クラウドサービス上でのシステム構築【基本情報技術者試験 平成30年度 春期 午後 問4(ネットワーク)】

基本情報技術者試験 平成30年度 春期 午後 問4(ネットワーク)

問4 クラウドサービス上でのシステム構築に関する次の記述を読んで、設問1、2に答えよ。

 G社は、J社が運営するクラウドサービス上で、写真投稿サービス及び写真検索サービスを構築することにした。

(1)写真投稿サービスは、利用者から投稿された写真を受け付け、自動で分類し、保管するサービスである。

(2)写真投稿サービスは、利用者から指定された条件に合致する写真を、保管されている写真の中から検索し、表示させるサービスである。

(3)利用者は、PC、スマートフォンなど(以下、クライアントという)を用いてサービスを利用する。

 システム構成を図1に示す。図1中の矢印の向きはアクセスの方向を示している。

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 写真投稿サービスにおける処理の概要は、次のとおりである。

(1)フロントサーバは、クライアントから写真を受け取り、一意なIDを写真に割り当て、ストレージサーバに保存する。

(2)フロントサーバは、写真のID、ストレージサーバ上での写真の保存場所などを、その写真の属性情報としてDBサーバに登録する。

(3)フロントサーバは、キューサーバに写真のIDを格納する。

(4)バックサーバは、キューサーバから写真のIDを取得する。

(5)バックサーバは、(4)で取得したIDに該当する写真の属性情報をDBサーバから検索し、ストレージサーバから写真を取得する。

(6)バックサーバは、(5)で取得した写真をあるアルゴリズムによって分類し、分類結果をDBサーバのその写真の属性情報に付加する。

(7)レプリケーションサーバは、ストレージサーバに定期的にアクセスし、新規に保存された写真を取得して自サーバ上に保存する。レプリケーションサーバ上の写真の保存場所は、ストレージサーバ上のそれと一意に対応付けられるように、あらかじめ定めてある規則に従って決定する。

 写真投稿サービスにおける処理の概要は、次のとおりである。

(1)フロントサーバは、クライアントから検索要求を受け取り、条件に合致する写真の属性情報をDBサーバから検索する。

(2)フロントサーバは、検索された写真の属性情報から、レプリケーションサーバに保存された写真にアクセスするためのURLを作成する。

(3)フロントサーバは、作成したURLを含むHTMLデータを生成してクライアントに返す。

(4)クライアントは、フロントサーバから返されたHTMLデータに基づきレプリケーションサーバにアクセスし、写真を取得して表示する。

 なお、クライアントは、インターネットと負荷分散装置を介して、フロントサーバとレプリケーションサーバにアクセスする。

 サーバは仮想マシン上で稼働させる。フロントサーバ及びバックアップサーバを稼働させる仮想マシンの主記憶容量やディスク容量は十分にあり、負荷に応じて台数を増減できる。

 計算処理能力やネットワーク処理能力に着目すると、仮想マシンには幾つかのタイプがある。仮想マシンのタイプを表1に示す。

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 表1中の計算処理能力は、タイプAの計算処理能力を1としたときの相対的な値である。ネットワーク処理能力は、タイプAのネットワーク処理能力を1としたときの相対的な値である。

 ”1秒の計算処理量”とは、タイプAの仮想マシン1台を計算処理能力の100%で1秒間使用したときの処理量をいう。また、”1秒のネットワーク処理量”とは、タイプAの仮想マシン1台をネットワーク処理能力の100%で1秒間使用したときの処理量をいう。

 フロントサーバにおいては、1要求当たり、計算処理量は0.1秒、ネットワーク処理量は0.07秒である。

 クライアントからの要求が非常に多いとき、フロントサーバのコストを最も低く抑えることができる仮想マシンのタイプは(a:B)である。ここで、各仮想マシンの計算処理能力とネットワーク処理能力の平均の使用率は、それぞれ50%以下に抑えることとする。

a:B

具体的なコストを算出して比較します。

クライアントからの要求を10,000として算出してみます。

  • 計算処理量:0.1秒×10,000要求=1,000秒
  • ネットワーク処理量:0.07秒×10,000要求=700秒

タイプAは、以下のとおり計算処理がボトルネックとなります。

  • 計算処理時間:1,000秒÷1=1,000秒 →1,000秒÷3,600秒×10円=2.8円
  • ネットワーク処理時間:700秒÷1=700秒

タイプBは、以下のとおり計算処理がボトルネックとなります。

  • 計算処理時間:1,000秒÷2=500秒 →500秒÷3,600秒×18円=2.5円
  • ネットワーク処理時間:700秒÷1.5=467秒

タイプCは、以下のとおりネットワーク処理がボトルネックとなります。

  • 計算処理時間:1,000秒÷4=250秒
  • ネットワーク処理時間:700秒÷2=350秒 →350秒÷3,600秒×34円=3.3円

タイプDは、以下のとおりネットワーク処理がボトルネックとなります。

  • 計算処理時間:1,000秒÷8=125秒
  • ネットワーク処理時間:700秒÷2=350秒 →350秒÷3,600秒×60円=5.8円

したがって、コストを最も低く抑えられるのはタイプBとなります。

 バックサーバにはタイプDの仮想マシンを使用する。

 バックサーバの写真1枚当たりの計算処理量は、25秒である。1時間当たり4,000枚の写真の投稿があるとき、計算処理能力の平均の使用率を50%以下とするのに最低限必要な仮想マシンの台数は(b:7)台である。ここで、ネットワーク処理能力は足りているものとする。

b:7

バックアップサーバが1時間当たりに必要な計算処理量は、25秒/枚×4,000枚=100,000秒になります。

一方、タイプDの仮想マシンは1時間当たりの計算処理量は、8×3,600秒=28,800であり、平均の使用率を50%とする場合、28,800×0.5=14,400となります。

したがって、仮想マシンの台数をXとすると、14,400×Xが100,000秒以上になるには、最低7台の仮想マシンが必要になります。

 図1中の各サーバ及び負荷分散装置(以下、サーバ類という)は表2で示すいずれかのグループに属しており、グループごとに他のグループやインターネットからのアクセス許可を設定することができる。サーバ類が受け付けるプロトコルを表3に示す。

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 各グループが許可するアクセスを必要最低限とすることにした結果、(c:グループ2および6)が許可するアクセスは一致する。また、グループ3が許可するアクセスは表4に示すとおりになった。

c:グループ2および6

各グループが許可するアクセスを挙げると以下のとおりとなります。

  1. 負荷分散装置:クライアント
  2. フロントサーバ:負荷分散装置
  3. DBサーバ、キューサーバ:フロントサーバ、バックサーバ
  4. バックサーバ:無し
  5. ストレージサーバ:フロントサーバ、バックサーバ、レプリケーションサーバ
  6. レプリケーションサーバ:負荷分散装置

したがって、グループ2と6が一致します。

 表4は、グループ3に属するサーバ類が、アクセス元に指定したグループに属するサーバ類からの、指定してポート番号のポートを介してのアクセスを許可することを示している。

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設問 クライアントからの写真へのアクセスを、ストレージサーバがインターネットを介して直接受ける方法も考えられるが、この方法ではなく、図1のように負荷分散装置を介し、レプリケーションサーバが受けることの利点として適切な答えを、解答群の中から二つ選べ。

解答群

ア クライアントからの写真へのアクセスが増加しても、ストレージサーバの負荷は高まらない。

イ クライアントと写真へのアクセスに応答するサーバとの間に介在するサーバ類の台数が少ないので、ネットワーク遅延が小さい。

ウ ストレージサーバに障害が発生しても、写真検索サービスの提供を継続できる。

エ ストレージサーバに障害が発生しても、写真投稿サービスの提供を継続できる。

オ 全てのフロントサーバに障害が発生しても、写真検索サービスの提供を継続できる。

【出典:基本情報技術者試験 平成30年度 春期 午後 問4(一部、加工あり)】

https://www.jitec.ipa.go.jp/1_04hanni_sukiru/mondai_kaitou_2018h30_1/2018h30h_fe_pm_qs.pdf

ア クライアントからの写真へのアクセスが増加しても、ストレージサーバの負荷は高まらない。

クライアントのアクセス要求はレプリケーションサーバの画像を参照するため、ストレージサーバの負荷は高まりません。

ウ ストレージサーバに障害が発生しても、写真検索サービスの提供を継続できる。

写真検索サービスは、レプリケーションサーバの画像にアクセスするため、ストレージサーバ停止は影響しません。

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