平成24年秋期試験午後問題 問5
問5 ネットワーク
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ロードバランサを用いた負荷分散に関する次の記述を読んで，設問1～5に答えよ。
ロードバランサを用いた負荷分散に関する次の記述を読んで，設問1～5に答えよ。
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C社は企業の健康保険組合向け旅行予約サイトを運営している。現在の旅行予約サイトの利用者数は，約20組合，約10万人であり，組合ごとの利用者数には20名から10,000名までばらつきがある。旅行予約サイトは，平日の昼食休憩時間(12:00～13:00)になるとアクセス数が急増する。利用者は，旅行予約サイトの会員企業にある自席のPC(以下，クライアントという)から所属企業のプロキシサーバ経由でC社の旅行予約サイトにアクセスする。
旅行予約サイトには，アクセス数の増大やシステム障害の発生によってWebページが表示できなくなる時間を，可能な限り短くすることが求められる。C社では，レスポンスタイムの改善と信頼性の向上を目的として，システムを再構築することにした。C社情報システム部門のD君が，システムの再構築を担当することになった。
〔再構築後のネットワーク構成〕
再構築後のシステムでは，レスポンスタイムの改善と信頼性の向上のために，DNSサーバ及びWebサーバの二重化を行う。図1に再構築後のネットワーク構成を示す。
クライアントからC社の旅行予約サイトにアクセスできるようにするために，図1中のネットワーク機器及びサーバに次の設定を行う。ロードバランサに振分け先のIPアドレスとしてaとbを登録し，DNSサーバ(プライマリ)にC社の旅行予約サイトのURLに対応するIPアドレスcをゾーン情報(DNSサーバに登録されたIPアドレスやホスト名などの情報)の一つとして登録する。また，①クライアントがどちらのDNSサーバにIPアドレスを問い合わせても同一の結果を返せるような設定を，DNSサーバ(セカンダリ)に行う。
〔ロードバランサを用いた負荷分散〕
ロードバランサを用いてWebサーバの負荷分散を行う場合，クライアントからの初回のHTTP通信と2回目以降のHTTP通信を同一のWebサーバへ振り分ける必要がある。ロードバランサにはL4(Layer4)スイッチとして動作するものと，L7(Layer7)スイッチとして動作するものがあり，HTTP通信の振分け方が異なる。D君はこれらの違いについて調査した。
(1) L4スイッチとして動作するロードバランサ
L4スイッチとして動作するロードバランサは，送信されてきたIPパケット内の送信元IPアドレスとポート番号を使って，振分け先のWebサーバを決定する。振分け先の決まったIPパケットは，NAPTによるIPアドレス変換が行われ，対象のWebサーバに転送される。プロキシサーバを経由したクライアントとWebサーバの間の通信について，TCPコネクション開始時におけるロードバランサの振る舞いを図2に示す。
クライアントからプロキシサーバ経由でC社の旅行予約サイトにアクセスする場合，ロードバランサは，初回のHTTP通信についてはラウンドロビンでWebサーバを決定し，2回目以降のHTTP通信については初回と同じWebサーバに振り分ける。ロードバランサからWebサーバ1に送信されるIPパケットは，送信元IPアドレスが a.b.c.111，宛先IPアドレスがfとなる。
D君は，②L4スイッチとして動作するロードバランサを用いた負荷分散では，大規模な組合からのアクセスが片方のWebサーバに集中し，Webサーバの負荷に偏りが生じるおそれがあると考え，L7スイッチとして動作するロードバランサを使用することにした。
(2) L7スイッチとして動作するロードバランサ
L7スイッチとして動作するロードバランサは，HTTP Header内のクライアント識別情報であるgやURLを用いて，振分け先のWebサーバを決定する。振分け先が決まったら，ロードバランサがクライアントの代わりにWebサーバにアクセスし，HTMLコンテンツを取得してクライアントへ返信する。プロキシサーバを経由したクライアントとWebサーバの間の通信について，TCPコネクション開始時におけるロードバランサの振る舞いを図3に示す。
クライアントからプロキシサーバ経由でC社の旅行予約サイトにアクセスする場合，ロードバランサは，gやURLを用いて図3中の(4)の時点で振分け先のWebサーバを決定する。このような振る舞いによって，C社のような利用者特性をもつシステムの場合にも，クライアント単位で負荷を分散するので，Webサーバの負荷に偏りが生じることが少ない。
旅行予約サイトには，アクセス数の増大やシステム障害の発生によってWebページが表示できなくなる時間を，可能な限り短くすることが求められる。C社では，レスポンスタイムの改善と信頼性の向上を目的として，システムを再構築することにした。C社情報システム部門のD君が，システムの再構築を担当することになった。
〔再構築後のネットワーク構成〕
再構築後のシステムでは，レスポンスタイムの改善と信頼性の向上のために，DNSサーバ及びWebサーバの二重化を行う。図1に再構築後のネットワーク構成を示す。
〔ロードバランサを用いた負荷分散〕
ロードバランサを用いてWebサーバの負荷分散を行う場合，クライアントからの初回のHTTP通信と2回目以降のHTTP通信を同一のWebサーバへ振り分ける必要がある。ロードバランサにはL4(Layer4)スイッチとして動作するものと，L7(Layer7)スイッチとして動作するものがあり，HTTP通信の振分け方が異なる。D君はこれらの違いについて調査した。
(1) L4スイッチとして動作するロードバランサ
L4スイッチとして動作するロードバランサは，送信されてきたIPパケット内の送信元IPアドレスとポート番号を使って，振分け先のWebサーバを決定する。振分け先の決まったIPパケットは，NAPTによるIPアドレス変換が行われ，対象のWebサーバに転送される。プロキシサーバを経由したクライアントとWebサーバの間の通信について，TCPコネクション開始時におけるロードバランサの振る舞いを図2に示す。
D君は，②L4スイッチとして動作するロードバランサを用いた負荷分散では，大規模な組合からのアクセスが片方のWebサーバに集中し，Webサーバの負荷に偏りが生じるおそれがあると考え，L7スイッチとして動作するロードバランサを使用することにした。
(2) L7スイッチとして動作するロードバランサ
L7スイッチとして動作するロードバランサは，HTTP Header内のクライアント識別情報であるgやURLを用いて，振分け先のWebサーバを決定する。振分け先が決まったら，ロードバランサがクライアントの代わりにWebサーバにアクセスし，HTMLコンテンツを取得してクライアントへ返信する。プロキシサーバを経由したクライアントとWebサーバの間の通信について，TCPコネクション開始時におけるロードバランサの振る舞いを図3に示す。
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設問1
本文中のa～cに入れる適切なIPアドレスを，図1中のIPアドレスを用いて答えよ。
解答例・解答の要点
a：192.168.0.1 ※順不同
b：192.168.0.2 ※順不同
c：x.y.z.21
b：192.168.0.2 ※順不同
c：x.y.z.21
解説
〔a，bについて〕ロードバランサは、複数の機器に処理を振り分けることで負荷を分散する装置です。ロードバランサの先には二重化されたWebサーバが接続されているため、振分け先はこの2つのWebサーバになります。したがってa，bには、Webサーバのロードバランサ側インタフェースのIPアドレスが入ります。
∴a＝192.168.0.1
b＝192.168.0.2
(順不同)
〔cについて〕
会員企業からのHTTPリクエストはWebサーバの前段に配置されているロードバランサが一旦受け取り、2台のWebサーバに振り分ける仕組みになっています。またWebサーバはプライベートネットワークに配置されていて外部から直接アクセスできません。したがって会員企業からのアクセスはロードバランサに集めることになります。
つまりDNSサーバには旅行予約サイトのアクセス先としてロードバランサのインターネット側インタフェースである"x.y.z.21"を登録します。
∴c＝x.y.z.21
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設問2
本文中の下線①について，DNSサーバ(プライマリ)のゾーン情報が変更になった場合でも，DNSサーバ(プライマリ)とDNSサーバ(セカンダリ)が同一の結果を返せるようにするためには，何をすればよいか。35字以内で述べよ。
解答例・解答の要点
DNSサーバ(プライマリ)からゾーン情報を転送するように設定する (32文字)
解説
DNSサーバが停止すると、外部からのWebアクセスやメール送信などの公開サービスがほぼすべて利用不能になったり、下位ドメインが名前解決できなくなるなどの影響が出ます。これらの事象を予防するために、DNSサーバは障害対策や負荷分散のためにドメインごとで最低でも2台体制で運用することが求められています。2台のDNSサーバにはその役割から、実際にゾーン情報が記録されている「プライマリDNSサーバ」、プライマリからゾーン情報のコピーを受け取り、その情報をもとに名前解決を行う「セカンダリDNSサーバ」があります。(セカンダリが2台以上となる場合もある)
どちらのDNSサーバに問い合わせても同じ結果を返すためには、セカンダリとプライマリの内容を同期させる必要があります。同期を実現するためにプライマリのゾーン情報を定期的(または更新があった際に)セカンダリに転送する仕組みをゾーン転送といいます。2台のDNSサーバを同期させるためにはこの設定が求められます。
∴DNSサーバ(プライマリ)からゾーン情報を転送するように設定する
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設問3
本文及び図中のd～fについて，(1)，(2)に答えよ。
- 図2及び図3に示した制御のための通信は，TCPのセッション確立のプロトコルである。d，eに入れる適切な字句を解答群の中から選び，記号で答えよ。
- fに入れる適切なIPアドレスを，図1中のIPアドレスを用いて答えよ。
d，e に関する解答群
- ACK
- FIN
- FIN＋ACK
- HTTP
- PSH
- PST
- SYN
- SYN＋ACK
解答例・解答の要点
- d：ク
e：ア
- f：192.168.0.1
解説
〔d，eについて〕最初のメッセージが「SYN」になっているので、TCPコネクション確立の際に交わされるメッセージが入るとわかります。
TCPでは下図のように「SYN」→「SYN/ACK」→「ACK」という一往復半のやり取りを行ってコネクションを確立します。これを3ウェイハンドシェイクと言います。したがってdが「SYN/ACK」、eが「ACK」です。
e＝ア：ACK
〔fについて〕
ロードバランサからWebサーバ1へのメッセージは、ロードバランサからプライベートネットワークに向けて送出されます。したがって宛先はWebサーバ1のロードバランサ側インタフェースである"192.168.0.1"になります。
∴f＝192.168.0.1
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設問4
本文中の下線②について，大規模な組合からのアクセスが片方のWebサーバに集中し，Webサーバの負荷に偏りが生じるのはなぜか。35字以内で述べよ。
解答例・解答の要点
プロキシサーバ経由の通信は送信元IPアドレスが同一となるから (30文字)
解説
会員企業からプロキシサーバを経由で旅行予約サイトにアクセスすると、送信元IPアドレスはプロキシサーバに付与されているグローバルIPアドレスになります。L4スイッチとして動作するロードバランサでは、IPアドレスとポート番号を基準に通信を振り分けます。このため事例の平日の昼食休憩時間のように1つの会員企業からのアクセスが途切れずに集中する状況では、1つの会員企業からの全てのアクセスが片方のWebサーバに振り分けられることになってしまいます。組合ごとの利用者数は20名から10,000名とばらつきがあるため、振り分け状況によってはWebサーバの負荷に偏りが生じます。したがってL4スイッチとして動作するロードバランサを使用する際にWebサーバの負荷に偏りが生じるのは、プロキシサーバ経由の通信は送信元IPアドレスが同一となるからといえます。
∴プロキシサーバ経由の通信は送信元IPアドレスが同一となるから
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設問5
本文中のgに入れる適切な字句を解答群の中から選び，記号で答えよ。
g に関する解答群
- Cookie
- HTMLの<Body>要素
- HTMLの<Head>要素
- 宛先IPアドレス
- 送信元IPアドレス
- 送信元ポート番号
解答例・解答の要点
g：ア
解説
〔gについて〕本文中にはgはHTTP Header内の識別情報であると記述されています。選択肢のうちHTTP Header内に含まれる情報はCookieのみです。
- 正しい。
- <Body>要素はHTML Bodyに含まれます。
- <Head>要素はHTML Bodyに含まれます。
- 宛先IPアドレスはIPヘッダーに含まれます。
- 送信元IPアドレスはIPヘッダーに含まれます。
- 送信元ポート番号はTCPヘッダーに含まれます。
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