応用情報技術者過去問題 令和3年秋期 午後問4

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問4 システムアーキテクチャ

クラウドストレージの利用に関する次の記述を読んで,設問1,2に答えよ。

 L社は,企業のイベントなどで配布するノベルティの制作会社である。L社には,営業部,制作部,製造部,総務部,情報システム部の五つの部があり,500名の社員が勤務している。また,社員の業務時間は平日の9時から18時までである。L社では,各社員が作成した業務ファイルは各社員に1台ずつ配布されているPCに格納してあり,部内の社員間のファイル共有には部ごとに1台のファイル共有サーバ(以下,FSという)を利用している。
 L社では,社員の働き方改革として,リモートワークの勤務形態を導入することにした。リモートワークでは,社外から秘密情報にアクセスするので,セキュリティを確保する必要がある。
 そこで,L社では業務ファイルをPCに格納しない業務環境を構築することにした。PC内の業務ファイルをM社クラウドサービスのストレージ(以下,クラウドストレージという)に移行し,各PCからクラウドストレージにアクセスして,クラウドストレージ内のファイルを直接読み書きすることにした。また,FS内のファイルについてもクラウドストレージに移行することにした。クラウドストレージを利用した設計,実装,移行は,情報システム部のN君が担当することになった。

〔クラウドストレージ容量の試算〕
 N君は,クラウドストレージに必要なストレージ容量を試算するために,PCやFSに格納済の業務ファイルの調査を行った。PCは,500台のPCから50台のPCをランダムに選定し,移行対象のファイルについて,ファイル種別ごとのディスク使用量を調査した。N君が調査した,PC1台当たりのファイル種別ごとのディスク使用量を表1に示す。
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 FSについては,5台のFSについて,ファイル種別ごとのディスク使用量とファイルの利用頻度ごとのディスク使用量の割合の調査を行った。FS1台当たりのファイル種別ごとのディスク使用量を表2に,ファイルの利用頻度ごとのディスク使用量の割合を表3に示す。ここで,利用頻度とはFSに格納済のファイルの年間読出し回数のことであり,ファイルの読出しはPCからファイルを参照する動作によって発生する。
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 この調査結果から,L社の全てのPCやFSに格納済のファイルをクラウドストレージに移行すると,現時点では少なくともaTバイトのストレージ容量が必要であることが分かった。

〔クラウドストレージの利用費用の試算〕
 クラウドストレージでは,ストレージ種別によって利用料金が異なる。クラウドストレージの料金表を表4に示す。読出し料金とは,クラウドストレージに格納したファイルを読み出すときに発生する料金であり,PCからファイルを参照する動作によって発生する。
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 年間のクラウドストレージの利用費用は,次式で算出できる。

 年間保管料金×保管Gバイト数+読出し料金×読出しGバイト数

 ファイルの利用頻度に応じてストレージ種別を適切に選択することで,利用費用を抑えることができる。
 N君は,PC内のファイルは標準ストレージに格納することにし,FS内のファイルは利用頻度によって利用するストレージ種別を表4の項番1〜3のストレージ種別から選択した。N君が試算した,ストレージ種別ごとのデータ容量と利用費用を表5に示す。読出しGバイト数は,データ量×表3の平均利用頻度を用いて求めた。
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〔クラウドストレージの実現方式の検討〕
 次にN君は,クラウドストレージの実現方式を検討した。N君が検討した,クラウドストレージの実現方式(案)を図1に示す。
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 M社クラウドサービスにあるストレージサーバ,ストレージ装置,ルータAを利用してクラウドストレージを実現する。ここで,ルータAとルータBの間はVPNで接続されており,平均400Mビット/秒の速度でデータを送受信できる。L社事業所内の各機器は平均800Mビット/秒の速度でデータを送受信できる。また,社外からクラウドストレージを利用する場合には,PCとルータA間をVPNで接続し,通信路のセキュリティを確保する。

〔PC内ファイルの移行方式の検討〕
 N君はPC内のファイルのクラウドストレージへの移行方式を検討した。社員全員が一斉にPC内のファイルを移行すると時間が掛かる。例えば,500名の社員が自分のPCに格納済の20Gバイトのデータを,それぞれクラウドストレージにコピーする場合,各社員のデータが均等に伝送されるものとすると,社員がPCでファイルのコピーの開始を指示してから全ファイルのコピーが完了するまでの時間はe時間となる。
 そこでN君は,業務繁忙月を避けて1週間の移行期間を設定し,L社事業所内に移行用NASを設置して移行する方式を検討した。移行期間には,500名の社員を100名ずつ五つのグループに分け,グループごとに次の三つの作業を行うことでデータを移行する。
作業1
業務時間内に各社員がPC内のファイルを移行用NASにコピー
作業2
業務時間外に移行用NAS内のファイルをクラウドストレージに移動
作業3
各社員がクラウドストレージのファイルを確認しPCのファイルを削除
 グループごとの移行スケジュールを図2に示す。
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 N君は,クラウドストレージの構築とファイルの移行の検討を終え,上司に報告し承認を得た。

設問1

本文中のa及び表5中のbdに入れる適切な数値を整数で答えよ。なお,1Tバイトは1,000Gバイトとする。

-解答入力欄-

  • a:
  • b:
  • c:
  • d:

-解答例・解答の要点-

  • a:510
  • b:60
  • c:500
  • d:1,320

-解説-

aについて〕
L社の全てのPCとFSに格納済のファイルをクラウドストレージに移行するために、必要なストレージ容量が問われています。①PCのディスク使用量と②FSのディスク使用量の合計が求める解答となります。

【①PCのディスク使用量】
表1のディスク使用量からPC1台当たりのディスク使用量は平均「5+5+10=20Gバイト」であることがわかります。PCは500人の社員に1台ずつ配布されているので、PCの台数は500台です。よって、全てのPCのディスク使用量は、

 500[台]×20[Gバイト]=10,000[Gバイト]=10[Tバイト]

【②FSのディスク使用量】
表2のディスク使用量からFS1台当たりのディスク使用量は「20+30+50=100Tバイト」であることがわかります。FSの台数は5台なので、全てのFSのディスク使用量は、

 5[台]×100[Tバイト]=500[Tバイト]

したがって必要最低限必要なストレージ容量は、

 10[Tバイト]+500[Tバイト]=510[Tバイト]

a=510

bdについて〕
本文中に「N君は,…FS内のファイルは利用頻度によって利用するストレージ種別を表4の項番1〜3のストレージ種別から選択した」とあります。表3の項番1〜4のファイル種別ごとにどのストレージ種別を選択するのが最適であるか判断するために利用費用の比較を行います。

本文中に記述がある通り、年間のクラウドストレージの利用費用は次式で求めることができます。

 年間保管料金×保管Gバイト数+読出し料金×読出しGバイト数
 読出しGバイト数=保管Gバイト数×表3の平均利用頻度

この式は以下のように変形できるので、

 年間保管料金×保管Gバイト数+読出し料金×保管Gバイト数×表3の平均利用頻度
 保管Gバイト×(年間保管料金+読出し料金×表3の平均利用頻度)

1Gバイト当たりの利用費用は、以下の式で求めることができます。

 年間保管料金+読出し料金×表3の平均利用頻度

これを利用して項番1〜4ごとに各ストレージの利用費用を計算すると最適なストレージ種別がわかります(もちろん全部計算する必要はありません)。別の考え方として、「30円=10円+0.02円×1,000回」より1,000回以上利用される場合には標準ストレージが有利、「10円=6円+0.06円×66.66…回」より67回以上1,000回未満の場合には低頻度利用ストレージが有利というように、しきい値を設ける考え方もできます。
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bについて〕
標準ストレージにはPC内のファイルと項番1のファイルを格納します。PC内のファイルは全部で10TB、項番1のファイルの割合はFS内のファイルのうち10%なので、標準ストレージのデータ容量は、

 10[Tバイト]+500[Tバイト]×10%=60[Tバイト]

b=60

cについて〕
低頻度ストレージには項番2及び項番3のファイルを格納します。項番2及び項番3のファイルのデータ容量は「500Tバイト×(5%+5%)=50Tバイト」、年間保管料金は1Gバイト当たり10円で1Tバイト当たりだと「10円×1,000=10千円」なので、低頻度利用ストレージの年間保管費用は、

 50[Tバイト]×10[千円]=500[千円]

c=500

dについて〕
長期保管利用ストレージには項番4ファイルを格納します。読出し費用は以下の式を使って求めることができます。

 読出し費用=読出し料金×読出しGバイト数
=読出し料金×データ量×表3の平均利用頻度

読出し料金は1Gバイト当たり0.06円で1Tバイト当たりだと「0.06円×1,000=60円」、データ量は表5に記載の通り400Tバイト、項番4のファイルの平均利用頻度は55回なので、長期保管ストレージの読出し費用は、

 60[円]×400[Tバイト]×55[回]
=1,320,000[円]=1,320[千円]

d=1,320

設問2

〔PC内ファイルの移行方式の検討〕について,(1)〜(3)に答えよ。
  • 本文中のeに入れる適切な数値を答えよ。答えは,小数第1位を四捨五入して整数で求めよ。ただし,PCやクラウドストレージの読込み,書込みスピードは送受信速度に比べて十分に速いものとし,ほかの通信は無視できるものとする。また,1Gバイトは1,000Mバイトとする。
  • N君が検討した五つのグループに分けて移行する方式とすることで,ある社員がファイルのコピーの開始を指示してから移行用NASに全ファイルのコピーが完了するまでの時間は,500名の社員がクラウドストレージに直接コピーする場合と比べて,何分の一に短縮されるか分数で答えよ。ただし,PC,クラウドストレージ,移行用NASの読込み,書込みスピードは送受信速度に比べて十分に速いものとし,ほかの通信は無視できるものとする。
  • 移行用NASからクラウドストレージへのファイルの移動を業務時間外に行う理由を,35字以内で述べよ。ただし,移行用NASのデータ容量は十分に大きいものとする。

-解答入力欄-

    • e:

-解答例・解答の要点-

    • e:56
    • 1/10
    • 業務時間内は前のグループがクラウドストレージを利用するから (29文字)

-解説-

  • eについて〕
    L社事業所からM社クラウドサービスまでの通信速度については、次の2点がわかっています。
    • ルータAとルータBの間は、平均400Mビット/秒の速度でデータを送受信できる
    • L社事業所内の各機器は平均800Mビット/秒の速度でデータを送受信できる
    よって、ルータAとルータBの間の通信速度がボトルネックとなります。PCの全ファイル10TBバイトを平均400Mビット/秒の速度で伝送するとき、コピー完了するまでの時間は次のように求めることができます。

     10TBバイト=10,000Gバイト=10,000,000Mバイト=80,000,000Mビット
     80,000,000[Mビット]÷400[Mビット/秒]=200,000[秒]
    (時間単位に直すと)200,000[秒]÷3,600[秒]=55.555…時間
    (小数第1位を四捨五入して)56時間

    e=56

  • N君が検討したPC内ファイルの移行方式では、社員全員を5つのグループに分け、1日に1グループずつL社事業所内に設置されている移行用NASにコピーを行います。L社事業所内の各機器は平均800Mビット/秒と、VPNの2倍の速度でデータを送受信できるので、クラウドストレージにコピーするのと比較して2分の1の時間で済みます。また、各社員のデータが均等に伝送されるという前提に立つと、1回に伝送されるデータが500人分から100人分になるためコピー開始から完了までに要する時間も5分の1になります。この2つの効果を合わせると、500人全員が一斉にクラウドストレージにコピーするよりも10分の1の時間に短縮されることになります。

    実際に計算すると、移行用NASへのコピーに要する時間は、

     10Tバイト÷5=2Tバイト=2,000Gバイト=2,000,000Mバイト=16,000,000Mビット
     16,000,000[Mビット]÷800[Mビット/秒]
    =20,000秒

    従前の方式で要した200,000秒の10分の1になることがわかります。

    ∴1/10

  • 図2の移行スケジュールを見ると、ファイルの移動が終わったグループは、翌日にPC内の移動済みのファイルを削除して、その翌日からクラウドストレージの利用を開始することがわかります。このため、業務時間内に次のグループが移行用NASからクラウドストレージへファイルの移動をすると、ファイルのコピーと、ファイルの移動が完了した前のグループによるクラウドストレージ内のファイルの利用が並行して行われることになります。

    1日に処理するデータ量が1/5になったとはいえ、1グループ分のデータを移行用NASからクラウドストレージにコピーするには「56時間÷5≒11時間」を要するので、業務時間内に移動を行うとインターネットの帯域を占有してしまい、クラウドストレージ内のファイルを読み書きする際に遅延やレスポンス悪化等の支障がでることが考えられます。したがって、移行用NASからクラウドストレージへのファイルの移動を業務時間内に行うのは適切とは言えません。

    以上より、ファイルの移動を業務時間外に行う理由としては「業務時間内は前のグループがクラウドストレージを利用するから」「前のグループが行うクラウドストレージ内の利用に支障を来さないため」などの理由が解答となります。

    ∴業務時間内は前のグループがクラウドストレージを利用するから
問4成績

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