応用情報技術者過去問題 平成28年秋期 午後問5

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問5 ネットワーク

IP電話の導入に関する次の記述を読んで,設問1〜3に答えよ。

 P社は,中堅の商社であり,東京の本社と大阪の支社の2拠点に約200名の社員が勤務している。社内の内線電話で使用しているPBX(構内電話交換機)が老朽化し,製品の保守期限が近づいているので,新システムへの更改が必要となっている。P社では,PBX更改コストと運用コストを抑制するため,IP電話の導入を検討している。
 P社の社内LANは,電子メールとファイル共有,社外Webサイトへのアクセスに利用されている。拠点内のLANは100Mビット/秒のイーサネットで構築されており,本社と支社の間は広域イーサネットで接続されている。利用している広域イーサネットのサービス品目には,1Mビット/秒から10Mビット/秒まで1Mビット/秒ごとに10種類あり,現在は2Mビット/秒の品目で契約している。

〔IP電話の仕組み〕
 IP電話は,発信や着信,応答,切断などの呼制御にSIP(Session Initiation Protocol)を,通話にRTP(Real-time Transport Protocol)を使用して実現される。発信時は,IP電話機からSIPサーバを介して相手のIP電話機と接続し,接続が確立された後の通話はIP電話機間で直接行う。RTPで使用するポート番号は,SIPサーバからの呼制御時に動的に値が割り当てられる。IP電話機とSIPサーバの関係を図1に示す。なお,IP電話による通話はIP電話機間だけで行われる。
pm05_1.gif/image-size:206×111
 P社では,通話中の音声をディジタル化するコーデックにITU-T G.711規格を採用する。今回使用するコーデックでは,1パケットの音声データは160バイトで,付加されるヘッダはイーサネットヘッダ18バイト,IPヘッダ20バイト,UDPヘッダ8バイト,RTPヘッダ12バイトである。このパケットが20ミリ秒ごとに送出される。

〔IP電話の導入方針〕
 情報システム部のQ君がIP電話の導入について検討することになり,方針を次のとおり整理した。
  • 電話機はVoIP(Voice over Internet Protocol)に対応したIP電話機を使用し,本社にSIPサーバを設置する。
  • 同時接続数は,拠点内では最大で50,本社と支社の間では最大で10とする。
  • 本社と支社の間で,IP電話以外の通常の利用に必要なネットワーク帯域は2Mビット/秒とする。
 Q君が設計した,IP電話の導入方針に基づくP社のネットワーク構成を図2に示す。
pm05_2.gif/image-size:515×292
〔広域イーサネット上での必要な帯域〕
 1パケット当たりのデータサイズは,音声データとヘッダをあわせてaバイトである。20ミリ秒ごとにパケットを送出するので,1秒当たりのパケット数はbとなり,必要な広域イーサネット上での帯域は1通話当たりckビット/秒である。
本社と支社の間で必要な広域イーサネット上での帯域は,

 IP電話以外で必要な帯域+IP電話で必要な帯域
=2Mビット/秒+ckビット/秒×d
ekビット/秒

となり,サービス品目を最低限fMビット/秒に変更する必要がある。

〔QoS(Quality of Service)の考慮〕
 図2のネットワーク構成について,Q君は上司のR氏から次の指摘を受けた。
  • 本社と支社の間でファイル転送が集中した際に,RTPによる音声データの通信が影響を受けて,本社と支社の間での通話中に音声の途切れや遅延が発生するおそれがあるので,QoSの考慮が必要である。
 そこで,Q君は図2のネットワーク構成をチェックして,指摘への対応を考えた。
  • 図2で,LANと広域イーサネットとを接続する(帯域が狭くなる)箇所で,広域イーサネットに流入するデータ量が通信回線の許容量を超えて,輻輳(ふくそう)が発生すると,パケットが破棄されたり,その配送が遅延したりする場合がある。その際にRTPパケットが破棄されたり,その配送が遅延したりすると,IP電話の音声の途切れや遅延が発生する。
  • P社のルータには,送信元IPアドレス,送信元ポート番号,宛先IPアドレス,宛
    先ポート番号の任意の組合せで優先度を設定する機能がある。IPアドレスは,サ
    ブネットマスクの指定によって,ネットワークアドレスで指定することが可能で
    あるが,ポート番号は範囲での指定はできず,個々に指定する必要がある。
 これを踏まえてQ君は,ルータにおいて①音声データのパケットが破棄されないように,IPアドレスによって優先度を設定すればよいと考えた
 また,拠点内については,gという点と,IP電話による通話で必要な帯域が確保されているという点から,QoSの設定は不要と考えた。
 Q君は,QoSの設定についてR氏に提案し,採用された。

設問1

本文中のafに入れる適切な数値を答えよ。計算結果は,四捨五入などせず,結果をそのまま記載せよ。なお,1kビット/秒は1,000ビット/秒,1Mビット/秒は1,000kビット/秒とする。

-解答入力欄-

  • a:
  • b:
  • c:
  • d:
  • e:
  • f:

-解答例・解答の要点-

  • a:218
  • b:50
  • c:87.2
  • d:10
  • e:2,872
  • f:3

-解説-

aについて〕
1パケットはペイロードである音声データとヘッダ部で構成されます。各データサイズは本文中に次のように記載されています。
  • 音声データ … 160バイト
  • イーサネットヘッダ … 18バイト
  • IPヘッダ … 20バイト
  • UDPヘッダ … 8バイト
  • RTPヘッダ … 12バイト
1パケットにつき各ヘッダが1つずつ付属するため1パケットのデータサイズは単純に上記の合計になります。

 160+18+20+8+12=218(バイト)

a=218

bについて〕
パケットは20ミリ秒ごとに送出されるので1秒当たりに送出可能な回数を計算します。
1秒=1,000ミリ秒なので、「1,000ミリ秒÷20ミリ秒=50回」が正解です。

b=50

cについて〕
1通話では、1つ当たり218バイトのパケットを50回送出するので転送量は以下の計算で求められます。

 218バイト×50回=10,900バイト

帯域の単位はkビットになっているので10,900バイトを適切に変換して答えにします。

 10,900バイト=87,200ビット=87.2kビット

c=87.2

dについて〕
本文中の計算式は本社と支社の間で必要な広域イーサネットの帯域を求めるものです。
計算式2行目の前半は「IP電話以外で必要な帯域」を計算する部分で、これは本文中に2Mビット/秒と記載されています。そして後半部分は「IP電話で必要な帯域」を求める式になっています。dは、1通話当たりの必要帯域幅であるcに乗じる値であること、およびP社の規模から複数の通話が同時に行われると想定できることからdには通話の個数を示す値が入ると判断できます。本文中に「同時接続数は,(中略),本社と支社の間では最大で10とする。」とあり、IP電話には10通話分の帯域幅が必要とわかります。したがってdには10が入ります。

d=10

eについて〕
ここまでの計算でcdが正確に算出できていれば後は代入して計算するだけです。

 2M+87.2k×10
=2,000k+872k
=2,872(kビット/秒) 

e=2,872

fについて〕
現在利用している広域イーサネットのサービスは2Mビット/秒なので、このままでは(2,872k=)2.872Mビット/秒のデータを処理しきれません。「サービス品目は1Mビット/秒から10Mビット/秒まで1Mビットごとに10種類ある」ため、最低でも3Mビット/秒以上の契約に移行する必要があります。

f=3

設問2

本文中の下線①について,(1),(2)に答えよ。
  • 優先度の設定に,ポート番号ではなく,IPアドレスを使用した理由を20字以内で述べよ。
  • 優先度を高く設定する送信元IPアドレスとサブネットマスク,宛先IPアドレスとサブネットマスクの組合せを,ドット付き10進表記で全て答えよ。

-解答入力欄-


    • (図表で回答する問題のため解答入力欄はありません。)

-解答例・解答の要点-

    • ポート番号は動的に決定されるから (16文字)
    • pm05_3.gif/image-size:481×54

-解説-

  • 本文中に「RTPで使用するポート番号は,SIPサーバからの呼制御時に動的に値が割り当てられる」とあり、ポート番号はその都度異なることがわかります。たとえポート番号が動的に割り当てられるとしても、その割当て範囲をSIPサーバに設定し、それをもとにフィルタリングできそうですが、P社のルータは範囲によるポート番号の指定ができません。この2つの理由からポート番号での優先度制御は不可能であると判断できます。

    ∴ポート番号は動的に決定されるから

  • 音声の途切れや遅延が発生するのはRTP通信が輻輳の影響を受けた場合です。図1「IP電話機とSIPサーバの関係」および本文中の説明から、RTP通信はSIPサーバを介さずに電話機同士で直接が行われていることがわかります。このため、それぞれの拠点のIP電話機が配置されているセグメント間の通信だけ優先度を高く設定すればRTP通信を優先させることができます。

    本社のIP電話機が設置されているセグメントは「10.21.0.0/16」、支社のIP電話機が設置されているセグメントは「10.141.0.0/16」なので、
    1. 本社から支社への通信
      [送信元]
      IPアドレス:10.21.0.0,サブネットマスク:255.255.0.0
      [宛先]
      IPアドレス:10.141.0.0,サブネットマスク:255.255.0.0
    2. 支社から本社への通信
      [送信元]
      IPアドレス:10.141.0.0,サブネットマスク:255.255.0.0
      [宛先]
      IPアドレス:10.21.0.0,サブネットマスク:255.255.0.0
    以上の2つが高い優先度を設定すべき通信になります。
    pm05_4.gif/image-size:515×271

設問3

拠点内でのQoSについて,本文中のgに入れる適切な字句を30字以内で述べよ。

-解答入力欄-

  • g:

-解答例・解答の要点-

  • g:IP電話機間の通信は他の通信の影響を受けない (22文字)

-解説-

IP電話機は各拠点内の1つのセグメントにまとめて配置されています。このためIP電話機間のRTP通信は、L2SWによって同じセグメント内の適切なIP電話機に転送されることになります。これは拠点内のRTP通信がそのセグメント内だけで完結し、ルータを経由しないことを意味します。したがってルータへの優先度設定は不要です。また輻輳の原因となる帯域不足ですが、P社の拠点内のLANは100Mビット/秒なのでIP電話を50通信同時接続しても問題ないと考えられます。

∴IP電話機間の通信は他の通信の影響を受けない
問5成績

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