25年 第2回 「伝送設備」



25_2_setubi_1_(1).png


問1
(1)
ア:⑭ 国番号
イ:② 15
ウ:④ 国内プレフィックス
エ:⑮ 高度な電話


補足
・国際電話番号のフォーマット

kokusai_isdn_no_r2.png

・0AB~Jの固定電話番号のフォーマット
国内電話を表す国内プレフィックスは、「0」で固定されている。市外局番と市内局番はそれぞれ1~4桁となっており、2つを合わせて5桁となる。
kokunai_no.png

・0AB0の電話番号について
総務省「電話番号に関するQ&A」(https://www.soumu.go.jp/main_sosiki/joho_tsusin/top/tel_number/q_and_a-2001apr.html)に以下の様な記載がある。

0AB0から始まる番号(A、Bは0以外)は、電話会社が提供する高度な電話サービスを利用する時などに使います。
…(中略)…

Q6 「0△△0」型の電話番号はどのように使われているのですか?

◆ 「0△△0」で始まる番号は、特殊なサービスであることをわかりやすくするために電話会社共通の番号として用いられています。代表的なものとしては、料金着信払い通話(フリーフォンサービス)用の「0120」、「0800」(「0120」の番号は全部で10桁、「0800」は携帯電話、PHSと同様に全部で11桁です。)から始まる番号があります。普通の通話では、発信者(電話をかける人)が通話料を支払いますが、「0120」「0800」から始まる番号に電話すればその通話料は着信者(電話を受ける人)が支払うこととなります。

◆ 「0△△0」型の番号はこの他にも「0990」(情報料回収代行:「ダイヤルQ2」)*)、「0180」(呼数集計:「テレゴング」*)、「0570」(統一番号:「ナビダイヤル」*)、「0170」(メッセージ蓄積・再生:「伝言ダイヤル」*)があります。(*これらはNTT東日本・西日本、または、NTTコミュニケーションズで用いている名称です。)

◆ ただし、「0△△0」型の番号の中には、市外局番(御殿場市(0550)等)に使われているものもあります。




25_2_setubi_1_(2)i.png

(2)
(ⅰ)
答え:③
解説
① 映像信号の圧縮符号化では、映像信号の情報をできるだけ少ないデジタルの情報に置き換えており、圧縮符号化の手順は、一般に、量子化、予測符号化、符号割当て、変換符号化の順(正:予測符号化、変換符号化、量子化、符号割当ての順)で行われる。

② 量子化では、入力された信号値を離散的な代表値で近似するため、量子化雑音が生ずる。量子化のステップの幅を大きく(正:小さく)すれば、一般に、量子化雑音を小さくすることができる。

③正しい

④ 符号割当てには、一般に、可変長符号が用いられ、発生頻度の高い信号値には長い(正:短い)符号を割り当て、発生頻度の低い信号値には短い(正:長い)符号を割り当てることにより、情報量を削減している。

補足
・圧縮符号化の手順
予測符号化/変換符号化:同一フレーム内や別フレーム間での相関性を持った情報を取り除き、冗長な情報を圧縮する。
量子化:前工程で圧縮された情報を離散的な代表値で近似する。近似することによって失われた情報は量子化雑音といい復号工程で元に戻すことはできない。量子化雑音は、量子化ステップの幅を小さくすることにより小さくすることができる。
符号割当:量子化された信号値に「0」と「1」からなる符号に割り当てる
gazouhenkan_junban.png

・予測符号化/変換符号化の技術:フレーム間符号化/フレーム内符号化
一般的に静止画データは、周辺の画素と強い相関性を持っている(例えば上半分が空の写真は、青色の画素が連続し、上下左右で強い相関性を持つ)。そのような画素間の空間的な相関性を用いて圧縮する方式をフレーム内符号化という。具体的には、画素の相関性が高い場合に高い圧縮率で圧縮が行える離散コサイン変換処理などが挙げられる。
また、静止画を繋ぎ合わせた動画データにおいても、フレーム間の同じ画素部分に強い相関性を持っており、同様にその相関性を利用した圧縮にフレーム間符号化がある。動画データにおいては、動き補正予測というフレーム間予測技術も使われている。これは、動画内の移動する物体が同方向に移動する可能性が高いことから、移動先を予測し、その予測値と実際値との誤差分を送ることで更に情報量の削減を行う方法である。
flame_nai_kan_hugouka2.png

・符号割当ての技術:可変長符号化
可変長符号化は、ある情報に対して発生頻度に応じて符号長を変える方式である。具体的には、発生頻度の高い情報には短い符号を割り当て、発生頻度の低い情報には短い符号を割り当てることにより、情報量を削減している。
以下の例では、4つの情報(青、赤、緑、紫)に対して、全てを2bitを割り当てた場合と、発生頻度の順に、1~3bitの可変値を割り当てた場合の違いを表しており、13bitの情報量が削減されていることが分かる。
kahentyou_hugouka.png



25_2_setubi_1_(2)ii.png

(ⅱ)
答え:②
解説
①③④正しい

② MPEG-1は、コンパクトディスクなどの蓄積メディアを対象とした1.5[Mbit/s]程度の伝送速度の動画像符号化方式であり、プログレッシブ信号及びインタレース信号に対応している。(※インタレースには未対応)

補足
規格名制定年度制定組織用途・特徴
H.2611990年CCITT(ITU-Tの前身)用途:ビデオ電話、ISDNテレビ電話
特徴:勧告当時は、テレビジョンの規格が国によって独自だったため(NTSC、PALなど)、共通の画像フォーマットを策定する必要があり、H.261の中で352×288画素のCIF(Common Intermediate Format)が規定された。
MPEG-11993年MPEG用途:CD-ROMなど
特徴:再生時に映像と音声合わせて1.5Mbit/s前後のデータ転送速度が必要。CD-ROMで1時間程度の動画を蓄積することを目的として規格化された。
MPEG-21995年MPEG用途:デジタルTV、DVDなど
特徴:必要な画質に合わせてレベルが設けられている。再生時に映像と音声合わせて4~15Mbit/sのデータ転送速度が必要。
MPEG-4AVC/H.2642003年ITU-TおよびMPEG用途:ワンセグ放送・スマートフォン用コンテンツ
特徴:MPEG-4 Part 10 Advanced Video Codingの略(MPEG-4をさらに細分化したPart10の規格)。ITU-TとMPEGで同一の内容が規格化されているため、両方の規格名が/で並んでいる。圧縮符号化率がMPEG-2の2倍程度。

※NTSC(National Television System Committee):アメリカで開発されたカラーテレビ放送規格。開発国のアメリカや日本で採用されていた。
※PAL(Phase Alternating Line:位相反転線):西ドイツで開発されたカラーテレビ放送規格。ヨーロッパ、ASEAN諸国の大部分、中東の大部分などで採用されてた。

・MPEG-2のレベル
LowVideoCDなどで使われる。MPEG-1と同等の画質
Main標準テレビ相当。DVD、SDTV、デジタル放送などに使用される
HighHDTVなどに使用される


MPEG(Moving Picture Experts Group):動画像の圧縮符号化技術の標準化を行うISO/IEC JTC1の専門家グループ。このグループにより、高効率の各種符号化方式が規格化されている。


・プログレッシブ方式とインタレース方式の違い
映像を映す際の走査線の走らせ方の違い。プログレッシブ法式は、1フレームの画像を映すのに、上から順番に走査線を映す。インタレース方式は、1、3、5・・・と走査線を一本抜かして1フレームを描き、次のフレームでは、前のフレームで飛ばした2、4、6・・・の走査線で画像を描く。前者が、高精度な美しい映像に特化し、後者がスピード感のある映像に特化している。


inter_lass.png




25_2_setubi_1_(3)i.png

(3)
(ⅰ)
答え:②
解説
スタティックルーティング(正:ダイナミックルーティング)では、ルーティングテーブルを隣接するルータ間で交換する。そのため、ネットワークの故障などによりネクストホップにパケットが到達できない場合には、ルーティングプロトコルを用いて迂回経路を設定することができる。

②正しい

③ ディスタンスベクタ方式では、隣接するルータの経路情報とルータ自身が保有する経路情報をもとにして、最短の物理的な経路長や帯域幅(※)を考慮して目的地まで到達できるような経路を計算し、ルーティングテーブルを生成する。 (※ホップ数にのみ対応し、帯域幅は考慮しない)

④ リンクステート方式では、一般に、すべてのルータが常に同一のデータベースを保持しており、各ルータが個々に最短パスツリーを作りルーティングテーブルを生成する。リンクステート方式は、経路情報に変更があると、ディスタンスベクタ方式と比較して、処理が複雑であるため経路が収束するまでの時間が長く(正:差分をアップデートするので、経路を収束させるまでの時間が短く)なることが多く、経路がループになってしまうこともある(正:ループしない)


補足
・スタティックルーティングとダイナミックルーティング
スタティックルーティング(静的ルーティング):管理者が事前にルーティング情報を設定しておく方式。基本的に運用中に設定が変わることはない。
ダイナミックルーティング(動的ルーティング):ルーティングプロトコルを利用して、ネットワークの状況から最適な経路をルータが自動的に算出し、その経路を使ってルーティングする方式。途中のルータに故障があった場合には、その都度、迂回経路を設定することができる。
static_dinamic.png

・ディスタンスベクタ型とリンクステート型ルーティングの違い
ディスタンスベクタ型:目的経路までのホップ数(中継機器を通過する回数)と方向(ネクストホップ)により経路を決定する方式。隣接するルータ間でルーティングテーブルを交換し合うため、交換する情報量は、リンクステート型と比較して多くなるが、経路を算出するための計算量が少なく、性能が低い機器でも利用が可能。代表的なプロトコルとしてRIP(Routing Information Protocol)がある。
リンクステート型:各ルータが隣接するルータとのリンク状態を交換し合い、その情報を集約したデータベースを構築し、それをもとにルーティングテーブルを作成する方式。ルータ間で交換するリンク状態は、Helloパケットと呼ばれるパケットを使って定期的に行われるが、ルーティングテーブル自体を交換するディスタンスベクタ型と比べると交換する情報量は少ない。しかし、経路を算出が複雑なため、ルータは比較的高い性能が要求される。その他、ディスタンスベクタ型と比較して有利な特長としては、単純なホップ数ではなく、経路の帯域幅を考慮したコスト値を使って最適経路を選出すること、エリアという概念を使って領域を分割することで大規模ネットワークへ対応できること、経路変化が起こった際の経路情報の収束(コンバージェンス)が速いこと、ルーティングループが発生しないことなどが挙げられる。一方で、初期のリンク情報の交換に時間がかかるといったデメリットもある。
ディスタンスベクタ型リンクステート型
経路の収束遅い速い
ルータの処理負荷小さい大きい
交換する情報量大きい小さい
更新タイミング定期的変更時
交換する情報ルーティングテーブルHelloパケット(リンクの状態)
隣接ルータの確認なしあり
ループの発生ありなし
最適経路の選定ホップ数コスト値(インタフェースの帯域幅)
ネットワーク規模小規模向け大規模向け
種類RIP、IGRPOSPF、IS-IS




25_2_setubi_1_(3)ii.png

(ⅱ)
答え:③
解説
①②④正しい

③ OSPFは、IGPとして用いられるパスベクトル型(正:リンクステート型)のルーティングプロトコルである。OSPFでは、メトリックとしてリンクの優先度を表すコストといわれる値を用いている。

補足
・ASと、IGP/EGPについて
AS(Autonomous System:自律システム)とは、統一されたルーティングポリシーによって管理されたネットワークの集まり(同じルーティングプロトコルで運用される範囲)と定義される。AS内部で利用されるルーティングプロトコルを、IGP(Interior Gateway Protocol)。AS間を繋ぐプロトコルをEGP(Exterior Gateway Protocol)と呼ぶ。

as.png

IGPとEGPには、下記の種類のルーティングプロトコルが存在する。
ディスタンスベクタ型リンクステート型パスベクトル型
IGPRIP、IGRPOSPF、IS-IS
EGPBGP


RIP(Routing Information Protocol)の認証機能について:
IPv4をサポートしているRIPのバージョンには、RIPv1とRIPv2があり、RIPv2ではルータの認証機能が追加されている。ルータの認証がないネットワークでは、悪意のある第三者が不正なルーティング情報を送ることによりルーティングテーブルを改ざんされる恐れがあったが、認証機能により、これらの問題が回避できる。ルータ認証が有効になっているネットワークでは、認証されたルータのルーティング情報のみが有効として扱われるため改ざんなどの危険性が少ない。


OSPF(Open Shortest Path First)::各ルータが隣接するルータとのリンク状態を交換し合い、その情報を集約したLSDB( Link State Database )と呼ばれるデータベースを構築し、それをもとにルーティングテーブルを作成する方式。OSFPでは、経路の帯域幅を考慮したコスト値をメトリックとして扱えるため、単純なホップ数をメトリックとして扱っているディスタンスベクタ型のRIPと比較して、より最適経路を選出することができる。
※メトリック:ルーティングテーブルにおいて、宛先までの「距離」を表すための指標。一般的にメトリックが低いルートが最適経路として選定される。

・BGP:EGPにおけるパスベクトル型のルーティングプロトコルの一つ。宛先までに経由するASのAS番号(ASを識別する番号)のリスト(ASパス)を経路情報として交換することでルーティングを行う。BGPは、AS内部でも外部経路情報の交換などで用いられており、同一AS内部のBGP接続は、iBGPと呼ばれる。BGPは現在バージョン4(BGP-4)が使われており、バージョン4から、CIDR(クラスレスルーティング)に対応している。






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