【ネットワークスペシャリスト試験令和5年度春期午後1 問2 No.1】

ネットワークスペシャリスト試験令和5年度春期午後1 問2

【出典：ネットワークスペシャリスト試験令和5年度春期午後1 問2（一部、加工あり）】

問2 IPマルチキャストによる映像配信の導入に関する次の記述を読んで、設問に答えよ。

K市は、人口25万人に中核市である。市内には一級河川があり、近年の異常気象による河川氾濫などの水害が問題となっている。このたびK市では、災害対策強化の一つとして、撮影した映像をH.264によって符号化してIPv4ネットワークへ送信可能なカメラ（以下、IPカメラという）を河川・沿岸の主要5地点周辺に合計20台新設し、K市庁舎の執務エリアへ高解像度リアルタイム配信を行うことになった。
本件の調査及び設計担当として、情報システム部のN主任が任命された。

[ネットワーク構成]
N主任は、①IPカメラの導入によって増加する通信量に着目し、通信帯域を効率良く使用するため、IPマルチキャストを用いて配信を行う構成を検討した。IPマルチキャストを用いることによって、映像は次のように配信される。

映像の送信元（以下、ソースという）であるIPカメラは、映像を符号化したデータ（以下、映像データという）をマルチキャストパケットとして送信する。
ネットワーク機器は、マルチキャストパケットを複製して配信する。
配信先であるレシーバは、マルチキャストパケットの映像データを映像へ復号し、大型モニターへ表示する。

N主任が考えたK市のネットワーク構成を図1に示す。

図1の概要を次に示す。
⑴既設機器

FW及び各スイッチ間は、1000BASE-T又は1000BASE-SXで接続している。
FWと各L3SW間は、OSPFによる動的ルーティングを行っている。

⑵新設機器

IPカメラは、河川・沿岸に新設するL2SWに接続する。
新設するL2SWは、光ファイバを使用し、1000BASE-LXで接続する。
IPカメラは、1台当たり8Mビット/秒で映像データを含むパケットを送信する。
カメラ管理サーバは、IPカメラの死活監視、遠隔制御を行い、Webサーバ機能をもつ。PCとはHTTPSで、IPカメラとは独自プロトコルでそれぞれ通信を行う。
②レシーバ及び大型モニターは、各6台新設する。レシーバは、最大四つの映像データを同時に受信し、大型モニターへ4分割で表示する。
IPカメラ、レシーバ及び大型モニターの設置に当たっては、将来的な追加や更新を考慮する。

⑶IPマルチキャスト

マルチキャストルーティング用のプロトコルとして、PIM-SM（Protocol Independent Multicast – Sparse Mode）及びPIM-SMの派生型であるSSM（Source-Specific Multicast）を用いる。
IPマルチキャストの配信要求プロトコルとして、IGMPv3（Internet Group Management Protocol, Version 3）を用いる。
映像データを識別する情報の一つとして、グループアドレスを用いる。グループアドレスは、IPカメラが送信するマルチキャストパケットの宛先IPアドレスなどに使用され、使用可能なアドレス範囲は決められている。
既設機器は、PIM-SM、SSM及びIGMPv3に対応している。

⑷IPカメラのアドレス設計

③全てのIPカメラに個別のIPアドレス及び同一のグループアドレスを使用する。

下線①について、IPマルチキャストを用いずユニキャストで配信を行う場合の欠点を”ソース”と”レシーバ”という字句を用いて35字以内で答えよ。：配信先のレシーバの数に応じてソースの通信量が増加する。

「N主任は、①IPカメラの導入によって増加する通信量に着目し、通信帯域を効率良く使用するため、IPマルチキャストを用いて配信を行う構成を検討した。」
増加する通信量、通信帯域の効率化の観点で、マルチキャストに比べたユニキャストの欠点を回答します。
ユニキャストでは、ソースから各レシーバに向けて通信されるため、レシーバの数に比例して通信量が増加します。
これに対しマルチキャストでは、ソースからはネットワークに対して1つの通信のみであり、レシーバへの途中のネットワーク機器が必要に応じてパケットを複製して配信されます。

下線②について、L2SW91からFW01へ流入するマルチキャストパケットの伝送レートの理論的な最大値を、Mビット/秒で答えよ。：160Mビット/秒

「②レシーバ及び大型モニターは、各6台新設する。レシーバは、最大四つの映像データを同時に受信し、大型モニターへ4分割で表示する。」
レシーバが6台でそれぞれ最大四つの映像データを同時受信するとのことで、最大24の映像データが流れる可能性があります。
ただし、IPカメラの台数については、「このたびK市では、災害対策強化の一つとして、撮影した映像をH.264によって符号化してIPv4ネットワークへ送信可能なカメラ（以下、IPカメラという）を河川・沿岸の主要5地点周辺に合計20台新設し、K市庁舎の執務エリアへ高解像度リアルタイム配信を行うことになった。」との記述から20台です。
1台当たりの通信量については、「IPカメラは、1台当たり8Mビット/秒で映像データを含むパケットを送信する。」とあり、8Mビット/秒×20台=160Mビット/秒が伝送レートの理論的な最大値となります。

下線③について、IGMPv3ではなくIGMPv2を使用するとした場合、考えられるIPカメラのアドレス設計を45字以内で答えよ。：全てのIPカメラに個別のIPアドレス及び個別のグループアドレスを使用する。

「③全てのIPカメラに個別のIPアドレス及び同一のグループアドレスを使用する。」
IGMPv3とIGMPv2の違いは、レシーバがリクエストする通信（メンバーシップレポート）にマルチキャストアドレスとソースのIPアドレスを指定できるかどうかです。
IGMPv3ではソースのIPアドレスが指定できるため、全てのIPカメラに同一のグループアドレスを使用しても、レシーバがソースのIPカメラを指定することで目的の映像を配信することができます。
一方、IGMPv2ではソースのIPアドレスが指定できないため、レシーバがソースのIPカメラを指定するにはグループアドレスをIPカメラごとに分ける必要があります。
したがって、IGMPv2でのIPカメラのアドレス設計は、③の記述を用いて、全てのIPカメラに個別のIPアドレス及び個別のグループアドレスを使用するということになります。