNS-Aのゾーンファイルを書き換え、機械からのアクセスを、Web-Bからエッジサーバへ切り換える。D君が考えたエッジサーバへの切換え方法を、図6に示す。 図6　D君が考えたエッジサーバへの切換え方法 図5と図6の概要を次に示す（a1～a3、b1～b3、c1～c3は、図5中のアクセス経路を示す）。 ・機械の動作には、試行モードと本運用モードがある。 ・試行モードでは、機械からWeb-Aにアクセスする（a1、a2、a3）。 ・本運用モードでは、機械からWeb-Bにアクセスする（b1、b2、b3）。 ・本運用モードにおいて高負荷が予想される期間は、B社CDNを適用する（b1、b2、c1、c2、c3）。 ・c1において、DNS-Bは、DNSメッセージの送信元IPアドレスを基に、最適なエッジサーバを選択し、そのIPアドレスを返す。（iv）EDNS-Client-Subnet（RFC 7871）を使ってDNSクライアントの情報が通知された場合には、その情報も利用し、より適したエッジサーバを選択する。 ・機械から本運用環境への二つのアクセス（b3、c2）を比較したとき、（v）HTTPのGETリクエストを使うファームウェアの一斉更新の場合に、B社CDN適用によるTAT（Turn Around Time）の改善が期待できる。 〔A社向けIaaS環境のバックアップの検討〕 情報システム部では、A社向けIaaS環境へのサーバ移行を順次進めており、A社向けIaaS環境が存在するB社拠点（国内）が長時間使えないリスクを想定し、そのバックアップ対策（以下、DRという）を運用マニュアルに盛り込むことにしている。 現在、A社では、サーバ、LB、DNS-Aの運用は自社の運用要員が行い、それ以外のNW機器の運用は、ベンダに委託している。NW拡張後は、自社の運用要員が、OFCの管理ソフトウェアを使って新工場LANの構成を変更し、APIサービスを使ってクラウドサービス利用形態を変更するようになる。D君は、自社の運用要員だけで対応できることを前提に、新システムのDR案とそのDR案に必要なNWに関する準備を検討し、次の（1）と（2）を提案することにした。 （1）「自社設備利用DR案」とNWに関する準備 工場のWeb-Aを使い、A社向けIaaS環境のWeb-Bを代替する。Web-Aの性能不足に備え、工場内の重要度が低い業務サーバをWebサーバに転用し、Web-Aをスケールアウトする。そのために次のNWに関する準備を行う。 ・（vi）転用後の業務サーバのIPアドレスを決め、それを用いて準備作業を行う。 ・転用後の業務サーバをDMZに接続するために、OFCの管理ソフトウェアに、新工場LANの構成変更に関する定義を登録する。DR時の新工場LANの構成変更の概要を図7に示す。 図7　DR時の新工場LANの構成変更の概要 ・（vii）図6中のDNS-Aのゾーンファイルのリソースレコードを置き換えて、機械の本運用モードのアクセスをWeb-Aに切り換える。そのための手順を用意する。 （2）「B社拠点（国外）利用DR案」とその準備 B社との現行契約では、B社APIサービスを使って、B社拠点（国外）のA社向けIaaS環境も利用できるので、そこにWeb-Bのバックアップを作成する（以下、NWに関する準備については省略）。 D君は、以上の検討結果を、情報システム部長に報告した。その後、NW拡張プロジェクトが開始され、D君はその技術担当リーダに着任した。 設問1　本文中の【あ】～【く】に入れる適切な字句を答えよ。 設問2　〔新工場LANの運用の調査〕について、（1）～（6）に答えよ。 （1）表3中の【け】～【す】に入れる適切な字句を答えよ。 （2）本文中の下線（i）のPacket-Outメッセージによって送出されたパケットを、図4中の①～⑯から選び、①～⑯の記号で全て答えよ。 （3）本文中の下線（ii）について、エントリに含まれるパケット識別条件を、表2中のMFを用いて、30字以内で述べよ。 （4）本文中の下線（iii）について、表4のエントリに対応するユニキャスト通信を、20字以内で答えよ。 （5）表5中の【せ】～【ち】に入れる適切な字句を答えよ。 （6）表5中のエントリ1のActionを答えよ。 設問3　〔クラウドサービス利用拡大の検討〕について、（1）～（5）に答えよ。 （1）図6中の【つ】に入れる適切な字句を答えよ。 （2）図6中のゾーンファイルの定義内容を参考にして、図5中のa1によって名前解決されるFQDNを答えよ。 （3）図6中のゾーンファイルの定義内容を参考にして、図5中のb1によって名前解決されるFQDNを答えよ。 （4）本文中の下線（iv）について、より適したエッジサーバが選択される場合を、50字以内で述べよ。 （5）本文中の下線（v）の場合に、B社CDNの適用によって解消されるTAT悪化の要因を二つ挙げ、それぞれ20字以内で答えよ。 設問4　〔A社向けIaaS環境のバックアップの検討〕について、（1）～（5）に答えよ。 （1）本文中の下線（vi）の準備作業を40字以内で述べよ。 （2）本文中の下線（vii）について、置換え前と置換え後のリソースレコードを、それぞれ答えよ。ここで、B社CDNは適用していないものとする。 （3）新工場LANを使った自社設備利用DR案について、現行の工場内LANを使った自社設備利用DR案と比較して、障害復旧時間（RTO）が短縮できる要因を二つ挙げ、それぞれ30字以内で述べよ。 （4）B社拠点（国外）利用DR案のNWに関する準備を、50字以内で述べよ。 （5）B社拠点（国外）利用DR案について、自社設備利用DR案と比べたときの利点を二つ挙げ、それぞれ30字以内で述べよ。