最新のITトレンドとビジネス戦略
インフラ&プラットフォーム編
2021年6月版
ご案内
2
知識の定着は、ネットを眺め、資料を読むだけでは不十分です。実際に第三者
を相手に自分の言葉で説明してみるのが最も効果的です。
また、本プレゼンテーションは、ロイヤリティ・フリーです。ご自身の資料と
して、加工編集して頂いても構いません。
知識の確かな定着と仕事の生産性向上のために、ご活用下さい。
ネットコマース株式会社
斎藤昌義
http://libra.netcommerce.co.jp/
最新のアップデートは、「ITビジネス・プレゼンテーション・ライブラリー/LiBRA」にて随時更新しております。
3
モバイルとウェアラブル
クライアント (=PC) の誕生
メインフレーム クライアントサーバー
巨大な計算機に全てのリソースを持たせ、
全ての処理を実行する。
クライアントは文字の入力と結果の表示
をするだけのダム・ターミナル。
一定の計算能力と記憶能力を持った高
機能なクライアント (PC) が中規模の
サーバーと処理を分担し、高度なUIと操
作性を実現。
クライアント≒Windows PC
新しいクライアントの出現
メインフレーム クライアントサーバー クラウド IoT
PC Smart Phone IoT
Internet
1980 2000 2020
少 ----------- クライアント数 ---------- 多
ビジネスユーザー
モノ
コンシューマ
コレ一枚でわかるモバイルとウェアラブル
PDA
モバイル
ウエアラブル
PCアプリケーション
自社ネットワーク
Webブラウザー
インターネット
クラウド
サーバー
2007年以前 2007年以降
パソコン
使うときに電源を入れる
スマートフォンとタブレット
常に電源が入っている
移動できない 移動できる
使うときにネットワークに繋ぐ 常にネットワークに繋がっている
使うにはある程度の知識が必要 直感的に操作できる
クラウドは必須では無い クラウドとの連携が前提
スマートフォンとタブレット
メインフレーム、クライアントサーバー、クラウド
メインフレーム クライアントサーバー クラウド
巨大なサーバーに計算機能・記憶
能力の全てのリソースを持たせ、
プログラムを実行する。
クライアントは文字の入力と結果の
表示のみのダム・ターミナル。
ある程度の計算機能と記憶能力を
持った高機能なクライアント
(≒Windows PC) がサーバーと処
理を分担し、高度なUIと操作性を
実現。
サーバー側のプログラムをWeb標
準技術をベースに構築 (Webアプリ
/Webサービス) し、クライアントの
Webブラウザからアクセスして様々
な機能をサービスとして利用。
一社独占技術 独占技術+標準技術 標準技術のみ
ダム・ターミナル WindowsPC Webブラウザ
クライアントに与えた影響
クラウドの技術的特徴
クラウドの技術的特徴とクライアント
サービス化 脱プロプライエタリ 標準化・オープン化
機能をWebサービスとして提供
特定の企業に依存しない
技術の採用
標準化による相互接続性/
運用性の確保
大半の処理をサーバー
(クラウド)側で処理
汎用クライアント (ブラウザー)
の利用
オープン化の徹底による
独自技術の排除
柔軟性・スケーラビリティ
の向上
使用技術は全て
インターネット標準
様々なネットワークを介して
クライアントと接続
PC スマホ・タブレット
1999年~ 2007年~
クライアントサーバーから
クラウドへ移行
最初からクラウド対応
Windows + ブラウザー フル機能ブラウザー
ガラケーとiPhone
ガラケー iPhone
1999~ 2007~
日本固有の仕様 全世界共通仕様
サービスとUIの一体開発/徹底したUX
キャリアが開発を主導 Appleが開発
2007年当時最も進んだ
エコシステムを実現
最初は「失敗する」と
言われた
高機能な携帯電話 PCの小型化
機能制限付きブラウザ
(CHTML/JavaScript)
PCと同等の
フル機能ブラウザー
クラウド・クライアントとしてのモバイルデバイス
クラウド
クライアント
無線通信インフ
ラの高速化
クラウドによる
分散処理
アプリの
サービス化
フルブラウザー
のサポート
デバイスの進化
(UI/センサー)
モバイルデバイスが変えた
IT利用シーン
クラウド
GPS(Global Positioning System)
位置情報
位置情報を使った新たなサービス
地図/ナビ
タクシー配車
鉄道・バスの運行情報
SNS投稿への
位置情報付加
天気予報 Pockemon GO
渋滞情報
乗換案内
防災情報
行動履歴
ユーザーの爆発的増加
PC出荷台数
2億5000万台(2016年)
2億7000万台(2007年)
スマートフォン出荷台数
14億5000万台(2016年)
2億9700万台(2010年)
これまでインターネットとは無縁だったユーザーがクラウドにアクセスするようになった
ブラウザ センサー情報
UGC/UGM
ユーザーからの簡便な情報発信 ≑ 情報収集
SNS ブログ 位置情報
画像/動画 生体情報
趣味・嗜好 思想・信条 関心事
行動
パターン
信仰・宗教
健康状態
旅行予定
移動経路 行動範囲
検索 閲覧履歴
いつでも
どこからでも
即座に
ユーザーからの簡便な情報発信と共有
16
ビッグ・データ
クラウド
UGM
User Generated Media
SNS
Social Network Service
ウェアラブル=身体に密着するデバイス
ラスト・ワン(1)・フィートを
乗り越えることで生まれる
新しい可能性
1フィート
(30cm)
モバイル
2フィート
(60cm)
デスクトップ
0 (ゼロ) フィート
ウエアラブル
ウェアラブルデバイスの進化
18
モバイル通信ネットワークの進化
HW技術の進化
(小型化・高機能化・省電力化)
センサー技術の進化
クラウドの進化
(バックエンド処理)
入力方法の進化
(音声認識、タッチスクリーン)
スマートフォンの普及
(通信中継デバイスとして)
眼鏡
腕時計
指輪
ベルト
靴
帽子
衣服
コンタクトレンズ
パーソナルアシスタンス
【画像】
メール・メッセージ
動画・静止画・地図
設計図・マニュアル
【音声】
通話・音楽
【振動】
通知・ナビ
・・・
ウェアラブル・デバイスの種類と使われ方
医療・健康
【生体情報】
血圧・心拍・体温・脳
波・呼吸・睡眠状態・疲
労度・血糖値・会話量・
活動量・紫外線量など
身体密着
常時携帯
常時接続
加速度センサ 温度センサ
GPS
ジャイロセンサ
照度センサ
地磁気センサ
圧力センサ
近接センサ
回転センサ
脳波センサ 近接センサ
GPS
眼球運動センサ
加速度センサ
回転センサ
心拍センサ
発汗センサ
体温センサ
モバイル
デバイス
ウェアラブル
デバイス
インターネット
ビッグ・データ
アナリティクス
洞察、知見、ノウハウの発見・抽出
モバイル・ウェアラブルとクラウドとの関係
クラウド
近接通信
BluetoothやNFCなど
モバイル通信
携帯電話網やWiFiなど
AI
アンビエント・コンピューティング
これからのクライアントを占うキーワード
ウェアラブル/VR/AR/MR
音声認識/合成デバイス
ビーコン/RFID/各種センサー (IoT)
クラウド
スマートフォン
5G/LPWA
ユビキタスからアンビエントへ
ユビキタス アンビエント
ケータイ スマホ
テレビ スマホ/音声認識デバイス
M2M IoT
様々なモノがシステムに接続
され、人間からそれらに働き
かけ、情報を得る
システムが人間を見えない
形で取り巻き、必要に応じて
情報を提供
2G/電灯線ネットワーク 4G/5G/WiFi/光
クラウド無し クラウド前提
電話
ゲートウェイ
機械間通信
特徴
ネットワーク
クラウド
接続
デバイス ノートパソコン
PDA
電子手帳
第1世代
スマートフォン
入力
パソコンとの連携
メール・Web
有線
通信カード(低速)
有線
通信カード(低速)
携帯電話回線
(低速)
キーボード
手書き文字認識
キーボード
キーボード
テンキー
可能 スケジュールなど 不可
可能 限定的 非常に限定的
携帯性 △ ○ ◎
モバイル・デバイスの歴史
良い点
当時の日本の携帯電話 当時の海外の携帯電話
全世界で端末仕様を統一
サービスと端末の一体開発
高品質なサービス
多彩な機能
悪い点
プレイヤーが多く一貫した
サービスを提供できない
行き過ぎた高機能化
日本でしか通用しない
高コスト体質
iPhone
全世界で端末仕様を統一
サービスと端末の一体開発
高品質なサービス
多彩な機能
高品質なサービスの欠如
iPhoneの成功とその理由
当時世界の先端を走っていた
日本のモデルをうまく取り入れ、
世界規模に展開することでコ
ストダウンとアプリ開発者の取
込みに成功。
低コスト 低コスト
機能限定
クラウドとモバイルの関係
Windows
自社ネットワーク
Webブラウザー
インターネット
クラウド
サーバー
クライアント・サーバー クラウド
クライアントの変遷
Windows
クライアント
サーバー
Webシステム リッチ・インターネット
クライアント(RIC)
ブラウザー
ブラウザー
+ プラグイン
サーバー
Webサーバー
サーバー
Webサーバー
サーバー
業務個別
プログラム
業務個別
プログラム
業務個別
プログラム
業務個別
プログラム
業務個別
プログラム
業務個別
プログラム
業務個別
プログラム
業務個別
プログラム
業務個別
プログラム
業務個別
プログラム
業務個別
プログラム
業務個別
プログラム
管理コストの増大
ベンダーロックイン
ブラウザの機能不足
マルチプラットフォーム対応
プラグインによる
ブラウザの機能強化
マルチプラットフォーム対応
テキスト端末
集中処理システム
メインフレーム
(他にもオフコン/ミニコン)
テキスト
表示
テキスト
表示
テキスト
表示
業務個別
プログラム
業務個別
プログラム
業務個別
プログラム
文字だけの表示・低い表現力
ベンダーロックイン
PC/AT Mac
Windows Linux MacOS
クライアント毎に専用のプログラム (ネイティブアプリ) を用意する必要があり、開発効率が良くない
クライアント・プラットフォームの変遷
PC/AT Mac
Windows Linux MacOS
RIA/Ajax
ひとつのプログラムコードで全てのプラットフォームに対応、コストを最少化して売上を最大化できる
1990年 2000年
クライアントの機能
端末
クライアント/サーバー
メインフレーム RIC/RIAとクラウド
クライアント
ブラウザ
Flashなどの
プラグイン
Ajax
Webシステム
Ajaxの登場
Ajax (エイジャックス) とは
非同期の
JavaScript
サーバーからダウンロードされ
ブラウザ上で実行される
スクリプト言語
eXtensible Markup Language
ユーザー独自の拡張が可能なマー
クアップ言語
Asynchronous JavaScript + XML = Ajax
Flashなどのプラグインを使わず、
Web ブラウザ単独で、PCにインストールされた
アプリケーション並みの操作性を実現
昔の地図サイト
昔の地図
サービス
Ajax を使った地図サイト
Ajax の意義
標準のWeb ブラウザで
独立アプリ並みの操作
性を実現できる
クライアントアプリやプラグイン無し
で高度な対話型の
システムを構築可能
クラウド コンピューティング
Webシステム/Webアプリ/WebサービスのUI
を劇的に改善
クラウドのクライアントとしての
Web ブラウザーの重要性が増大
Mozilla Firefox
Apple Safari
Google Chrome
Opera Software OPERA
Microsoft Internet Explorer
JavaScript実行速度の向上
Ajaxの操作性と快適さを向上
ブラウザーの進化とAjax
クラウドとモバイルが変えたこととは
ハード
ウェア
ハード
ウェア
ハード
ウェア
OS
OS
OS
ミドル
ミドル
ミドル
アプリ
アプリ
アプリ
PC/AT
ハード
ウェア
Windows
OS
ミドル
ミドル
ミドル
アプリ
アプリ
アプリ
ハード
ウェア
ハード
ウェア
ハード
ウェア
OS
OS
OS
ミドル
ミドル
ミドル
W
e
b
ア
プ
リ
ハード
ウェア
ハード
ウェア
ハード
ウェア
OS
OS
OS
ミドル
ミドル
ミドル
W
e
b
技
術
W
e
b
ブ
ラ
ウ
ザ
サーバー クライアント
Webプロトコル
クラウド クライアント
ベンダー独自技術を隠蔽し、標準技術でI/Fを実現
Google が狙うもの
「新しいコンピューティング・サービスは、どこかの雲の中
にあるサーバーから始まる。PC、Mac、携帯電話など、
どのようなデバイスからでも適切なアクセス手段があれ
ば利用できる。」
Google CEO エリック・シュミット 2006年8月のスピーチ
適切なアクセス手段
Web ブラウザー
2008年、Google Chrome を発表
2009年、Chrome OSを発表
マルチプラットフォーム対応 最速の JavaScript 実行速度
クライアントを標準化し
インターネットの利用を加速させる
無 料
広告収入
HTML5
1990年 2000年
クライアントの機能
端末
クライアント/サーバー
メインフレーム RIC/RIAとクラウド
クライアント
ブラウザ
Flashなどの
プラグイン
Ajax
Webシステム
Ajaxの登場
HTML5(1)
38
ウェブサーバー
ブラウザー
ウェブサーバー
ブラウザー
通
信
プ
ロ
ト
コ
ル
通
信
プ
ロ
ト
コ
ル
HTML4
文字や写真のような
動きのない情報を対象
HTML5
動画や音声など
次代に即した情報を対象
現状に即した
大幅な改訂
ウェブ
プラグイン・ソフト
ウェア
Flash、Silverlightなど
もはや限界!
1997年〜 2014〜
HTML5(2)
39
狭義のHTML5
ウェブの標準化団体W3C
が規格を策定した
次世代のマークアップ言語
通信
プロトコル
デバイス
連携
オフライン
ストレージ
3D
グラフィックス
広義のHTML5
次世代アプリケーション・プラットフォーム
HTMLの歴史と現状
HTML 1.0 (1993年)
HTML 2.0 (1995年)
HTML 3.2 (1997年)
HTML 4.0 (1997年)
HTML 4.01 (1999年)
HTML 5 (2014年)
HTML は元々インターネット上の情報をレイアウトして見やすい
ようにするために考案されたもので、静的なコンテンツを前提に
している。
HTML は1999年の4.01以降アップデートされておらず、マルチ
メディアやWebアプリケーションへの対応が難しい状態が続いて
きた。
このためプラグインを使ってブラウザの機能を拡張する方法がと
られ、Flashなどが普及した。
MicrosoftはIE5/6でHTMLに独自の拡張を行い、ブラウザの機能
を拡張したが、インターネットコミュニティからは反発を受けた。
15年ぶりの新バージョン
民間ベンダーが共同でHTMLの拡張を行い、 W3CにHTML5とし
て採用するよう働きかけた。
HTML5 (+Ajax)でできるようになること
ブラウザ間の互換性・相互運用性の確保
Webアプリケーションの開発を容易にするための新機能や
新しい要素を追加 (クラウド対応)
フォームの拡張 ドラッグ&ドロップ
クライアントサイドストレージ
オフラインキャッシュ
(オフラインWebアプリケーション)
ベクターグラフィックス 3次元グラフィックス
オーディオ・ビデオ 位置情報
これまでプラグインなどを必要としていた処理が
HTML5+Ajaxで実現できる
補足資料
Microsoft Edge
43
Internet Explorer Microsoft Edge
MSHTML HTML5
ActiveX/VBscript
高速化
独自仕様からWeb標準へ
ブラウザの系譜
1990年 2000年
Mosaic
KHTML/KJS
Gecko
Firefox
Tizen
Blackberry
Palm
Adobe AIR
Chrome
Android
Safari
Webkit
(Apple)
Internet
Explorer
NetScape Trident
BlinkがWebkitから、EdgeがTridentからフォーク
1990年 2000年
Mosaic
KHTML/KJS
Gecko
Firefox
Tizen
Blackberry
Palm
Adobe AIR
Chrome
Android
Safari
Webkit
(Apple)
Internet
Explorer
NetScape Trident
Blink
(Google)
Edge
46
ITインフラと仮想化
仮想化とは
仮想
virtual
表面または名目上はそうでないが
実質的には本物と同じ
本来の意味
「仮想化」の本当の意味
本来の意味
仮想化
Virtualization
実質的には本物と同じ
ことをできるようにする仕組み
日本語での語感
虚像の〜
実態のない〜
It was a virtual promise.
(約束ではないが)実際には約束も同然だった。
He was the virtual leader of the movement.
彼はその運動の事実上の指導者だった。
仮想化とは何か
49
コンピュータのハードやソフト
物理的実態 実質的機能
自分専用の
コンピュータ・システム
周りの風景や建造物と
重ね合わされた情報
3Dで描かれた地図や
障害物や建物の情報
仮想マシン/仮想システム
仮想現実
仮想3Dマップ
仮
想
化
を
実
現
す
る
ソ
フ
ト
ウ
エ
ア
物理資源・物理機械
サーバーの仮想化 ストレージの仮想化
Java仮想マシン
データベースの仮想化
パーティショニング
分 割
アグリゲーション
集 約
エミュレーション
模 倣
仮想化 (Virtualization)
ひとつの物理資源を
複数の仮想資源に分割
複数の物理資源を
ひとつの仮想資源に分割
ある物理資源を
異なる資源に見せかける
仮想化の3つのタイプ
ソフトウェア化とはどういうことか(1)
掃除
機能
掃除
機械
レンジ
機能
レンジ
機械
テレビ
機能
テレビ
機械
作表
機能
文書作成
機能
会計管理
機能
汎用機械
オペレーティング・システム(OS)
家電製品 コンピュータ
専用一体 専用一体 専用一体
ソフトウェア
Software
ハードウェア
Hardware
ソフトウェア化とはどういうことか(2)
作表
機能
文書作成
機能
会計管理
機能
汎用機械
コンピュータ
オペレーティング・システム(OS)
スマートフォン コンピュータ
ソフトウェア
Software
ハードウェア
Hardware
電 話
アプリ
カメラ
アプリ
チャット
アプリ
汎用機械
スマートフォン
Android や iOS など
ソフトウェア化とはどういうことか(3)
一般的なシステム ソフトウェア化されたシステム
ソフトウェア
Software
ハードウェア
Hardware
個別・専用
システム構成
共用・汎用
システム構成
仮想化とソフトウェア化のための仕組み
仮想化 や ソフトウエア化 のための仕組み
使いたい機能や性能の組合せや変更の自由を実現
ソフトウェア化された情報システムの機能や性能を使うサービス
簡単・便利・いつでも/どこでもITの機能や性能をサービスとして使える仕組み
実質的に使える機能や性能
ネットワーク
専門的な
スキルや
ノウハウ
大規模・集中化・一元化・標準化
自動化などを駆使して、魅力的な
コストパフォーマンスを実現する
物理的なハードウェアや設備
インフラストラクチャー
プラットフォーム
アプリケーション
運用管理者
特定の業務処理
を行うためのソフトウェア
アプリケーションで共通に使う機能
を提供するソフトウエア
オペレーティングシステム
データベース管理システム など
販売管理システム
会計管理システム など
ソフトウエアを動かすための
ハードウェアや設備
ソフトウェア化された情報システム
簡単・便利・いつでも/どこでもITの機能や性能をサービスとして使える仕組み
実質的に使える機能や性能
ビジネス環境の変化に俊敏に対応することができる
インフラやプラットフォームの構築や運用からユーザーを解放し
競争力の源泉となるアプリケーションに経営資源をシフトさせる
新らしいテクノロジーをいち早く利用し
業務の効率化や競争力の強化に役立てる
最新テクノロジーの積極的活用
情報システムに関わる資産を経費に換え
システム利用の俊敏性と柔軟性を高める
情報システムの資産を経費化
不確実なビジネス環境で、システム資産を持つことのリスクを回避し
必要な時に必要なだけデジタル資源を瞬時かつ最大限に利用するため
ソフトウェア化するインフラストラクチャー
物理的実態(バードウェアや設備)と実質的機能(仮想化されたシステム)を分離
物理的な設置・据え付け作業を必要とせず、ソフトウエアの
設定だけで、必要とするシステム構成を調達・変更できる。
ユーザーは柔軟性とスピードを手に入れる
標準化されたハードウェアやソフトウエアを大量に調達してシ
ステムを構成し、運用を自動化・一元化する。
運用管理者はコスト・パフォーマンスを手に入れる
*「抽象化」とは対象から本
質的に重要な要素だけを抜き
出して、他は無視すること。
ソフトウェア化されたインフラ
ハードウェア
CPU・メモリー・ストレージ・ネットワーク機器など
仮想化のためのソフトウェア
ハードウェアの機能や性能の配分と管理
仮想化されたハードウェア
指定した機能や性能の組合せを
本物のハードウェアと同じように使用できる状態
ソフトウェア化されたインフラ
物理的なインフラ
SDI:Software Defined Infrastructure
仮想化の役割
58
必要とされるシステム(機能)構成A 必要とされるシステム(機能)構成B 必要とされるシステム(機能)構成C
分割 集約 模倣
仮想化
実質的機能
使用目的に応じて必
要とされるシステム
を調達・構成する。
物理的な設置・据え付
け作業を必要とせず、
ソフトウエアの設定だ
けで、必要とするシス
テム構成を調達・変更で
きる。
柔軟性とスピード
演算 データ管理 ネットワーキング
サーバー ストレージ
システム資源
ネットワーク機器
物理的実態
 ハードウェア
 プラットフォーム
 設備
標準化されたハード
ウェアやソフトウエア
を大量に調達してシス
テムを構成し、運用を
自動化・一元化する。
コスト・パフォーマンス
物理時実態から
実質的な機能や
性能を取り出す
仮想化の役割
59
必要とされるシステム(機能)構成A 必要とされるシステム(機能)構成B 必要とされるシステム(機能)構成C
仮想化
物理時実態から
実質的な機能や
性能を取り出す
実質的機能
使用目的に応じて必
要とされるシステム
を調達・構成する。
物理的な設置・据え付
け作業を必要とせず、
ソフトウエアの設定だ
けで、必要とするシス
テム構成を調達・変更で
きる。
柔軟性とスピード
サーバー ストレージ
システム資源
ネットワーク機器
物理的実態
 ハードウェア
 プラットフォーム
 設備
標準化されたハード
ウェアやソフトウエア
を大量に調達してシス
テムを構成し、運用を
自動化・一元化する。
コスト・パフォーマンス
物理的実態の持つ機能や性能を抽象化*し
それらの組合せや変更などの操作を物理的実態から分離して
操作の自由度を高め柔軟性とスピードを向上させる
*「抽象化」とは、対象か
ら本質的に重要な要素だけ
を抜き出して、他は無視す
ること。
タイムシェア(Time Share)
モニター(Monitor)
“見かけ上”
同時使用できる
仮想化の誕生(1) コンピューターを共同利用する技術
高価なコンピューター(物理資源)
バッチ(Batch)
前の処理が終わるまで
待たなくてはならない
タイムシェア(Time Share)
モニター(Monitor)
“見かけ上”
同時使用できる
コンピューター(物理資源)
個別の資源 個別の資源 個別の資源
個別のOS 個別のOS 個別のOS
“見かけ上”
別々の資源として
使用できる
仮想化の誕生(2) コンピューターを共同利用する技術
仮想化ソフトウェア ハイパーバイザ (hypervisor)
システム利用形態の歴史的変遷
OS
OS
AP AP AP
AP AP AP
3 2 1
1950年代~/バッチ 1960年代~/タイムシェアリング
メインフレーム メインフレーム
ミニコン
OS
AP AP AP
OS OS
VM VM VM
1970年代~/仮想化(仮想マシン)
メインフレーム
ミニコン
OS
AP AP AP
OS OS
1980年代~/分散化
ミニコン
PCサーバー
OS
AP AP AP
OS OS
VM VM VM
2000年代~/仮想化(仮想マシン)
PCサーバー
クラウド
(IaaS)
OS
AP
設定
AP
設定
AP
設定
コンテナ コンテナ コンテナ
2015~/コンテナ
PCサーバー
クラウド
(PaaS)
メインフレームの時代
オープン・システムの時代
クラウドの時代
仮想化からSDIへ
SDI(Software-Defined Infrastructure)
64
ビジネス・スピードの加速
アプリケーション開発・変更への迅速な対応
eXtreme Programing,Scrum,Test Driven Development など
本番環境への迅速な移行・継続的デリバリー
Chef,Jenkis,Hashicorp など
インフラ環境の迅速な調達・構築・変更
OpenStack,vCloud Air,Azure Stack など
アジャイル開発
Agile Development
DevOps
Development/Operation
SDI
Software Defined
Infrastructure
SDI(Software-Defined Infrastructure)
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WAN高速化装置 ファイヤウォール
スイッチ ロードバランサ ルーター
SDI(Software Defined Infrastructure)
仮想化
物理的なシステム資源
システム構成や構築には設置や接続などの物理的な作業が必要
ソフトウェアによる操作や設定でシステム構成や構築を実現する
ソフトウェアによる操作や設定でシステム構成や構築を実現する
 物理的な構成や機能を理解し、そこから「仮想的=実質的」にシス
テムを構成して必要な性能や機能を調達する。
 物理的な構成や機能を理解していなくても、「ポリシー=目標値・
制約事項」を設定すれば必要な性能や機能を調達する。
物理的システムイメージ
利用目的・利用イメージ
SDI(Software-Defined Infrastructure)
66
WAN高速化装置 ファイヤウォール
スイッチ ロードバランサ ルーター
組織・企業 組織・企業 組織・企業
ポリシーで機能や性能を管理
処理能力、対障害性能、セキュリティなど
SDI(Software Defined Infrastructure)
「抽象化」とは、思考に
おける手法のひとつで、
対象から注目すべき要素
を重点的に抜き出して他
は無視する方法である。
仮想化されたシステム資源
物理的なシステム資源
システム資源
機能や性能
抽象化
抽象化
仮装化されたシステム資源で構
成や運用を管理
物理的なシステム資源で構成や
運用を管理
物理的なシステム資源を個別に構築
SDI(Software-Defined Infrastructure)/物理システム
67
組織・企業 組織・企業 組織・企業 組織・企業
ユーザーの要望に応じて物理資源を個別に調達・構成
運用管理者が個別にシステム資源を構成・調達
DMZ FW
スイッチ 負荷分散装置 ルーター
ネットワーク仮想化
サーバー仮想化 ストレージ仮想化
SDI(Software-Defined Infrastructure)/仮想システム
68
組織・企業 組織・企業 組織・企業 組織・企業
仮想化されたシステム資源から、ユーザーの要望に応じて運用管理者が個別に構成・調達
運用管理者が個別にシステム資源を構成・調達
物理的なシステム資源をプール(リソース・プール)
SDI(Software-Defined Infrastructure)
69
DMZ FW
スイッチ 負荷分散装置 ルーター
物理的なシステム資源をプール(リソース・プール)
組織・企業 組織・企業 組織・企業 組織・企業
仮想化されたシステム資源から、ユーザーの要望に応じて自動で構成・調達
ポリシー
• 処理能力
• 対障害性能
• セキュリティ
ポリシー
• 処理能力
• 対障害性能
• セキュリティ
ポリシー
• 処理能力
• 対障害性能
• セキュリティ
ポリシー
• 処理能力
• 対障害性能
• セキュリティ
SDIを構築し運用するソフトウエア
プロビジョニング
Provisioning
ネットワーク仮想化
サーバー仮想化 ストレージ仮想化
仮想化されたシステムの構成
70
物理システム
 製品ベースでの調達・運用
 物理性能・物理構成・物理作業
仮想システム
 実質ベースでの調達・運用
 実質性能・実質構成・ソフトウェア設定
サーバー ストレージ ネットワーク
メモリ容量
CPU性能
ディスク容量
ネットワーク機能
ネットワーク接続
仮想サーバー 仮想ストレージ 仮想ネットワーク
オーケストレーション
 ポリシーベースでの調達・運用
 規則・条件・基準による設定
ポリシー
• 処理能力
• 対障害性能
• セキュリティ
システム構成
01
ポリシー
• 処理能力
• 対障害性能
• セキュリティ
システム構成
02
ポリシー
• 処理能力
• 対障害性能
• セキュリティ
システム構成
03
コントロール
 パターンやルール・ベースでの運用管理・調達管理
 構成管理・稼働管理・問題解決
監視
自動/自律制御
制
御
運
用
の
自
動
化
仮想マシン、ミド
ルウェア、アプリ
ケーションの稼働
状況を監視し、運
用パターンに沿っ
て設定を調整する
監
視
監
視
コントローラー
セルフ・サービス
ポータル
仮想リソース
ミドルウェア
アプリケーション
操作 操作
運用管理者
運用パターン
調
達
の
自
動
化
APIを介し、コン
トローラーやセル
フポータルの操作
に従って、プロビ
ジョニングを行う
 ハード・ソフト構成の管理
 システムの稼働監視
 アラートから異常の兆候を検知
 異常の原因を解析
 解決策の選定
 解決策適用による影響範囲を確認
 設定の変更やリソースの追加で対応
運用
パターン
SDI(Software-Defined Infrastructure)/全体の仕組み
プロビジョニング
仮想化ソフト 仮想化ソフト 仮想化ソフト
仮
想
化
物理リソースを管
理し、ソフトウェ
アによる定義に
従って仮想リソー
スを提供する
リソース
プール
オーケストレーター
操作 操作 操作
API
監
視
監
視
コントローラー
セルフ・サービス
ポータル
仮想リソース
ミドルウェア
アプリケーション
操作 操作
運用管理者
運用パターン
プロビジョニング
仮想化ソフト 仮想化ソフト 仮想化ソフト
リソース
プール
オーケストレーター
操作 操作 操作
API
運
用
の
自
動
化
調
達
の
自
動
化
SDI(Software-Defined Infrastructure)/SDIとIaaS
仮
想
化
IaaS
PaaS
Infrastructure as a Code
Infrastructure as Code
仮想サーバー
物理サーバー
仮想ストレージ
物理ストレージ
仮想ネットワーク
物理ネットワーク
使用するシステム構成 リソース・プール(物理リソース)
プログラムによる定義
Infrastructure as Code
全てのシステム構成をソフトウェアで定義できる
インフラの構築や運用管理での属人化による「暗黙知」をなくし
ノウハウの蓄積や自動化を容易にする
Infrastructure as Code
業務処理ロジックの
プログラミング
日本語などの自然言語で
運用手順書の作成
人手による
運用管理
日本語などの自然言語で
システム構成図作成
人手による
システム構築
従来の手順
 属人化による「暗黙知」化
 人手の介在によるミスやスピードの制約
業務処理ロジックの
プログラミング
運用手順の
プログラミング
システム構成の
プログラミング
運用管理の
自動化
システム構成
の自動化
これからの手順
 全手順のコード化によるノウハウの継承
 開発~本番の高速化と変更の俊敏性
Infrastructure as Code
開発・運用・構築の関係や役割が大きく変わる
Infrastructure as Code
人間が作業に関与することに比べ
運用・構築の高速化 + ヒューマン・エラーの排除 + 人的作業負担の消滅
稼働中のサーバー停止や新規サーバー稼働
を同時に行う事ができる
開発・テストと本番で全く同じ環境が使える
稼働中のサービスを停止することなく
設定や構成の変更ができる
開発・テスト環境から本番環境へ
自動的に移行できる
Immutable Infrastructure、DevOps、Agile Development…
Infrastructure as Codeの特徴(1)
77
環境構築手順書
① AをBする。
② CをDにする。
③ FをGにする。
・・・
+#!/bin/sh+yum
install -y httpd httpd-
devel php php-
mbstring php-pdo
php-mysql mysql-
インフラ設定
インフラ構築手順作成
環境構築手順書 1
① AをBする。
② CをDにする。
③ FをZにする。
・・・
環境構築手順書 2
① AをBXする。
② CをDYにする。
③ FをZにする。
・・・
環境構築手順書 3
① AをBXする。
② CをDYにする。
③ FをGZにする。
・・・
+#!/bin/sh+yum
install -y httpd httpd-
devel php php-
mbstring php-pdo
php-mysql mysql-
 手作業で作業ミスが心配
 変更を繰り返すと管理が大変
 実際の環境と履歴が一致しない
 対象が増えると管理しきれない
 設定に手間がかかる
 テスト・確認が複雑
Infrastructure as Codeの特徴(2)
78
変更履歴
① XXXXXXXXX
② XXXXXXXXX
③ XXXXXXXXX
・・・
クラウド
個別システム
×
×
システム資源が物理的に固定さ
れるので、インフラ構築はその
制約の下で行われる。
物理サーバーを構成変更しなが
ら使い続ける。
システム資源が仮想化されるの
で、インフラ構築に物理的な制
約をうけることはない。
仮想サーバーの追加・破棄を頻
繁に繰り返すことができる。
変更履歴を管理 動作している状態を管理
構成は不変
Imutable Infrastructure
構成は変化し続ける
Infrastructure as Codeを実現するソフトウェア
79
仮想マシン 仮想マシン 仮想マシン
Orchestration: 複数サーバーの管理を自動化
Configuration: OSやミドルウェアの設定を自動化
Bootstrapping: OSの起動を自動化
OS OS OS
Virturization: 仮想マシンの構築・起動
ミドルウェア
アプリケーション
OSや仮想化ソフトウェアのインストール/設定作業を自動化
データベースサーバ/Webサーバ/監視エージェントなどのミドル
ウエアのインストールやバージョン管理、OSやミドルウエアの設定
ファイルや、OSのファイアウォール機能などの設定などを自動化
複数台のサーバ群を監視し、新しいサーバをシステムに登録したり、
障害のノードをシステムから取り除いたり、サーバへのアプリケー
ションのデプロイをサポート
KickStart
仮想化の種類
仮想化の種類(システム資源の構成要素から考える)
仮想化
サーバーの仮想化
クライアントの仮想化
ストレージの仮想化
ネットワークの仮想化
デスクトップの仮想化
アプリケーションの仮想化
仮想LAN(VLAN)
SDN(Software-Defined Networking)
ブロック・レベルの仮想化
ファイル・レベルの仮想化
画面転送方式
ストリーミング方式
アプリケーション方式
ストリーミング方式
ハイパーバイザー方式
コンテナ方式/OSの仮想化
仮想PC方式
ブレードPC方式
サーバー仮想化
OS
サーバー
(ハードウェア)
ミドルウェア
OS
ミドルウェア
OS
ミドルウェア
OS
ハードウェア
ハイパーバイザー
仮想サーバー
ミドルウェア
OS
仮想サーバー
ミドルウェア
OS
仮想サーバー
ミドルウェア
CPU
メモリ
CPU
メモリ
CPU
メモリ
CPU
メモリ
サーバー
(ハードウェア)
サーバー
(ハードウェア)
CPU
メモリ
CPU
メモリ
CPU
メモリ
物理システム 仮想システム
アプリケーション アプリケーション アプリケーション アプリケーション アプリケーション アプリケーション
サーバー仮想化とコンテナ
OS
ハードウェア
ハイパーバイザー
仮想サーバー
ミドルウェア
OS
仮想サーバー
ミドルウェア
OS
仮想サーバー
ミドルウェア
サーバー仮想化
ハードウェア
コンテナ管理ソフトウエア
OS
ミドルウェア
アプリ
ミドルウェア
アプリ
ミドルウェア
アプリ
コンテナ コンテナ コンテナ
コンテナ
ライブラリ
環境変数
ライブラリ
環境変数
カーネル カーネル カーネル
カーネル
ライブラリ
環境変数
ライブラリ
環境変数
ライブラリ
環境変数
ライブラリ
環境変数
隔離されたアプリケーション実行環境を提供(クラッシュの分離、独自のシステム管理とユーザー・グループ)
実行イメージのスナップショットをパッケージとしてファイルにして保存できる
アプリケーションに加えて仮想マシン・OS
の実行イメージを持つ必要がある
アプリケーションとOSの一部
の実行イメージを持つ必要がある
デプロイするサイズ
大きい
起動・停止時間
遅い
デプロイするサイズ
小さい
起動・停止時間
早い
異なるOS
可
異なるOS
不可
メモリーやディスクの消費量が大きい = リソース効率が悪い メモリーやディスクの消費量が大きい = リソース効率が良い
構成の自由度が高い
異なるOS・マシン構成を必要とする場合など
軽量で可搬性が高い
実行環境への依存が少なく異なる実行環境で稼働させる場合など
サンド・ボックス化
Sand Box
アプリケーション アプリケーション アプリケーション
仮想マシンとコンテナの稼働効率
ハードウェア
仮想マシン
ミドルウェア
OS
仮想マシン
OS
仮想マシン
OS
ミドルウェア ミドルウェア
ハードウェア
OS
コンテナ管理機能
カーネル
ミドルウェア
アプリ
ライブラリ
環境変数
コンテナ
ミドルウェア
アプリ
ライブラリ
環境変数
コンテナ
ミドルウェア
アプリ
ライブラリ
環境変数
コンテナ
ミドルウェア
アプリ
ライブラリ
環境変数
コンテナ
ミドルウェア
アプリ
ライブラリ
環境変数
コンテナ
カーネル カーネル カーネル
ライブラリ
環境変数
ライブラリ
環境変数
ライブラリ
環境変数
コンテナ
仮想マシン
アプリケーション アプリケーション アプリケーション
ミドルウェア
アプリ
ライブラリ
環境変数
コンテナ
ミドルウェア
アプリ
ライブラリ
環境変数
コンテナ
ミドルウェア
アプリ
ライブラリ
環境変数
コンテナ
ミドルウェア
アプリ
ライブラリ
環境変数
コンテナ
ミドルウェア
アプリ
ライブラリ
環境変数
コンテナ
ミドルウェア
アプリ
ライブラリ
環境変数
コンテナ
ミドルウェア
アプリ
ライブラリ
環境変数
コンテナ
ミドルウェア
アプリ
ライブラリ
環境変数
コンテナ
ミドルウェア
アプリ
ライブラリ
環境変数
コンテナ
ミドルウェア
アプリ
ライブラリ
環境変数
コンテナ
ミドルウェア
アプリ
ライブラリ
環境変数
コンテナ
ミドルウェア
アプリ
ライブラリ
環境変数
コンテナ
ミドルウェア
アプリ
ライブラリ
環境変数
コンテナ
ミドルウェア
アプリ
ライブラリ
環境変数
コンテナ
ミドルウェア
アプリ
ライブラリ
環境変数
コンテナ
ミドルウェア
アプリ
ライブラリ
環境変数
コンテナ
ミドルウェア
アプリ
ライブラリ
環境変数
コンテナ
ミドルウェア
アプリ
ライブラリ
環境変数
コンテナ
ミドルウェア
アプリ
ライブラリ
環境変数
コンテナ
ミドルウェア
アプリ
ライブラリ
環境変数
コンテナ
ミドルウェア
アプリ
ライブラリ
環境変数
コンテナ
ミドルウェア
アプリ
ライブラリ
環境変数
コンテナ
ミドルウェア
アプリ
ライブラリ
環境変数
コンテナ
ミドルウェア
アプリ
ライブラリ
環境変数
コンテナ
ミドルウェア
アプリ
ライブラリ
環境変数
コンテナ
コンテナのモビリティ
ハードウェア
OS
コンテナ管理機能
カーネル
いま使っているシステム環境
85
ハードウェア
OS
コンテナ
管理機能
カーネル
ハードウェア
OS
コンテナ
管理機能
カーネル
ハードウェア
OS
コンテナ
管理機能
カーネル
ミドルウェア
アプリ
ライブラリ
環境変数
コンテナ
ミドルウェア
アプリ
ライブラリ
環境変数
コンテナ
ミドルウェア
アプリ
ライブラリ
環境変数
コンテナ
コンテナ・レベルで稼働は保証されている
他のシステム環境
コンテナ・オーケストレーションとは
ハイパーバイザー
開発・実行環境
ミドルウェア
オペレーティング
システム
サーバー
(ハードウェア)
仮想マシン
アプリケーション
コンテナ管理システム
コンテナ
物理マシン 仮想マシン コンテナ コンテナ
オーケストレーション
分散・大規模なシステム・リソースを使い
ひとつのシステム(サービス)を実現する
Dockerとkubernetes
ship
build run
イメージの作成
イメージの共有
コンテナの実行
docker
コンテナのライフサイクルをサポートするプラットフォーム
コンテナをソフトウェアの提供単位とすることを実現
kubernetes
多ノード上の多数のコンテナを統一的に管理し
大規模なサービスをコンテナで実現
コンテナ管理 コンテナ・オーケストレーション
システムA システムB
システムD
システムE
システムF
システムG
システムH
システムI
モビリティの高いコンテナ
88
デバイス
エッジ
サーバー
オンプレミス
サーバー
クラウド
ハードウェアやOSに依存することなくソフトウェア機能を配置・移動できる
コンテナをRaspberry Piで動かすサービス
Amazon ECS(Elastic Container Service)互換を
実現するAmazon ECS Anywhereと、Amazon EKS
(Elastic Kubernetes Service)互換を実現する
Amazon EKS Anywhereをリリース(予定)
デスクトップ仮想化とアプリケーション仮想化
89
ネットワーク
入出力操作
通信
クライアントPC
文書作成 表計算
プレゼン ・・・
デスクトップ画面
メモリー
ストレージ
ハイパーバイザー
PC用OS
(Windows7など)
プロセッサー
文書
作成
表
計算
プレ
ゼン
・・・
入出力操作
通信
クライアントPC
文書作成
画面表示
仮想PC
サーバー
PC用OS
(Windows7など)
文書
作成
表
計算
プレ
ゼン
・・・
仮想PC
メモリー
ストレージ
OS
プロセッサー
サーバー
ターミナル・モニター
文書
作成
表
計算
プレゼン ・・・
入出力操作
通信
クライアントPC
文書作成 表計算
プレゼン ・・・
デスクトップ画面
入出力操作
通信
クライアントPC
文書作成
画面表示
デスクトップ仮想化 アプリケーション仮想化
シンクライアント
90
ネットワーク
入出力操作
通信
シンクライアント
文書作成 表計算
プレゼン ・・・
画面表示
メモリー
ストレージ
ハイパーバイザー
PC用OS
(Windows7など)
プロセッサー
PC用OS
(Windows7など)
PC用OS
(Windows7など)
文書
作成
表
計算
プレ
ゼン
・・・
文書
作成
表
計算
プレ
ゼン
・・・
文書
作成
表
計算
プレ
ゼン
・・・
入出力操作
通信
シンクライアント
文書作成 表計算
プレゼン ・・・
画面表示
仮想PC 仮想PC 仮想PC
サーバー
ストレージ
文書作成 表計算
プレゼン ・・・
入出力操作
通信
アプリケーション
PC / Windows・Mac OS など
画面表示
データとプログラムの保管
プログラムの実行
は、PC内にて処理
データとプログラムの保管
プログラムの実行
は、サーバー内にて処理
シンクライアントは
画面表示と入出力操作
Chromebook
91
インターネット
データ
文書作成 表計算
プレゼン ・・・ ブラウザ
画面表示・入出力操作
通信
画面表示・入出力操作
通信
オフィス・アプリ
データ
文書作成 表計算
プレゼン ・・・
オフィス・アプリ
クラウドサービス Google G Suite、Office365など
ブラウザ
文書作成 表計算
プレゼン ・・・
PC / Windows・Mac OS など Chromebook / Chrome OS
クライアント仮想化
92
クライアントの仮想化
(アプリケーション方式)
仮想化
ソフトウェア
ハードウェア
クライアントPC
オペレーティング・システム
(ホストOS)
アプリケーション
OS
(ゲストOS)
アプリケーション
クライアントの仮想化
(ハイパーバイザー方式)
仮想化ソフトウェア
(ハイパーバイザー)
ハードウェア
クライアントPC
アプリケーション
OS
アプリケーション
OS
仮想マシン
仮想マシン
仮想マシン
CPU
メモリ
CPU
メモリ
ストレージ仮想化
ストレージの業界団体であるSNIA(Storage Network Industry Association)
による
「ストレージ仮想化技術の分類」
 Disk Virtualization (ディスクの仮想化)
 Block Virtualization (ブロックの仮想化)
 File System Virtualization (ファイル・システムの仮想化)
 File Virtualization (ファイルの仮想化)
 Tape Virtualization(テープの仮想化)
ストレージ仮想化
2TB
実データ
3TB
実データ
5TB
実データ
10TB 10TB 10TB
仮想ストレージ
ブロック仮想化
10TB
実データ
30TB
ストレージ(ハードウェア)
8TB 7TB 5TB
未使用領域
20TB
ボリュームの仮想化
10TB 10TB 10TB
仮想ストレージ
シンプロビジョニング
10TB
実データ
30TB
ストレージ(ハードウェア)
容量の仮想化
未使用領域
0TB
必要な時に
追加
2TB
実データ
3TB
実データ
5TB
実データ
8TB 7TB 5TB
仮想ストレージ
重複排除
ストレージ(ハードウェア)
データ容量の削減
D
A B
C E F
A B
ファイル
2
ファイル1
D
A B C
E F
重複データ
を排除
SDNとNFV
QoS・セキュリティ
機 能
制 御
パケットの種類に応じて設定
物理構成に依存
機器ごとに個別・手動制御
物理
ネットワーク
A
物理
ネットワーク
B
物理
ネットワーク
C
従来のネットワーク
アプリケーションに応じて設定
物理構成に関係なく、ソフトウエア設定で機能を構成
機器全体を集中制御・アプリケーション経由で制御可能
仮想化
仮想
ネットワーク
A
仮想
ネットワーク
B
仮想
ネットワーク
C
物理
ネットワーク
集中制御
SDN(Software Defined Networking)
SD-WAN(Software-Defined Wide Area Network)
96
IP-VPN インターネットVPN
(IPsec VPN) 4G LTE
専用回線
ソフトウェアによって統合・一括管理された仮想的なWAN
負荷分散、セキュリティ管理、アプリケーションによるネットワークの振り分けなど
一括管理
 コントロール
 オーケストレーション
SD-WANソリューション
拠点LAN 拠点LAN 拠点LAN 拠点LAN 拠点LAN 拠点LAN
エッジ端末 エッジ端末 エッジ端末 エッジ端末 エッジ端末 エッジ端末
GUI
ネットワークに求められる要件
97
定義項目 要件
オンデマンドセルフサービス オンデマンドかつセルフサービスで利用開始、条件変更、利用停止が可能。
多種多様な回線およびデバイスをサポート
種々のアクセス回線やネットワークサービス、種々のデバイス(IoT 含
む)により利用可能。
リソースプール
ネットワークがリソースプール化されている。世界中にPOP(接続拠点)
や制御拠点を有し、可用性、利用帯域などのネットワーク特性がPOPの場
所に依存しない。
オートスケール 自動的にネットワーク帯域のスケールアウト/スケールインができる。
サービス利用状況の計測/レポート
サービス利用状況(サービス品質保証、帯域、遅延値、利用率、セキュリ
ティ状況など)を自動的に測定し、レポートで提供。
プログラム可能なインフラ
企業ネットワーク構築/運用/保守のためのAPIを提供し、外部システム
からプログラム制御できる。
従量課金
リソース(サービス品質保証、ネットワーク帯域など)の利用量に応じた
課金。
ITR説明資料
http://techtarget.itmedia.co.jp/tt/news/1811/12/news05.html?fbclid=IwAR07tuvcHBxtl9eUw_6kw8g929l47Rm2rLF2LxPyFX_VV5M9VFaI2FPhx8I
サーバーの仮想化
そのメリットと課題
サーバー仮想化による3つのメリット
99
仮想マシン
Virtual Machine
物理マシンの集約
 機械購入費用の抑制
 電気代・CO2の削減
 データセンター使用料の削減
ソフトウェア定義
 調達・変更の迅速化
 稼働中での構成変更
 迅速で柔軟な構成変更
設定
障害時に正常に稼働して物理マシンに
仮想マシンを移動させサービスを継続
複雑なクラスタリング構成と
対応のためのソフトウエア
ライブマイグレーション
 保守時のサービス停止回避
 障害時のサービス停止回避
 物理マシンの負荷の分散
サーバーの仮想化/物理的資源の削減
CPU
使用率
サーバー
集約
スペース活用の効率化
設置スペースが削減され、土地や建物
に関わるコストを削減できる
消費電力の削減
サーバーの冷却に必要な空調装置、
サーバー本体の電力消費・CO2を削減
できる
サーバーの稼働率向上
購入するサーバー台数を、減らすことが
できる
物理的資源の削減
サーバー仮想化が変えたサーバー利用の常識(1)
101
OS
仮想サーバー A
ミドルウェア
アプリ
OS
仮想サーバー B
ミドルウェア
アプリ
OS
仮想サーバー C
ミドルウェア
アプリ
CPU
メモリ
CPU
メモリ
CPU
メモリ
ハードウェア
CPU
メモリ
ホスト名 A
CPU XXX
メモリ XXX
IP XXX
ホスト名 B
CPU XXX
メモリ XXX
IP XXX
ホスト名 C
CPU XXX
メモリ XXX
IP XXX
設定ファイル
ハイパーバイザー
システム管理者は、「設定ファイル」
を作成・複製・変更することで、仮想
サーバーの調達や構成変更できる。
ハイパーバイザーは、「設定ファイ
ル」に記述された内容に従って、必要
なシステム資源の割り当てを行う
ハイパーバイザーから割り当てられ
たシステム資源に相当する能力・機
能を持った仮想マシンが稼働する
サーバー仮想化が変えたサーバー利用の常識(2)
102
仮想サーバー
A
CPU
メモリ
仮想サーバー
B
CPU
メモリ
仮想サーバー
X
CPU
メモリ
設定
ファイ
ル
A
設定
ファイ
ル
A
設定
ファイ
ル
X
相互に稼働しているかどうかを監視
共用ストレージ
ハイパーバイザー
サーバー 01
CPU
メモリ
サーバー 02
CPU
メモリ
ハイパーバイザー
仮想サーバー
A
CPU
メモリ
仮想サーバー
B
CPU
メモリ
仮想サーバー
X
CPU
メモリ
設定
ファイ
ル
A
設定
ファイ
ル
A
設定
ファイ
ル
X
共用ストレージ
ハイパーバイザー
サーバー 01
CPU
メモリ
サーバー 02
CPU
メモリ
ハイパーバイザー
サーバー 01
障害時
正常時
仮想サーバーAとBは、
見かけ上稼働し続けることができ
ユーザーは影響を受けない
サーバーの仮想化 / BCP対策・仮想マシン・レプリケーション
VM A VM B
物理
マシン
仮想化ソフトウェア
データ
AP AP
仮想マシン・イメージ
のレプリケーション
データの
レプリケーション
ネットワーク
VM A VM B
物理
マシン
仮想化ソフトウェア
データ
AP AP
クラウド基盤へのレプリケーション
VM A VM B
物理
マシン
仮想化ソフトウェア
データ
AP AP
個別基盤へのレプリケーション
サーバーの仮想化/課題
サーバー サーバー
ネットワーク
仮想
マシン
仮想
マシン
仮想
マシン
仮想
マシン
仮想
マシン
仮想
マシン
ストレージ
サーバー・スプロール
未使用の仮想マシンの乱立。管理の複雑化とシステム資源の圧迫。運用ルール、管理方法
により対応。
ストレージ設計
ライブマイグレーション、ストレージ共有、ランダムアクセ
スの増大によりI/0ボトルネックが発生しやすくなる。フ
ラッシュ・ストレージなどI/Oの高速化やボトルネックの生
じにくい設計により対応。
ポリシー管理
サーバーとネットワークが
物理的に対応している場合
は、ポリシーも管理しやす
いが、それぞれが仮想化し
追加や変更が頻繁に起こ
る場合、対応が複雑化。ク
ラウドOSや自動化ツールに
より対応。
物理システムを前提とし
たシステム設計とは考慮点
が異なる点が多い。
フラッシュ・ストレージ、SDN、
クラウドOSなど仮想化環境
を最適化できるテクノロ
ジーの活用を組み合わせ
た構築が必要。
サイバー・セキュリティ
Cyber Security
サイバー・セキュリティ対策
に求められる変化
サイバー・セキュリティ対策とは
サイバー・セキュリティ:IT機器やソフトウェア、ネットワークなどのサイバー領域に
おいて、下記の「情報セキュリティの3要件(CIA)」を確保すること。
 機密性 (Confidentiality): 情報へのアクセスを認められた者だけが、その情報にア
クセスできる状態を確保すること
 完全性 (Integrity): 情報が破壊、改ざん又は消去されていない状態を確保すること
 可用性 (Availability): 情報へのアクセスを認められた者が、必要時に中断すること
なく、情報及び関連資産にアクセスできる状態を確保すること
 インシデント発生の抑制
 インシデント発生時の被害最小化
インシデント
サイバー領域において、
企業や組織を脅かす行為
サイバー・セキュリティ対策
3要件(CIA)を確保する対策
情報セキュリティ10大脅威
「情報セキュリティ10大脅威 2020」 各脅威の解説資料
サイバー・セキュリティ対策の目的と手段
109
説明責任 事業継続
目的
どのような状況にあっても仕事を止めない
(事業を継続する)
正しいユーザーを守る、インシデント*発生
時の迅速な対処や原因究明を可能とする
情報保護
手段
ユーザーに意識させない
負担を掛けない
インシデントの
検知・対処・復旧の自動化
ITの利便性や生産性を
損なわない
ひとり一人のユーザーや個々のデバ
イスごとに、きめ細かな対策を施す
*インシデント(Incident)とは
「好ましくない出来事」「事件」
の意味。「中断・阻害、損失、緊
急事態、危機になり得るまたはそ
れらを引き起こし得る状況」と定
義されている。
セキュリティについての考え方の変化
サイバーレジリエンス
弾力、復元力、回復力、強靱さ
攻撃サービスの低価格化と攻撃機会の増加
Ransomware:
Zero-days:
Breaching services
on a per job basis:
Exploit kits:
Loads (compromised device):
Spearphishing services:
Compromised accounts:
Denial of Service:
Highest average price
リスク・マネージメントの考え方
112
事故の発生 事故の影響 受容
脅威 ぜい弱性 機密性
完全性
可用性
対策
受容レベル
説明責任
コスト 影響
どこまでやればよいのかを?
 対策コスト負担
 3要件への影響
 業務の受容レベル
最適な組合せ
情報セキュリティの3項目
機密性:情報を盗まれない。
完全性:情報をデタラメな内容に書き換えられない。
可用性:システムを停止・破壊され業務継続を妨げられない。
自分たちのシステム
「セキュリティが不安でパブリック・クラウドは使えない」は本当か?
113
脅威 脆弱性
対策可能
対策不可能
ウイルスや不正ア
クセスなどの攻撃
バグや組合せの
不具合などの弱点
完全な対策は不可能
「見える化」対策
システムの利用状況や
動作を常時監視し不審
な動きがあれば直ちに
件して対策する
セキュリティ・リスク
サイバー・ハイジーン
ハイジーン【hygiene】
衛生的であること/清潔であること
ビジネス・プロセスをデジタル化することの意義
サイバー・ハイジーン
サイバーセキュリティ経営ガイドライン
企業戦略として、ITに対する
投資やセキュリティに対する
投資等をどの程度行うかなど、
経営者による判断が必要と
なっています。
サイバー攻撃から企業を守る
観点で、経営者が認識する必
要のある「3原則」、及び経営
者が情報セキュリティ対策を
実施する上での責任者となる
担当幹部(CISO等)に指示す
べき「重要10項目」をまとめ
ています。
http://www.meti.go.jp/policy/netsecurity/mng_guide.html
ゼロトラストという考え方
トラストとは何か
共有パスワードを使った暗号化にトラストはない
× Zipファイルを展開すると平文に戻ってしまう
× 安全かどうかをソフトウエアで確認できない
× ファイルと鍵を転送されてしまう
× ファイルは総当たり攻撃でいつか開かれてしまう
× 仲介者による開封、改ざんに気がつくことができない
× パスワードが漏れてしまったときにパスワードの変更ができない
ゼロ トラスト ネットワークとは何か
トラスト ネットワーク
ファイアウォールで守られたローカル・ネットワーク/VPN
信頼できなくなりました・・・
理由その1:ファイアウォールはIPアドレスとポート番号でフィルタリングしている
理由その2:攻撃はウェブやメール経由で行われている
理由その3:VPN経由で内部に侵入することが難しくなくなってきた
ゼロ
ファイヤーウォールとVPNのセキュリティ・リスク
2020/8/24掲載
テレワーク、VPN暗証番号流出 国内38社に不正接続
日立化成や住友林業など国内の38社が不
正アクセスを受け、テレワークに欠かせな
い社外接続の暗証番号が流出した恐れがあ
ることが分かった。第三者が機密情報を抜
き取ったり、ウイルスをばらまいたりする
2次被害が予想される。事態を重く見た内
閣サイバーセキュリティセンター
(NISC)も調査に乗り出しており、企業
は対策が急務となっている。
*中略*
悪意ある第三者に情報が渡れば、VPNを
伝って各社の基幹システムへの侵入が可能
となる。各社は「社員情報の流出などの被
害は確認していない」(住友林業)と口を
そろえる。だが特別な対策を取らないと、
社員を装って社内情報を盗み見したり、内
部からサイバー攻撃を仕掛けたりできる状
態だという。
https://www.nikkei.com/article/DGXMZO62994110U0A820C2MM8000/
セキュリティの考え方の変化・境界防衛モデル
従来のセキュリティの考え方
境界防衛モデル
クラウド
サービス
信頼できるネットワークがある
安全な社内ネットワークに
入ることを重視する
ネットワークの出入口
ファイヤーウォール
ネットワーク境界を
守れば安全
社外=悪
社内=善
VPN
 暗号化された通信
 安全な外部アクセス
IDとパスワード
本人であることを認証
インターネット経由の外部からのアクセスは
ファイヤーウォールを経由してクラウドにアクセス
少人数
主に出張者
インターネット
働く場所と端末の多様化
セキュリティの考え方の変化・境界防衛モデルの破堤
従来のセキュリティの考え方
境界防衛モデル
クラウド
サービス
インターネット
信頼できるネットワークがある
安全な社内ネットワークに
入ることを重視する
ネットワークの出入口
ファイヤーウォール
ネットワーク境界では
では守れない
社外=悪
社内=善
IDとパスワード
本人であることを認証
クラウド利用の拡大
脅威の巧妙化と分散化(内外からの不正)
全社員
アクセス&
デバイス
種類と台数の増大
手段の巧妙化と多様化により
内部への不正侵入を防げない
IDとパスワードが盗まれ
VPNへの侵入を防げない
クラウドサービス
の利用拡大
VPN
セキュリティの考え方の変化・ゼロトラストモデル
クラウド
サービス
インターネット
ID認証サービス
信頼できるネットワークがない
全てのリソース(デバイス・ユーザー・ファイル等)
を安全に利用するコトを重視する
社内か社外かを区別しても意味がない
トラスト ネットワーク
ファイアウォールで守られたLAN/VPN
信頼できなくなった/侵害されていることが前提
ゼロ
これからのセキュリティの考え方
ゼロトラスト・モデル
ユーザー・デバイスの信頼性・リスクを常時チェック
社内か社外を問わず共通ポリシーで一元的に認証
社内ネットワークの通信の中身も常時チェック
境界防衛モデルとゼロトラスト・モデル
境界防衛モデル
クラウド
サービス
信頼できるネットワークがある
安全な社内ネットワークに
入ることを重視する
ネットワークの出入口
ファイヤーウォール
社外=悪
社内=善
クラウド
サービス
信頼を確認
ID認証サービス
信頼できるネットワークがない
全てのリソース(デバイス・ユーザー・ファイル等)
を安全に利用するコトを重視する
インターネット インターネット
社内か社外
を区別せず
これからのセキュリティの考え方
ゼロトラスト・モデル
従来のセキュリティの考え方
社内か社外
を区別する
セキュリティの考え方の変化・ゼロトラストモデル
これからのセキュリティの考え方
ゼロトラスト・モデル
ユーザー認証
ゼロトラスト
アクセス
ログ解析・対策
の自動化
エンドポイント
セキュリティ
リソース使用者を明らかにし間違えなく
本人であることを特定
社内と社外の経路を意識しない
アクセスを実現
継続的に通信ログを解析
対策を自動生成して配布
エンドポイント(末端のデバイス)の
リスクと信頼性を常にチェック
社
内
・
社
外
を
区
別
し
な
い
ユーザーに意識させない
ユーザーに負担を掛けない
ローカルブレイクアウト - マイクロセグメンテーションの効率化
ネットワーク・セキュリティからエンドポイント・セキュリティへ
エンドポイントごとに異なるポリシーを運用できるようにして、生産性を維持し、さらに高めるために
エンドポイント単位(ユーザー・アカウント単位ではない)で制御するセキュリティ対策が有効
ゼロトラストによる安全なシステム設計
アプリケーション、
ユーザー、デバイス データ・ファイル・計算能力
サブジェクト リソース
認証・承認できない
不確かなアクセス
認証・承認された
アクセス
認証・承認されたサブジェクトが要求した
リソースのみにアクセスできる状態を作る
ゼロトラスト・アーキテクチャーの7原則
情報システムやサービスに於いて
正確なアクセス許可を行う際の不
確かさを低減・排除するために設
計された概念やアイデアの集合体
疑わしさを受け入れつつも
できるだけ不確かさを排除
「ゼロ・トラスト」の考え方 リスクはゼロにはならない
1. 全データ・計算資源をリソースとして識別
2. ネットワークの場所に関係なく全ての通信の安全を確保
3. 個々のリソース・アクセスはセッション単位
4. リソースのアクセスは動的ポリシーにて決定
5. 全ての所有機器見・アプリの安全状態を常に監視・測定
6. アクセスを許可する前に動的・厳格に認証・認可
7. 機器・インフラ・通信状態の情報収集と安全面での改善
ゼロトラスト・アーキテクチャーの7原則
認証基盤
129
識別
Identification
認証
Authentication
認可
Authorization
説明責任
Accountability
R ------
W ------
X ------
識別:ユーザーを識別できるようにそれぞれに固有のユーザーアカウント(ID)を割り当てる。
例えば社員番号やメールアドレスなど。
認証:そのユーザーが本人であることを確認する。一般的な運用では、そのユーザーしか知りえ
ないパスワードによる認証が中心。
認可:そのユーザーの属性に応じてアクセスできる範囲を確認する。たとえば、人事部のみアク
セスできるファイルやフォルダーには人事部ユーザーだけがアクセスできるようにする。
認証基盤
認証基盤
130
説明責任
ローカルシステム
IDを統合することでローカルとクラウドを両方を管理できる
外部の把握だけではなく、既存のシステムからも同様に情報を
取得する必要があり、これも統合基盤に加える。クラウドサー
ビスを利用して、情報を管理し、それを社内の情報管理システ
ムと統合していくことが重要
ユーザーに意識させない・負担をかけないセキュリティ
Security Orchestration Automation Response
SOAR セキュリティ製品間の連携 手動 → 自動 自動調査&対処
自動化
いつでも/どこでも 安心・安全にITの利便性を享受
ユーザーに
意識させない・負担をかけない
サイバーセキュリティ対策の構造
132
情報保護:情報資産・システム資産を守る
安心・安全が保証された業務プロセスを作る・維持する
説明責任:あらゆる行動を説明する
個人のIDに紐付けられた全ての行動を記録する
認 可
認 証
識 別
マルウェア・ウイルス 不正侵入 システム破壊
従業員に負担をかけず、安全・安心に業務ができる環境を提供する
セキュリティに関わる事故や不正の責任から従業員を解放する
業績向上
効率よく効果的に
業務を遂行し
事業の成果に貢献する
的確な経営判断
経営状況が正確
かつタイムリーに
報告・見える化される
手段
手段
目的
脆
弱
性
対
策
認
証
管
理
対
策
事業継続:事業を止めない/被害を限定する
パスワード認証のリスク
133
ID/パスワードによる認証:
利用している本人が本人であることを証明するための仕組み
ID/パスワードを搾取 ファイヤ
ウォール
社内
ネットワーク
VPN
1. 複雑なパスワードを使う
 文字数を長くする。
 文字の種類を増やす。英字(大文字、小文
字)、数字、特殊文字を組み合わせる。
2. 定期的に変更する
 3カ月に一度変更する。
3. 一度使ったパスワードは使わない
 過去3回までに使ったパスワードは使えない。
 一度使ったパスワードは二度と使えない。
「複雑なパスワード」と「定期的なパスワード変更」は意味がない
ID/パスワードが簡単にる
人間の記憶力に依存しまた再利用が可能なため
 一人当たり平均27個のオンラインアカウントを保持
している
 それぞれのアカウントのパスワードを複雑化し、全
てのアカウントに紐づいているパスワードを違うも
ので設定し、覚えておくということができない。
 毎日アクセスするために、「覚えやすい簡単なパス
ワードにする」「同じパスワードを使い回す」「メ
モを書いておく」
ID/パスワード・VPN・
ファイヤウォールが役立たない
本人認証の方法
知識認証
What you know?
所持認証
What you have?
生体認証
What you are?
ID/パスワード など
ICカード
ワンタイムパスワード用トークン
携帯電話(デバイス)認証 など
指紋認証
顔認証
静脈パターン認証
虹彩認証
声紋認証
網膜認証 など
認証方式 方法例 組合せの例
1234
暗証番号
銀行カード
静脈認証
クラウド・サービス
シングル・サインオン(SSO)システム 1/2
ID
PW
ID
PW
ID
PW
ID
PW
ID
PW
ID
PW
 ユーザーIDとパスワードが増加。利用ログはクラウド・サービスに依存し、管理者が掌握できない。
 認証の強度がクラウド側に依存し、多要素認証などの導入に制限がある。
 利用場所や端末を制限する機能もクラウド側に依存し、柔軟な制御が行えない。
シングル・サインオン(SSO)システム 2/2
クラウド・サービス
SSO
システム
サインオン サインオン
サインオン
フェデレーション(認証連携)
 サインオンは1種類だけ。全ての利用サービスについてのログが収集・掌握できる。
 SSOシステムへの認証を強化すればクラウドサービスの認証も強化でき、多要素認証などの導入も容易。
 SSOシステムにアクセス可能な範囲がクラウドサービスが利用可能な範囲となり、場所や端末による制限が柔軟にできる。
FIDO2による認証プロセス
137
サービスを使いたいので
デバイス(PCやスマホ)などを登録したいと通知
チャレンジ
12We5fqE08
5xO7QpWz9
チャレンジを送る(ユーザー専用受付番号のような役割)
秘密鍵 公開鍵
チャレンジ
12We5fqE08
5xO7QpWz9
秘密鍵で電子署名
チャレンジ
12We5fqE08
5xO7QpWz9
公開鍵 署名を検証
秘密鍵で署名された
チャレンジを送る
公開鍵を登録
チャレンジ
12We5fqE08
5xO7QpWz9
サービスを使いたいので、ログインしたいと通知
チャレンジを送る(ユーザー専用受付番号のような役割)
チャレンジ
12We5fqE08
5xO7QpWz9
秘密鍵で電子署名
チャレンジ
12We5fqE08
5xO7QpWz9
秘密鍵で署名されたチャレンジを送る
公開鍵で検証
ログイン
【FIDO認証期の登録】
【サービスの利用】
FIDO2とSSO
138
FIDO2認証デバイス 認証サーバー クラウド・サービス
Azure ADなど
リスク軽減
パスワードの盗用という不正な手口が利用できなくなり、また生体情報などで本人確認の厳密化を行う
ため、リスクが軽減する。
コスト削減
「パスワードを覚える」「パスワードを複雑化する」「パスワードを絶えず変更する」「パスワード忘
れによる新しいパスワードの設定」などが不要となる。パスワードレスになれば、人がかける時間を削
減、漏洩による損害がなくなる。
ユーザーエクスペリエンス向上
「普段利用している端末ブラウザーでパスワードを保存しているため、他のPC端末やスマートフォンか
らサービスにアクセスしようと思ってもパスワードが思い出せない」「サービスごとに文字種別や桁数
の規則が違うため、何のサービスにどのパスワードを設定しているかすぐに忘れてしまう」「定期的な
変更で違うパスワードを設定したのはいいが、それを思い出せない」などがなくなり、利便性が向上し、
業務の生産性も向上する。
ゼロ・トラスト・ネットワーク 境界型セキュリティの限界
139
内部の脅威に対して弱い 外部サービスの活用が困難
生産性改善に制約
使用可能
サービス
少数限定
インターネット
直接アクセス
は原則禁止
オフィス 開発室
文書
管理
ソースコード
管理
インターネット
直接アクセス
は禁止
出し入れ
台帳管理
使用可能
サービス
少数限定
インターネット
直接アクセス
は原則禁止
ベンダー
専用端末
低スペック
or VDI端末
専用端末
低スペック
or VDI端末
物理的分離・隔離、人的負担を前提としたセキュリティ・モデル
特定ベンダーに限定
ゼロ・トラスト・ネットワーク セキュリティと生産性の両立
140
働く人の自由を担保 クラウド利用の制約を排除
セキュリティを担保しながら高い生産性を維持
オフィス 自由な場所 ベンダー
自分の端末
高スペック
使いたい機種
全てを検査・人的負担なく動的認証・認可を前提としたセキュリティ・モデル
文書
管理
ソースコード
管理
自分の端末
高スペック
使いたい機種
多彩なクラウド・サービスを利用
内部の脅威に対応 働きやすいところで開発 多様なベンダーと連携
IDに紐付けされた全トラフィックを検査・動的に認証認可
Microsoft 365Security Center での対応
141
標的型メール受信
未知のマルウェア、フィッシング
PC への
侵入行為
ID の窃取
侵入範囲の拡大
偵察
情報への
不正アクセス
被害発覚
PC への侵入検知・隔離
Microsoft Defender ATP
標的型メールの検出と排除
Office 365 ATP
自動的な分類・保護・追跡
Azure Information Protection
メールからの保護
デバイスの保護 ID の保護 (オンプレミス)
ID の保護 (クラウド) 機密情報の保護(監視)
機密情報の保護
なりすまし検知・防止 (クラウド)
Azure Active Directory Premium
なりすまし検知・防止 (オンプレミス)
Azure ATP
未許可アプリ、不正な操作の監視
Cloud App Security
セキュリティ統合監視:Microsoft 365 Security Center
Microsoftのセキュリティ・プラットフォーム
Azure AD
Azure Sentinel
Azure Sentinel : SIEM(Security Information and Event Management)。Office 365 ATP、Windows Defender ATP、Azure AD、Azure ATP、Microsoft
Cloud App Security、Azure Security Centerなどの脅威検知エンジンで収集したログ、サードパーティのセキュリティソリューションのログ、Deviceログ、Emailロ
グなどを1つに集め、ビルトインされた機械学習モデルやAIを使って脅威の検知を行う
Azure ADなどの様々なログから、機械学習モデル
やAIを使って脅威の検知を行う
ID およびアクセス管理サービス。様々なリソースへのサイ
ンインとアクセスを管理し、シングルサインオン環境を提供
Azure AD : ID およびアクセス管理サービスであり、リソースへのサインインとアクセスを支援。Microsoft Office 365、Azure portal、その他何千という SaaS アプ
リケーションなど、外部リソース。企業ネットワークとイントラネット上のアプリや、自分の組織で開発したクラウド アプリなどの内部リソース。
AD(オンサイト)
Microsoft
Defender ATP
(オンサイト)
Microsoft
Defender ATP
(モバイル) インターネット
クラウド・サービス
Microsoft Defender ATP(Advanced Threat Protection) : 企業のネットワークによる高度な脅威の防止、検出、調査、および応答を支援するために設計された
プラットフォーム。
フェデレーション(認証連携)
同期
セキュリティ対策対象の変化
143
LAN
ファイヤー
ウォール
LAN
ファイヤー
ウォール
インターネット
特定&少数の通信相手 特定・不特定&多数の通信相手
自社の所有するシステム資産を守ることにより
経営、業務、データ、個人を守ることができた
ユーザー認証や暗号化、セキュアなプログラムなどで
経営、業務、データ、個人を守らなくてはならない
複
雑
さ
と
範
囲
の
拡
大
経営とガバナンス
そもそも、私たちは何のために仕事をするのか?
145
自分で自分を評価し自己満足しているだけでは対価は手に入らない!
評価されるため
×
その対価はお金
誰に評価されれば仕事の対価を手に入れられるか?
評価の仕組み
146
承認された手順
指示
承認
参照
進捗を記入
進捗を確認
報連相 評価
経営者・管理者
従業員
何を評価するのか
147
 ルール通りに作業はできている。しかし・・・
 このやり方でビジネス・スピードに追従できているか?
 生産性は向上しているのか?
 だれかが「遅くまで仕事をする」ことで、効率の悪さが帳消しに
なっていないか?
 締め切りを遅らせる「コミュニケーション」が多すぎないか?
 無駄な会議、無駄なメールのやり取りなど・・・
 確かに「作業」はしている。しかし・・・
 評価の「指標」が明確になっているか?
 「目的」は何か
 その目的を達成するための「目標」は明確か
 「目標」達成にはどれだけのことをやらなければならないのか
 誰がやればどれくらいで終わらせることができるか
 全体の作業工数は明確になっているか
 「目的」は達成されたか?
目的の達成にはガバナンスが必要
148
目的
目標
プロセス
進捗
結果
ガバナンスができている
「目的」を達成するために
 全てが見えている
 改善・変更できる
 実行・停止を指示できる
評価は報告の連鎖、報告連鎖の仕組みが組織
149
ステークホルダー 経営者
管理職
従業員
業務
業務 報告
報告
報告
要望
把握
改善のサイクル
最終的な責任を経営者に委譲する仕組み
脆弱性対策
業務設計・実装(Development) 事故対応(Security)
運用・保守(Operations)
業務
ITサービス・システム
既存のリスク 新規リスク
補修・改善
復旧
封じ込め
原因究明
運用・保守
監視・検知
補修改善が終わるまでの対応
補修・改善
できるだけ上流(Development)で対策するのが効果的
DevSecOps:このプロセスを確実に実施して行くための取り組み
セキュリティ対策は何を評価するのか
151
セキュリティの評価
① 安全か
② 安心か
③ 効率や利便性は高まったか
④ ビジネスは成長したか
誰が評価するか
IT担当者
IT担当者
利用者
経営者
こんなことになってはいないだろうか?
152
 情報セキュリティ対策が効率や利便性の向上の障害に
なっていないか?
 ノートPCを購入した → 危ないので持ち出し禁止
 Office 365を契約した → 危ないので外部からの利用禁止
 当初の導入目的は何だったのか。それが満たされているか
 利用者に負担をかけない対策を行っているか?
 不審なメールは開かない → 開いた人の責任
 複雑なパスワードを定期変更する → パスワードをつけた人の責任
 IT利用によってビジネスは成長しているか?
 導入前と導入後で業績は変わらない
 期待していた効果が得られない
 業務効率は低下している
 突発的な損失が起こる可能性を想定しているか?
 セキュリティ事故や社内不正によって突発的な事故が起きた時の影響
について分からない、検討していない
 事故対応(インシデントレスポンス)の準備はしていない
セキュリティ対策の狙いと手段
153
 従業員の「判断」を最小化する
 創造性の高い業務とそうでない業務を明確に分ける
 創造性の必要ない業務における従業員の判断を最小化するため
に業務の効率化・自動化を行う
 従業員に創造性の高い業務をさせる
 業務改善のため、従業員保護のためにできること
 セキュリティの判断を従業員にさせない
 なにかあった時に従業員を護ることができるように「継続的な
監視(Continuous Monitoring)」を行う
 そのために「IDとログ(記録)の一元管理」が必要
認証基盤
154
識別
Identification
認証
Authentication
認可
Authorization
説明責任
Accountability
R ------
W ------
X ------
識別:ユーザーを識別できるようにそれぞれに固有のユーザーアカウント(ID)を割り当てる。
例えば社員番号やメールアドレスなど。
認証:そのユーザーが本人であることを確認する。一般的な運用では、そのユーザーしか知りえ
ないパスワードによる認証が中心。
認可:そのユーザーの属性に応じてアクセスできる範囲を確認する。たとえば、人事部のみアク
セスできるファイルやフォルダーには人事部ユーザーだけがアクセスできるようにする。
認証基盤
認証基盤
155
説明責任
ローカルシステム
IDを統合することでローカルとクラウドを両方を管理できる
外部の把握だけではなく、既存のシステムからも同様に情報を
取得する必要があり、これも統合基盤に加える。クラウドサー
ビスを利用して、情報を管理し、それを社内の情報管理システ
ムと統合していくことが重要
認証に関わる課題
156
 デバイス管理では穴だらけ
 デバイスが圧倒的に増えているため、利用周期が短くなってい
るためにデバイス管理ではリスクマネジメントが難しくなって
きた
 ユーザモニタリングを行うことで責任を明確に
 誰がなにをしたのかを正しく判断することで、従業員も会社も
護ることができる
 共通基盤を作れば、責任をインフラ側に客観視してもらうこと
ができ、責任をより明確化できる
シングルサインオンとフェデレーション
157
 急速なクラウド普及により、セキュリティ
対策 および利便性向上の両面において、
改めてシングルサインオンの需要が急増。
 認証連携(フェデレーション)を利用する
ことで パブリック・クラウドへもセキュア
なアクセス/シングルサインオンを実現。
サイバー・セキュリティ対策の目的
158
 どのような「心配事」があるかをリストアップする。
 「リスク需要レベル」を明確にし、関係者と合意する。
 重要度・緊急度を明確にして優先順位を決め対策する。
ITを最大限に活用するための最小限のセキュリティ
ITを活用する上での心配事を解消し業務の効率や利便性を高めること
サイバー・セキュリティの目的は「情報資産の保護」ではない。
リスクを適正に管理し業務の効率や利便性を高めること。
 機密性:情報を盗まれないようにすること。
 完全性:情報をデタラメな内容に書き換えられないようにすること。
 可用性:システムを停止・破壊され業務継続を妨げられないようにすること。
安心・安全に、便利に効率よく仕事ができるようにする取り組み
 問題を回避する対策:USBメモリー使用禁止
 目的を達成する対策:安心・安全なファイル共有・交換サービスを提供
ファイルを受け渡したい
サイバー・セキュリティ対策の範囲
159
1.攻撃を食い止める
不正な行為や攻撃の狙い目となる情
報システムの弱点(脆弱性)を無く
す対策
脅威 脆弱性
2.被害を拡大させない 3.事故を繰り返さない
説明
仮に攻撃がすり抜けても、直ちに検
知し関係者に周知できる仕組みや体
制を構築する対策
被害状況を関係者に告知するととも
に善後策をとれるルールや法的対応、
組織体制を整備する対策
ITを最大限に活用するための最小限のセキュリティ
ITを活用する上での心配事を解消し業務の効率や利便性を高めること
技術的対策 業務的対策
教育・意識改革
CDN
ISP ISP ISP ISP
インターネットの構造
海底ケーブル
バックボーン バックボーン
ラストマイル
CDN(Contents Delivery Network)
ISP ISP ISP ISP
海底ケーブル
バックボーン
Cache Cache Cache
バックボーン
ラストマイル
CDNの活用
コンテンツ配信の高速化
DDoS攻撃への対抗
エッジコンピューティング
動画やソフトウェアアップデート、ゲーム
などを高速に配信
高頻度のアクセスによってサーバーを麻
痺させるDDoS攻撃に大容量の回線で対
抗
世界中に配置した拠点を活用し、手軽に
処理の分散が可能
物理的距離・Hopの削減による高いレス
ポンス(低遅延)
拠点の処理能力を向上させて新たな用
途に対応(ブロックチェーン)
海底ケーブルマップ
垂直統合システム
統合システムの分類
166
CPU
NW
機能
CPU
NW
機能
CPU
NW
機能
サーバー
サーバー
ネットワーク
ストレージ(SAN/NAS)
アプリケーション開発用ソフト
ウェア、データベース、テスト
ツールや統合ツール、業務アプ
リケーションなど
⇒ インフラストラクチャーをソフト
ウェアに最適化
用途を限定せず 用途を限定せず
インテグレーテッド
プラットフォーム
(アプライアンス)
インテグレーテッド
インフラストラクチャー
(コンバージド・システム)
ハイパーコンバージド
インフラストラクチャー
(ハイパーコンバージド・システム)
インテグレーテッド・システム
(コンバージド・システム)
 Oracle Exadata Database Machine
 PureData System for Analytics(旧Netezza)
 各社Firewall・セキュリティアプライアンス
 Oracle Exalogic Elastic Cloud
 Vblock Infrastructire Package
 HP CloudSystem Matrix
 Nuwtanix NXシリーズ
 VCE VxRail
 HP Hyper Converged System
IDCの定義による分類(一般的な分類)
ネットワーク
ストレージ(SAN/NAS)
コンバージド・システムとハイパーコンバージド・システム
167
Converged System
(Integrated Infrastructure)
Hyper-Converged System
(Hyper-Converged Infrastructure)
サーバー
ネットワーク
ストレージ(SAN/NAS)
CPU
NW
機能
CPU
NW
機能
CPU
NW
機能
追加
拡張
スケール
アウト
コンポーネントが多く管理が大変
スケールアップの限界
ストレージの複雑化
 ハードや仮想化ソフトなどの複雑な設計
 複雑な運用管理、管理者間の分散
 性能拡張の限界
 ネットワークのボトルネック
 ボリューム、LUN、ファイルシステム単位
 サーバーはVMや仮想デスク単位で管理
独立サーバを
複数連結し
簡単・無制限に
拡張できる
従来システムとハイパーコンバージド・システムとの違い
168
サーバー+仮想化
ネットワーク・スイッチ
ストレージ(SAN/NAS)
サーバー ネットワーク・スイッチ ストレージ
サーバー機能 ネットワーク機能 ストレージ機能
運用管理 構成管理
仮想化
物理機器
従来までのシステム ハイパーコンバージド・システム
個別に構成・運用管理・拡張 一括して構成・運用管理・拡張
 ハードや仮想化ソフトなどの複雑な設計
 複雑な運用管理、管理者間の分散
 個々に対応が必要なため性能拡張が難しい
 ハードや仮想化ソフトなどが予め統合
 一括・一元的に運用管理
 スケールアウトで性能拡張・自動で構成
複数連結し簡単・無制限に拡張できる
2Uサイズの筐体
システム機能を
一体・集約化
ハイパーコンバージド・システムのメリット
169
簡単・迅速にセットアップ
 サーバやストレージを個別に組み上げ
る必要がない
 セットアップはソフトウェアで簡単・
自動
 統合された管理画面からサーバとスト
レージを統合・一元的に管理
ユニット追加でスケールアウト
 拡張に伴う構築や設定作業はソフト
ウェアにより自動化
 内部ストレージを仮想ストレージ
(仮想SAN)として使用することで、
容量・性能を柔軟に拡張。
 煩雑な初期サイジングは不要
物理スペースの削減
従来システム
 仮想SANを利用することで、スト
レージ専用機は不要
CPU/メモリ
重視型モデル
ストレージ
重視型モデル
ハイパーコンバージド・システムの拡張
170
CPU/メモリ
ストレージ容量
ハイパーコンバージドの仕組みと特徴
CPU
NW
機能
CPU
NW
機能
CPU
NW
機能
ネットワーク
 共有ストレージを使わずローカルストレージを使う
 SDS機能により共有ストレージとして使う
 システム導入や設定、追加・拡張はソフトウェアで自動化
SDS: Software-Defined Storage
 導入や運用管理の容易さから中小規模ユーザーのインフラ
 容易にスケールアウトで拡張できることからVDI
 パブリック・クラウド移行の過渡期的用途としてインフラ
仮想システム
SAN
ストレージ・エリア・ネットワーク
ネットワーク
ネットワーク
 ネットワークスイッチが別途必要(Cisco製品は統合)
 インフラの仕組みが異なるためアプリケーション性能や運用方法の確認、見直しが必要
 拡張の柔軟性に制約あり
考慮すべき点
仮想
サーバー
仮想
サーバー
仮想
サーバー
サイロ型システム 外部ストレージ共有システム 仮想ストレージ共有システム
ハイパーコンバージドの仕組みと特徴
仮想化ハイパーバイザー
仮想
サーバー
仮想
サーバー
ストレージ
コントロール
システム
・・・
ストレージ
仮想化ハイパーバイザー
仮想
サーバー
仮想
サーバー
ストレージ
コントロール
システム
・・・
ストレージ
仮想化ハイパーバイザー
仮想
サーバー
仮想
サーバー
ストレージ
コントロール
システム
・・・
ストレージ
ローカルストレージに書き込むデータを同時にネットワーク経由でほかの
複数のサーバーのストレージにも書き込むことで、
障害の回避、仮想サーバーの移動にも柔軟に対応
ストレージ仮想化技術の進化
ハードウェアの価格低下と性能向上
特にフラッシュストレージ
TCO削減
導入/拡張作業・運用管理・ラックスペース・消費電力
システム構成
の
シンプル化
 迅速導入
 運用管理の効率化
 スモールスタート
 拡張性
適用範囲が拡大
コンバージド・システムとハイパーコンバージド・システム
173
Converged System Hyper-Converged System
 メーカーのお墨付き構成
 迅速な実装
 カスタマイズはできない
 高い拡張性
 簡単に導入
 構成や運用の自動化
NXシリーズ
Evo RAIL
VxRACK
VSPEX BLUE
HyperFlex System
Hyper-Converged System
 高い拡張性
 簡単に導入
 構成や運用の自動化
NXシリーズ
Evo:RAIL
VxRACK
VSPEX BLUE
HyperFlex System
コンバージド・システムとハイパーコンバージド・システム
標準化されたモジュール
サーバー、ネットワーク、ストレージで1単位のモジュール構成
全てをソフトウエアで設定・構成
システム全体の構成をソフトウエアの設定で行える
自己修復
障害の検知、切り分け、分散処理で自動的に修復
データとサービスを分散
データの管理とアプリケーション・サービスを分散処理
APIと自動化
アプリケーションや管理ツールと連携して運用や調達を自動化
ITインフラの変革で変わる
新しい常識
ITで変わるこれからのワークスタイル
ネットワーク
(インターネット)
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176
自宅 カフェ オフィス
Web
会議
電子
ワークフロー
オフィス
ファイル
共有
従来のワークスタイル 新しいワークスタイル
外出先
ITで変わる働き方
177
Web会議室
営業支援
システム
議事録
~~~~~~~
~~~~~~~
~~~~~~~
決算情報
時事ニュース
新製品情報
取引履歴
提案事例
人工知能
仕事の効率と品質を高め
人間の創造性や人間同士の対話に時間を使えるようにする
場所や時間、道具の難しさに制約されない働き方
コンピューターをつなげる
178
Job#2
Job#1
コンピュータ
ネットワーク
ネットワーク
(インターネット)
1950〜1960年代
1970〜1990年代
1990年代後半〜
人をつなげる
179
共有による
告知
1 to N
メッセンジャー
電子メール
掲示板
ブログ
ライブラリー
ソーシャル
メディア
共感による
拡散
N to N
ルーチンワーク
大量・繰り返しの自動化
ワークフロー
業務の流れを電子化
コラボレーション
協働作業
カリキュレーション
大規模計算
オペレーション コミュニケーション
Facebook
Twitter
グループウェア
送付による
伝達
1 to 1
常識が変わるPCの使い方
180
インターネット
データ
文書作成 表計算
プレゼン ・・・ ブラウザ
画面表示・入出力操作
通信
画面表示・入出力操作
通信
オフィス・アプリ
データ
文書作成 表計算
プレゼン ・・・
オフィス・アプリ
クラウドサービス
文書作成 表計算
プレゼン ・・・
一般的なPC クライアントPC
ブラウザ
データベース
データベースとは?
データベースとは?
「データベース(Database)」の語源
1950年頃アメリカ国防省において、複数に点在する資料保管場所を一箇所に集約し、
そこに行けば全てのデータを得ることが出来るように効率化を図る目的で誕生した。資
料が一箇所に集約された場所を、情報(Data)の基地(Base)と呼び、これが今日のデータ
ベースの語源とされている。
データベース管理システム (DBMS)
紙からデジタルへ
デジタルデータのメリット
データモデルの定義 同時アクセス 検索・更新
デジタルデータの業務活用
=複数のユーザーやシステムでデータを利用・処理
データの一貫性を保証 アクセス制御 対障害性
高速処理 検索 再利用・複製
デジタルデータベースのデータ構造
ツリー構造
(1960年代~)
ネットワーク構造
(1960年代~)
リレーショナル構造
(1970年代~)
木構造
データ構造に制限
木構造を拡張 表構造
開発生産性が低い
柔軟なデータ構造
開発生産性が低い
非常に柔軟なデータ
構造
開発生産性が高い
一定のリソースが必
要
SQL言語の整備
リソースをそれほど
必要としない
リソースをそれほど
必要としない
大規模データの高速
処理
CODASYL規格
HTML
XML
1980年
代以降
主流に
リレーショナル・データベースの系譜
1961年 IMS(Information Management System)/IBM
階層型データベース。NASAのアポロ計画で、最終製品を構成するBOM(Bill of
Materials)を管理
1970年 Edgar F. Codd(IBMの研究者)が論文を発表
A Relational Model of Data for Large Shared Data Banks(大規模共有デー
タバンク用データのリレーショナル・モデル)
1973年 Michael StonebrakerらがIngresの開発に着手
後にPostgreSQL前身、Postgresを開発者(PostgreS=Post+Ingres)
1983年 IBMがDB2をリリース
1979年 Lawrence J. EllisonがOracleをリリース
1984年 Robert EpsteinらがSybaseを設立
Ingressの開発に参加したひとり
1987年 SybaseがSQL Serverをリリース
1980年 Informix設立
2001年IBMが買収
1979年 Teradata設立
1989年 MicrosoftがSQL Serverをリリース
1988年から1993年までIngresがマイクロソフト社と技術提携
1989年 カリフォルニア大学がPostgresをリリース
1997年 PostgreSQLへ改名
1995年 MySQL ABがMySQLをリリース
2008年サンマイクロ → 2010年オラクルに買収
リレーショナル・データベースの革新性
187
SELECT 社員名 FROM 社員 WHERE 年齢 < 30;
使いやすいデータ構造
テーブル
使いやすいユーザー・インターフェイス
SQL
 データを格納する方法が直観的にイメージしやす
い。こうした二次元表によるデータ管理は、
Excelなどのソフトが登場する前から一般的な方
法だったため、RDBが登場した当時の人々にとっ
ても受け入れやすいものだった。
 「データの位置」という概念を一切排除した。あ
るデータが何行目であるとか何列目であるという
アドレスやポインタといった扱いの難しい位置表
現を使わなくてもデータを操作できる。
 SQLは英語に似せた構文を持っているため、特に英
語を母国語とする人々にとっては、日常言語でデー
タを操作できるような感覚を持つ。
 ループを排除し、記述の難しさやトラブルを無くす
よう工夫されている。データのアドレスをポインタ
や配列の添え字で操作したり、ループ処理を記述す
ることにともなうバグを引き起こしやすいといった
弊害を無くすように考えられている。
リレーショナル・データベースの限界
188
性能と信頼性のトレードオフ データモデルの限界
グラフ構造 非循環グラフ構造
グラフ構造データの扱いが苦手
非構造化データの扱いが苦手
ドキュメント
スケールアウトが難しい
データを一元管理し、厳密なトランザクション管理
をするためにストレージを共有する構成を取る必要
があり、ストレージがシングル・ボトルネックポイ
ントになってしまうから。
SQLの柔軟性
SQLの表現力が強力で柔軟であるため、かえって複
雑な処理を実行できてしまうこと。特に結合やサブ
クエリといった複雑な処理を大規模なデータに実行
することで大規模なスローダウンを引き起こすこと
がある。
近年、データは増大の一途をたどり、 開発さ
れた当初には想定していなかったデータ量を扱
うには、処理速度が原理的な限界に達している。
増えるRDBMS「以外の」データベース
RDBMS
何でもできる優等生
正確性が求められるミッションクリティカルから住所録まで対応
定型データに強い
最初に厳密な設計が必要
オーバーヘッドが大きい
分散処理しづらい
NoSQL
万能では無いが、特定用途に強い
得意なことはめちゃくちゃ得意
非定型データを扱える
分散処理に向く
ビッグデータ
非定型データ
分散処理
KVS
DocumentDB
GraphDB
カラム型/列指向 RDBMS
DWHに蓄積した大量のデータをBI
ツールなどで解析しやすいように
高速に読み出す
多様化するデータベース
RDBMS
NoSQL
クラウド
DB
IaaS
Cassandra, HBASE, redis, memCached, mongoDB, Couchbase/CouchDB, Neo4j,
Oracle NoSQL
マ
ネ
ー
ジ
ド
Amazon Azure Google
商用
Oracle, DB2, SQL Server
OSS
MySQL, Postgres, MariaDB
IBM
RDBMS RDS SQL Database Cloud SQL DB2
Aurora Compose
NoSQL DynamoDB DocumentDB Cloud Datastore Cloudant
Table Storage Cloud Bigtable Graph
BigData Redshift SQL DataWarehouse BigQuery DashDB
オンプレミスDBをIaaS上でサポート
サーバーレス AWS Lambda
Azure Functions
Azure Service Fabric
Google App Engine
Google Cloud Functions
RDBMSの
ACID特性と高速化
リレーショナルデータベース (RDBMS)
社員番号 氏名 住所コード 通勤手段
S001 大越 章司 J101 鉄道
S002 斎藤 昌義 J302 鉄道
S003 山田 太郎 J201 バス
S004 山本 次郎 J401 鉄道
住所コード 乗車駅 通勤手当
J101 柏 38,000
J201 浅草 12,000
J302 国立 34,000
J401 横浜 43,000
社員通勤表 通勤手当表
テーブル (リレーション)
社員番号 氏名 通勤手当
S001 大越 章司 38,000
S002 斎藤 昌義 34,000
S004 山本 次郎 43,000
鉄道通勤者の通勤手当表
関連づけ(リレーションシップ)
IBMのエドガー・F・コッドが1969年に発表したデータ関係モ
デルについての論文が元になっている
扱うデータは正規化された定型
データ
複数のテーブルを関連付けする
ことができる
テーブルを横断してデータを検
索したり操作できる
複数のテーブルから見たい列と行を取り出して新たな
テーブルを作成(クエリー)
RDBMSが追求してきたACID特性
ACID
Atomicity 処理を一部残すなど、中途半端な状態を許さない
Consistency データの整合性を保証
Isolation 一連の処理を他の処理から隔離
Durability 処理が完了した時点で結果は保存され失われない
複数のユーザが同時に同一のデータを参照・更新した場合でも、矛盾なく正常に処
理をこなすことができる
どの時点でもデータは絶対に正しいことを保証
→金融取引などの「トランザクション」処理に必須
データを常に正しく保つ データを失わない 障害に耐える
ACIDを実現するための機能の例 (1)
データベース
表(テーブル)
データベース
表(テーブル)
DBMS
排他制御(ロック)
一つのプロセス/トランザクションがある
データの更新を行っている間、処理が完
了するまで他のプロセス/トランザクション
はそのデータにアクセスすることはできな
いようにする仕組み。
→処理のオーバーヘッドとなる
データベース言語
問い合わせ言語
SQL
Xquery等
ACIDを実現するための機能の例 (2)
トランザクションロ
グ データベース
ロールバック=トランザクションが正常に終了しなかった場合に元に戻す
ロールフォワード=データベースが破損した場合にログを元に再構築する
トランザクション
(一連のデータベース操作)
正常終了
異常終了
COMMIT
ROLLBACK
障害からの復旧のためにログを残すことが必要
=さらなるオーバーヘッドを産む
DBMS高速化への要求と取り組み
トランザクションの増加
データ量の増加 (ビッグデータ)
単体能力の強化
(Scale Up)
集計・分析処理の
高速化
分散処理
(Scale Out)
列指向
RDBMS
クラスタ
Shared Nothing
Sharding
I/O分散
キャッシング
インメモリ
コンピュータシステムの処理能力を上げる方法
コンピューター単体の能力を強化する
(プロセッサの強化、メモリ、I/O)
ハードウェアにコストがかかる
性能強化には限界がある
クラスタによる分散処理
(効率が高いが高価)
安価なマシンを大量に使う分散処理
(効率は劣るが拡張性が高く低コスト)
SCALE UP
SCALE OUT
RDBMSは SCALE OUTしにくい
RDBMSの高速化手法と問題点
データの分割/同期が必要
単体能力の向上
ストレージ共有
クラスタ
分散システム
シェアドナッシング
オーバーヘッドが少ない 用途を限定 (Webなど)
最大数百台程度まで
ハードウェアコストが高い
最大でも数十台程度まで
トランザクションに向かない
I/Oがネックになる
スケールアップ スケールアウト
DB側の対応は必要無し
ハードウェアコストが高い
性能に上限がある
I/Oがネックになる
デメリットと課題
特徴とメリット
RDBMSの特徴
正規化された定型データ
正確かつ安全
厳密な設計、柔軟な運用
フォーマットの揃った「お行儀の良い」データを取り扱うため、処理
の効率化や記憶容量の縮小を実現
ACIDによるデータの一貫性、可用性を保証
設計時にスキーマを使った厳密なモデルが必要だが、運用時の
データ操作は柔軟に行える
オーバーヘッドが大きい
スケールアウトしにくい
非定型データが苦手
ACIDを実現するために様々な処理が必
要
スケールアウトによる性能向上をしづら
い
ドキュメントや画像・音声などの取扱い
には一工夫必要
パフォーマンス
柔軟性
データ分析用に進化した
列指向 (カラム型) RDBMS
列指向(カラム指向/カラム型) RDBMS
カラム型
RDBMS
RDBMS+
カラム処理
SybaseIQ, Netezza, Verticaなど
SQL Server ColmunStore Index, Oracle 12c,
Oracle Exadata Hybrid Columnar
Compression, HANAなど
DWH向け
集計・分析処
理を高速に
実行
通常のRDBMSが取り扱う「行」単位ではなく、「列」単位で処理
顧客名 住所(県) 住所(市町村) 売上金額
「列」指向の特長
・蓄積したデータから特定の列を高速に読込む
・データの追加、削除、更新には向かない
・BI/DHW (OLAP) 向け
「行」指向(通常のRDBMS)の特長
・行毎にデータを追加、削除、更新
・ランダムアクセス、頻繁な更新に向く
・トランザクション処理 (OLTP) 向け
行
列
列指向RDBMSの得意分野 ~ 集計
顧客名 住所(県) 住所(市町村) 売上金額 顧客名 住所(県) 住所(市町村) 売上金額
売上金額の集計
行指向 列指向
1レコードずつ読み出して集計 売上金額の列のみを読み出して集計
列指向RDBMSの得意分野 ~ 分析
顧客名 住所(県) 住所(市町村) 売上金額 顧客名 住所(県) 住所(市町村) 売上金額
顧客の都道府県分布の分析
行指向 列指向
1レコードずつ読み出して集計 都道府県の列のみを読み出して集計
データの圧縮率を上げられる
列指向RDBMSの不得意分野 ~ 挿入
顧客名 住所(県) 住所(市町村) 売上金額 顧客名 住所(県) 住所(市町村) 売上金額
顧客レコードを挿入
行指向 列指向
レコードの挿入が容易 各列にレコードを挿入
NoSQL
新たな要求
検索
EC/Webサービス
SNS/オンラインゲーム
IoT/M2M
機械学習
大量デー
タ・高速・多
頻度・リアル
タイム
正規化され
ていない多
様な非定型
データ
サービスの
進化によっ
て変わる
データ構造
パフォーマンス
これまでとは桁違いの処理能力
スケーラビリティ
大規模分散処理
フレキシビリティ
非定型(非構造化)データへの対応
スキーマレスの柔軟な設計
まったく新しい
DBMSが必要
NoSQL (Not only SQL = SQL だけじゃない)
SQLを使わない (RDBMS では無い) データベース
RDBMSとKey Value Store (KVS)
RDBMS KVS
データ形式 テーブル キー+バリュー (値)
データ構造 正規化・構造化データ 構造化/非構造化データ
設計の柔軟性 事前にスキーマを定義 スキーマレス (変更が容易)
処理の柔軟性 複雑な検索や集計が可能 シンプルな操作のみ
データの整合性確保 ◎ (ACID) △ (BASE)
分散処理 △ ◎
トランザクション処理 ◎ △
SQLサポート ◎ △
RDBMS KVS
ACIDからBASEへ
BASE
Basically Available 「基本的に」利用可能
Soft-state 状態の厳密性を追求しない
Eventually consistent 最終的に一貫性が保たれれば良い
厳密な一貫性やデータの即時反映などをあきらめる代わりに、
スケーラビリティや柔軟性を得ることができる
ACID
Atomicity 処理を一部残すなど、中途半端な状態を許さない
Consistency データの整合性を保証
Isolation 一連の処理を他の処理から隔離
Durability 処理が完了した時点で結果は保存され失われない
絶対確実
概ね確実
CAP定理 = 分散システムではACIDを達成できない
ワイドカラムストア型
Amazon DynamoDB Apache Cassandra
Amazonが提供するフ
ルマネージドのNoSQL
サービス
DynamoDBをベースに
Facebookが開発し、
オープンソースとして
公開
大規模にスケールアウト可能。ノードを増やすとリニアに性能を向上させることができる。
データの一貫性を保証
Google BigTable Apache HBase
Googleが開発した拡張
KVS
Googleの論文を元に
Javaで実装し直した
オープンソース
結果整合性
(遅延とのトレードオフで一貫性レベルを設定可能)
可用性は保証されない
(3つのノードにレプリカを作成)
可用性を保証
柔軟なデータモデル (スキーマレス)
様々なNoSQL
キーバリュー型
(KVS)
ワイドカラム
ストア型
(列指向)
ドキュメント型 グラフ型
Riak
Redis
Google BigTable
Apache Hbase
Amazon DynamoDB
Apache Cassandra
Couchbase
MongoDB
Neo4j
キー (Key) と値 (Value)
のみのシンプルなデー
タ構造
KVSを拡張して複数の
バリューを持たせたも
の
KVSよりも柔軟で複雑
なデータ構造に対応で
きる
グラフ理論にデータ同
士の関係をグラフとし
て表す
「元祖」NoSQL KVS以外でもキーとバリューを使うDBは多く、広い意味では全てKVSとも言える
Key Value
001 山田太郎
002 中村一郎
Key Value
001 山田太郎
002
管理部
中村一郎
財務部
係長
氏名
所属
氏名
所属
役職
管理部
財務部
顔写真
係長
顔写真
中村一郎
山田太郎
Document 1 Document 2
ドキュメント指向データベース
ドキュメントA ドキュメントB ドキュメントC
JSON/BSON、XMLなどを
使い、Webサービスと相
性が良い
スキーマレス
データ構造が柔軟
後から変更可能
様々なデータをそのまま
の形で扱える
Webサービスと連携 データ構造が柔軟
非定型データに対応
ドキュメント指向データベース
MongoDB
BSON (JSONのバイナリ版) ド
キュメントを格納
大規模にスケールアウト可能
ノードを増やすとリニアに性能を向上させることができる
高可用性
Cauchbase
KVSのValueとしてJSONドキュ
メントを格納
SQLライクなクエリ言語を備え、開発生
産性が高い
Webサービスで標準的に使われているJSON形式のデータをそのまま取り込める
柔軟なデータモデル (スキーマレス) で、後からの変更も容易なため、
Webサービスやアジャイル型開発と相性が良い
ドキュメント型データベース
http://japan.zdnet.com/article/35061825/
ドキュメント型データベース
MongoDB
BSON (JSONのバイナリ版) ド
キュメントを格納
大規模にスケールアウト可能。ノードを増やすとリニアに性能を向上させることが
できる
高可用性
Cauchbase
KVSのValueとしてJSONドキュ
メントを格納
SQLライクなクエリ言語を備え、開発生
産性が高い
Webサービスで標準的に使われているJSON形式のデータをそのまま取り込める
柔軟なデータモデル (スキーマレス) で、後からの変更も容易なため、
Webサービスやアジャイル型開発と相性が良い
グラフ型データベース
関係性を表現する
データモデル
ノード
リレーション
プロパティ
ノード
プロパティ
ノード
プロパティ
ノード
プロパティ
ノード
プロパティ
ノード
プロパティ
リレーション
SNS
ノード間の関係だけで無く、
ノードに属性(名前や役割
など)を持たせ、リレーショ
ンにも属性や方向性を持
たせることができる
ネットワーク管理 最適ルート探索
電力グリッド管理 組織図/アクセス権 ペイメントグラフ
Neo4j, Giraph
Oracle Spatial and Graph
実際のシステムは適材適所で
ECショップ
商品検索 = KVS
決済処理 = RDBMS
金融取引・決済
RDBMS
ワイドカラム
グラフ
検索・SNS
ドキュメント
文書管理
クラウドデータベース
クラウドデータベース (マネージド/DBaaS)
Amazon Azure Google IBM
Graph Graph
BigData Redshift SQL DataWarehouse BigQuery DashDB
Document DynamoDB DocumentDB
KVS DynamoDB Table Storage Cloud Datastore Cloudant
Cloud Bigtable
RDBMS RDS SQL Database Cloud SQL DB2
Aurora
Cache ElastiCache Redis Cache
* Amazon RDSはAurora, MySQL, MariaDB, Postgres, Oracle, SQL Serverをサポート
大規模分散処理
MapReduceとHadoop
MapReduce
Map Reduce
巨大なデータセットに対して分散並列処
理を行うソフトウェアフレームワーク
アルゴリズムとしては逐次処理に比べて非効率ではあるが、ノー
ドが十分多数であれば効果がある
逐次処理では不可能な大規模データ(ペタバイト級)を高速に扱
える
一部のサーバやストレージに不具合があってもリカバリが可能
Mapステップ
マスターノードが入力データを受け取り、それをより細かい単位に
分割し、複数のワーカーノードに配置する。
受け取ったワーカーノードが、更に細かい単位に分割し、他の複
数のワーカーノードに配置するという、より深い階層構造の分割
を行うこともある。そして、各ワーカーノードは、その細かい単位の
データを処理し、処理結果を、マスターノードへと返す。
Reduceステップ
処理の後、マスターノードが、Mapステップでの処理結果を集約し、
目的としていた処理に対する答え(結果)を得る。
Google
BigTable
(分散KVS)
MapReduce
(大規模バッチ処理)
Googleの論文を元にYahoo!のエンジニアがJavaで実装
GoogleのBigTableとMapReduce
HBase Hadoop
Java
GFS (分散ファイルシステム)
HDFS
Hadoop
非構造化
テキスト 動画 音声
ビッグデータ
ビッグデータ
の分割処理
(MAP処理)
演算結果
の集約処理
(REDUCE処理)
コンピューター1 計算処理
コンピューター2 計算処理
コンピューター3 計算処理
コンピューターn 計算処理
知見(インテリジェンス)やノウハウ
アドバイス、ガイド、制御、最適化などのために使用
・
多数のコンピューターによる並列分散処理
半構造化
XML
構造化
JSON 業務データ GPS センサー
文書
NoSQLデータベース 関係データベース
HDFS(分散ファイルシステム)
Hadoop Distributed File System
MapReduce
アナリティクスなどのアプリケーション
Hadoop2
YARN (Yet Another Resource
Negotiator) 層を追加
ジョブスケジューリングとリソース管
理を行う
MapReduce以外の分散処理アプリ
ケーションをサポート
Hadoopの業務データ・バッチ処理への適用
CPU
使い切れない
ディスク装置
メモリー
バッチデータ
単一PCサーバー
& RDBMS
単一I/Oパス&単一
CPUノードでは処理
の多重度も限界
CPU
使い切れる
ディスク装置
メモリー
CPU
使い切れる
ディスク装置
メモリー
CPU
使い切れる
ディスク装置
メモリー
複数PCサーバー
& Hadoop
処理ノードを分散、I/Oパスも分
散することでI/Oボトルネックを
解消
CPU
使い切れる
ディスク装置
メモリー
チャネル
サブシステム
I/O専用プロセッサー
メインフレーム
& RDBMS
複数I/Oパス
&I/O専用プ
ロセッサーを
持つことで
I/Oボトル
ネックを回避
し高い多重
度を実現
BigQueryとCloud Dataflow
高度にスケーラブル
地球規模でレプリカ
BigTable MapReduce
GFS
Spanner
FlumeJava
MillWheel
GFS
BigQuery Cloud Dataflow
SQLライクな関数
超並列クエリ
並列パイプライン処理
大規模ストリーム処理
関数型プログラミング
バッチとストリーム
The Apache Software Foundation
オープンソースソフトウェアのプロジェクトを
対象に、ハードウェアやコミュニケーション
手段などのビジネスインフラを提供
特定の拠点を持たないバーチャル
な組織
WebサーバーのApacheを作った
グループが設立
Hadoop、Sparkを始め、300以上の
オープンソースプロジェクトを管理
Apache Spark
インメモリ型大規模分散処理
高スループットかつ
低レイテンシ
リアルタイムの
繰り返し処理に強み
Apache Spark
BI/機械学習を始め
様々な分野で活用
高スループットだが、
レイテンシ(遅延)も高い
リアルタイムの
繰り返し処理に向かない
バッチ処理向け
Hadoop (MapReduce)
大規模分散バッチ処理
捕捉資料
RDBMSの課題とNoSQL
構造化データの取扱いに向く
シンプルなデータ構造で効率的な処理が可能
柔軟なDB構造と高い汎用性
標準化された問合せ言語 (SQL)
文書、画像、音声、動画などの非構造化
データの取り扱いに向かない
トランザクション処理に向く (ACID)
テーブル結合や整合性の確保など、処理
のオーバーヘッドが大きい
大規模な分散処理に向かない
メリット
新しいDB = NoSQL
デメリット
構造化データと非構造化データ
非構造化
データ
半構造化
データ
構造化
データ
構造やサイズの決まっているデータ
見積書・納品書・在庫管理
顧客リスト・部品リスト など
構造・サイズが概ね決まっているデータ
営業日報・ブログ・SNS など
構造・サイズが決まっていないデータ
企画書・提案書・Webサイト
ビデオ・画像・音声 など
ファイル
サーバー
グループ
ウェア
RDBMS
RDBMSは構造化データの処理に向い
ている
現実世界では非構造化データが大半
を占める
今後Web/SNS/モバイル/IoTの普及で
データ量が爆発的に増える
大量の非構造化データを効率的に処理する必要
RDBMSではない
新しいDBMSが必要
NoSQL DBの起源
プログラム
データストア
プログラム
データ
プログラム
データベース
データストア NoSQL DB DBMS
他プログラム
ブリュワーのCAP定理 *CAP定理は特定の条件下でのみ成立するという議論も有り
A
C P
C+A
一貫性と可用性を選択するとネット
ワークの分断に対応できない(しづら
い)。
A+P
可用性とネットワーク分断耐性を選
択すると、一貫性が(一時的に)失わ
れる。
C+P
一貫性とネットワーク分断耐
性を選択すると、可用性が
(一時的に)失われる。
Availability
可用性:クライアントが、 常にサービスにアクセス (読
込みも、書込みも) できることを保証
Consistency
一貫性:データ更新したら続いてアクセスする
全クライアントが必ず更新されたデータを取得
できることを保証
Partition Tolerance
ネットワーク分断耐性:ノード (物理・仮想サー
バ) がひとつ壊れたとしてもシステム全体が問
題なく動作し続けることを保証
分散システムにおいては、
CAPのうち同時に2つの要件しか満
たすことができない
トレードオフ
RDBMS NoSQL
ブリュワーのCAP定理
分散システムにおけるデータの複製においては、C (Consistency), A (Availability), P
(Partition Tolerance) のうち、同時に2つの要件しか満たすことができない
分散DBシステムにおいて、ノード間の接続が失われた場合にもDBが動作し続けることを望む場合
(Partition Tolerance) データの一貫性と可用性のどちらかをあきらめなければならない
一貫性が一時的に失われることを許容
「いいね!」がすぐに反映されないなど
- Eventually Consistent -
可用性が一時的に失われることを許容
サービスが一時的に使えないことがあるなど
- Basically Available -
Pを諦める (分散させない) 場合 には、データの一貫性と可用性を同時に達成でき
る
- ACID (RDBMS) -
何を重視するか?
A+Pの例
Facebook Cassandra
Amazon Dynamo など
一貫性が一時的に失われる
「いいね!」がすぐに反映されないなど
- Eventually Consistent -
C+Pの例
Google BigTable
Hadoop Hbaseなど
可用性が失われる場合がある
サービスが一時的に使えないことがあるなど
- Basically Available -
C+Aを重視する例
Oracle
MySQLなど
ネットワークの分断に弱い
整合性を保つ仕組みが必要
- ACID -
Contents1
Contents2
Contents3
Contents1
Contents2
Contents3
Google BigTable
数千台~数万大規模の
分散処理が可能
(安価なIAサーバーを利用)
機能はミニマム
サーバーの冗長化によ
る高い可用性
(同時に3台以上のサーバーに
データを保持)
無制限のスケーラビリ
ティ
(データが増えてもレスポンスが遅
くならない)
Value
Contents1 Anchor1A Anchor1B
Contents2 Anchor2A Anchor2B
Contents3 Anchor3A Anchor3B
URL2
URL3
Key
URL1
キーに基づく行のCRUD
(追加・取得・更新・削除)
ACIDを保証
キーに基づくスキャン
キーの前方一致検索もしくは範囲指定検索に
より、複数の行を一括取得
BigTableのデータモデル (例)
http://static.googleusercontent.com/media/research.google.com/ja//archive/bigtable-osdi06.pdf を参考に再構成
アプリケーションの設計・実装が困難
プログラマに負担
「それ以外」のデータが急増
リレーショナルデータベースでは
効率的に扱えない領域
リレーショナル
データベース
RDBMSの課題とNoSQL
構造化データの取扱いに向く
シンプルなデータ構造で効率的な処理が可能
柔軟なDB構造と高い汎用性
標準化された問合せ言語 (SQL)
文書、画像、音声、動画などの非構造化
データの取り扱いに向かない
トランザクション処理に向く (ACID)
テーブル結合や整合性の確保など、処理
のオーバーヘッドが大きい
大規模な分散処理に向かない
メリット
新しいDB = NoSQL
デメリット
現実のビジネスや業務で発生するデータは不定型
Copyright © 2012 CyberTech Corporation. All rights reserved.
RDBMS ~情報の一部分を抜き出して高速処理~
Copyright © 2012 CyberTech Corporation. All rights reserved.
必要な部分を正規化
・トランザクション処理
・演算処理
表に入れるのに都合の良いデータ
お行儀の良いデータ=正規化可能なデータ=構造化データ
RDBMSで扱いづらいデータ
Copyright © 2012 CyberTech Corporation. All rights reserved.
基幹系(定型データ)
・会計
・生産管理
情報系(不定型データ)
・ドキュメント
・ナレッジ
・コンテンツ情報
Not Only SQL = NoSQL
キーバリュー
型
Key Value Store (KVS)
キー (Key) と値 (Value) の単純な組み合わせ
機能はミニマム
大規模データの分散処理に向く
ソート済み
カラム指向
KVSのValueを列方向に拡張
KVSよりも複雑なデータを持つことができる
非構造化データも取扱い可能
大規模データの分散処理に向く
ドキュメント
指向
木構造のデータに向く
RDBMSで必須のスキーマが必要無い
データ構造が柔軟で、追加・変更が簡単
非構造化データに向く
分散処理しやすい
Dynamo
Riak
Redis
Cassandra
HBase
MongoDB
CouchDB
XMLDB
データベース高速化へのニーズの高まり
242
これまでとは桁違いのデータ量
非構造化データへの対応
RDBMSの高速化 新しいデータベース
インメモリ NoSQL (Not Only SQL)
カラム型RDBMS
SSD
I/O強化 ドキュメントDB
KVS
トランザクションの増加・高速化
データ解析ニーズの増大 (BI)
ストレージの最新動向
Data Lake
非構造化データ/オブジェクトストア
データ量の爆発的増大
244
ETL
解析に必要なデータ
を選別・抽出
DWH
Data Warehouse
アナリティクス
BI
Business Intelligence
全てのデータを収集
業務アプリケーション Webアプリケーション IoTアプリケーション
AI
Artificial Intelligence
Data Lake(Big Data)を解析し
規則や構造、関係性を探索
HDD
(磁気ディクス)
SSD
(NAND フラッシュ・メモリ)
メモリ
(DRAM)
HDD
(磁気ディクス)
メモリーとストレージの階層構造
245
SSD
(NAND フラッシュ・メモリ)
SSD
(3D Xpointなど)
高速キッシュ・メモリ
(SRAM)
メモリ
(DRAM)
高速キッシュ・メモリ
(SRAM)
HDD
(磁気ディクス)
SSD
(NAND フラッシュ・メモリ)
SSD
(3D Xpointなど)
SSD
(MRAMなど)
メモリ
(DRAM)
高速キッシュ・メモリ
(SRAM)
プロセッサー プロセッサー プロセッサー
SCM
Storage
Class
Memory
過去 現在 近未来
速い
小さい
遅い 大きい
速
度
速
度
SATA/SAS
PCIe
NVMe/NVMe-oF
ストレージ
データ転送
プロトコル
メモリーとストレージの関係
246
L1キャッシュ
L2キャッシュ
コア0
L1キャッシュ
L2キャッシュ
コア1
L1キャッシュ
L2キャッシュ
コア2
L1キャッシュ
L2キャッシュ
コアX
メモリー・コントローラー 入出力コントローラー
L3キャッシュ
CPU(Central Processing Unit)
SRAM
Static Random
Access Memory
メモリー
DIMM
Dual Inline Memory Module
ストレージ
SSD(Solid State Drive)
Storage Array
HDD(Hard Disk Drive)
Server-Side Flash Storage
Flash Storage Flash Storage Array
不揮発性
揮発性
揮発性
DRAM
Dynamic Random
Access Memory
速度:速
容量:小
単価:高
速度:遅
容量:大
単価:低
不揮発性
容量と速度の違い
247
容量
速度
SSD
HDD
Server-Side
Flash Storage
Flash Storage
DRAM
SRAM
(CPU内キャッシュ)
KB
MB
GB
TB
ナノ秒 マイクロ秒 ミリ秒
揮発性
← SATA/SAS →
← PCIe/NVMe →
ストレージ構成の変遷
248
DAS
Direct Attached
Storage
DAS
Direct Attached
Storage
SAN
NAS
Storage Area
Network
Network Attached
Storage
SDS
Software Defined Storage
大容量化と負荷分散のため
本体からストレージを分離
ハードディスクドライブの低価格化と安
価なハードディス クドライブを冗長化す
るRAID(Redundant Arrays of
Inexpensive Disk)技術により信頼性 が
向上、ディスクアレイはさらに低コスト
かつ大容量化
サーバーをストレージのコントローラ
として使用し、ソフトウェアだけで
ディスクアレイを実現
アーキテクチャーから見るストレージの違い
コントローラー
コントローラー
コントローラー
性
能
性
能
CTL CTL
CTL CTL CTL CTL
CTL CTL CTL CTL CTL
スケールアップ・アーキテクチャ スケールアウト・アーキテクチャ
CTL
249
容量 容量
CTL CTL CTL CTL CTL CTL
共有メモリー
サーバー・アクセス
密結合型スケールアウトアーキテクチャー
「基礎から学べる!最新ストレージ技術と選択ガイド」を参考に作成 http://itpro.nikkeibp.co.jp/atclact/active/14/100700086/
コントローラー性能が
ボトルネック
アーキテクチャーから見るストレージの違い
250
要件/方式 スケールアップ
スケールアウト
密結合型 疎結合型
拡張方式 ディスクドライブの増設
ノード単位の増設(*1)
容量と性能が同時に拡
張可能
ノード単位の増設
容量と性能が同時に拡
張可能
性能上限 コントローラ性能が上限 ノード数の上限 ノード数の上限
性能特性
レスポンスタイムが短い
ランダムI/Oに強い
レスポンスタイムが短
い
ランダムI/Oに強い
レスポンスタイムが長
い
シーケンシャルI/Oに強
い
コントローラー
障害時影響
50%の性能低下
1/Nの性能低下
(N=コントローラ
数)
1/Nの性能低下
(N=ノード数)
容量規模
中規模(目安:数百テラバイ
ト)
大規模の対応が可能 大規模の対応が可能
適用シーン
データベース、仮想環境、
ファイルサーバー、グループ
ウェアなど多目的での利用が
可能
ミッションクリティカ
ル基幹業務
大規模ファイルサー
バー、デジタルメディ
アコンテンツ保管、ビ
デオサーベランスなど
「基礎から学べる!最新ストレージ技術と選択ガイド」を参考に作成 http://itpro.nikkeibp.co.jp/atclact/active/14/100700086/
サーバー・ベースド・ストレージ
251
専用
ストレージ
デバイス
論理
ストレージ
デバイス
汎用サーバーのストレージを束ねて
ひとつの共有ストレージとして扱う
ストレージ・アレイなどの専用デバイスで
共有ストレージを実現する
専用デバイスによる共有ストレージ サーバーベースド・ストレージ
高価だが高速 安価で低速だが拡張性が高い
「基礎から学べる!最新ストレージ技術と選択ガイド」を参考に作成 http://itpro.nikkeibp.co.jp/atclact/active/14/100700086/
アクセス方式の違いから見るストレージ
252
ブロック・ストレージ ファイル・ストレージ
ファイル単位
オブジェクト・ストレージ
ID ID ID ID
ブロック単位 オブジェクト単位
ストレージの拡張性:〇
レスポンスタイム :◎
主な用途 :
 データベース
 仮想環境
 基幹業務システムなど
ストレージの拡張性:〇
レスポンスタイム :〇
主な用途 :
 ファイルサーバー(NAS)
 仮想環境
 データアーカイブなど
ストレージの拡張性:◎
レスポンスタイム :△
主な用途 :
 デジタルコンテンツ保存
 オンライン・ストレージ
 データアーカイブなど
NFS,CIFS,SMB
FC,FCoE,iSCSI HTTP/HTTPS
IPネットワーク
IPネットワーク
高速ネットワーク
(SANなど)
「基礎から学べる!最新ストレージ技術と選択ガイド」を参考に作成 http://itpro.nikkeibp.co.jp/atclact/active/14/100700086/
ブロック・ストレージ
アクセス方式の違いから見るストレージ
253
ファイル・システム
ブロック単位(4KB/8KB)で区分し、
ファイル・システムでファイルとブロッ
クを紐付け。
ローカル・ストレージと同様に高速でア
クセスできることを目的とする。
ファイル・ストレージ
 認証サーバー介し権限を確認
 プロトコルの違いを変換
ブロック・ストレージに比べオーバー
ヘッドが大きくアクセスに時間はかかる。
複数ユーザーとのファイル共有(NAS)
を目的に使われる。
253
オブジェクト・ストレージ
オブジェクトID
HTTP/HTTPSでオブジェ
クトをストレージへ送信
メタデータ
ノード追加により容易に容量を追加でき、
非常に拡張性が高い。階層構造がないた
め制限なく無数のコンテンツを保管する
ことができる。変更頻度が少ないデータ
や膨大なデータ保管に向いている。アー
カイブ(長期保存)には最適。
ファイル名
ファイルサイズ
作成日付
患者名
患者ID
診療科
主治医など
「基礎から学べる!最新ストレージ技術と選択ガイド」を参考に作成 http://itpro.nikkeibp.co.jp/atclact/active/14/100700086/
ストレージ性能の推移/1台当たりの容量
2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017
1980
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
5MB
容
量
倍
速
度
4
倍
14
アクセス性能
1.2倍
3600
rpm
15000
rpm
T byte
ストレージ・コストの推移
255
Seagate HDD Prices By Size
Backblaze Average Cost per Drive Size
https://www.backblaze.com/blog/hard-drive-cost-per-gigabyte/
劇的な価格低下が進む
データ保有コスト
ストレージ容量を
意識することからの解法
CPUとストレージのパフォーマンス
2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
CPU性能×100倍
ストレージ性能×1.2倍
パ
フ
ォ
ー
マ
ン
ス
・
ギ
ャ
ッ
プ
両者のギャップを埋める手段として注目される
フラッシュ・ストレージ
ナノ秒
ミリ秒
物理マシン
仮想化の普及によるストレージ能力の限界
257
仮想
マシン
仮想
マシン
仮想
マシン
仮想
マシン
仮想
マシン
仮想
マシン
仮想
マシン
仮想
マシン
仮想
マシン
仮想
マシン
ハイパーバイザ
 物理マシン上で多数の仮想マシンが稼働しストレージはさらに複数の物理マシン間で共有ストレージとしてシェアされる。
 それぞれの仮想マシンがハイパーバイザ経由で共有ストレージに対して勝手にI/O要求を発行するので、共有ストレージに
対して、かなりランダム性の高いアクセスが集中してしまう。
 高度にランダム化されたアクセスは共有ストレージにとって大変な負荷になり、ストレージの性能限界によってシステム
全体の性能やサーバーの統合が制限されてしまう問題が頻繁に発生する。
仮想サーバーの数は物理サーバーの台数をはるかに上回る伸び率で増加している。
HDD
SATAやSASなどの
HDD用インターフェイス
速度の制約
フラッシュ・ストレージ/今後の展開とその分類
 大容量化の限界
 高速化の限界
 低消費電力化の限界
サーバーサイド・フラッシュ
(PCIeフラッシュ)
オールフラッシュ・ストレージ・アレ
ハイブリッド・ストレージ・アレイ
サーバー内のPCIe(PCI Express)ポートに直接接
続する、ボード型のフラッシュストレージ製品。
「ホストフラッシュ」と呼ばれることも。サーバー内
のPCIeポートに直接接続するので、他のサー
バーとの共用はできない。
ストレージアレイ内の記憶装置が、すべてフ
ラッシュメモリで構成されたフラッシュストレー
ジ製品。
ストレージアレイ内の記憶装置が、フラッシュメモ
リとHDDの混在状態で構成されたフラッシュスト
レージ製品。HDDと混在することでオールフラッ
シュアレイよりもデータ容量を増やせる。
フラッシュ・ストレージ
 長期・大容量保存
 高速IO性能
 HDD互換・PC
フラッシュ・ストレージ/性能比較と用途
SRAM
キャッシュ
DRAM
ミリ秒(10-3) マイクロ秒(10-6) ナノ秒(10-9)
3桁の違い
百IOPS
数万IOPS
数百万IOPS
メモリー速度に近いIO速度
 仮想化 (サーバーやデスクトップ)
 データ分析
 デーベース処理
ストレージアレイ(HDD/SSD/フラッシュストレージ)
260
CPU SSD
コントローラー
RAID
コントローラー
フラッシュ
メモリー
フラッシュ
メモリー
フラッシュ
メモリー
フラッシュ
メモリー
フラッシュ
メモリー
フラッシュ
メモリー
PCIe SAS
CPU HDD
コントローラー
RAID
コントローラー
HDD
HDD
HDD
HDD
HDD
HDD
PCIe SAS
HDD(Hard Disk Drive)
SSD(Solid State Drive)
CPU
フラッシュ
メモリー
専用
コントローラー
フラッシュ
メモリー
フラッシュ
メモリー
フラッシュ
メモリー
フラッシュ
メモリー
フラッシュ
メモリー
フラッシュ
メモリー
PCIe/NVMe
フラッシュストレージ
高
速
物理的スピードと電子的スピードの違い
HDD代替を前提とした設計か
フラッシュメモリーの性能に最適化された専用設計かの違い
SATA:Serial Advanced Technology Attachment
SAS:Serial Attached SCSI
PCIe:Peripheral Component Interconnect Express
NVMe:Non-Volatile Memory Express
フラッシュストレージの最新動向
261
フラッシュメモリーの高密度化 データ転送規格の高速化対応
セルサイズの縮小
 現状 15nmの物理限界に達している
セル当たりのビット密度向上
• 1ビット SLC/Single Level Cell
• 2ビット MLC/Multi Level Cell
• 3ビット TLC/Triple Level Cell
• 4ビット QLC/Quad Level Cell
 ビット数が増える事に書き換え可能数が減少
3次元積層化
 現在、64層の製品が登場している
HDDやテープ時代の規格を流用
 SATA(Serial Advanced Technology Attachment)
 SAS(Serial Small Computer System Interface)
高速ストレージに対応した規格
 NVMe(Non-Volatile Memory express)
• PCIe接続(PCIe baced NVMe)
• 光ファイバー接続(NVMe over Fabric)
3D XPoint Technology
 インテルとマイクロンによって発表された不揮発性メモリの技術。
 DRAMの凡そ半分の価格、NANDフラッシュに比較すれば4・5倍。
 NANDフラッシュと比較した場合、レイテンシは1/10、書き込み寿命は3倍、書き込み
速度は4倍、読み込み速度は3倍に改善され、消費電力は30%に軽減される。
NVMeとNVMe-oF
262
フラッシュメモリ
インラインでの重複排除/圧縮
NVRAM
Non-Volatile RAM
不揮発性ランダムアクセスメモリ
ASIC
Application Specific Integrated Circuit
特定用途向け集積回路
重複排除/圧縮
コンピュータ
OS
アプリケーション
コンピュータ
OS
アプリケーション
コンピュータ
OS
アプリケーション
スピードを犠牲にすることなく
論理的なよう両端かを下げる。
Intel Ruler フォームファクタ
264
1Uサイズに最大1PB収容可能
新しい「Ruler」フォームファクタは細長い外形を備え、伝統的な
ハードディスクドライブの時代から続いたレガシーな2.5インチや
3.5インチのフォームファクタからの移行するものだ。
このアドインカード型のフォームファクタは、PCIeカードスロット
を活用でき、不揮発性ストレージテクノロジーの提供について、形
状や大きさとからくる制限を取り除くことになる。
フラッシュストレージが注目される理由
 年率30%〜40%の容量単価
 信頼性・可用性の向上
(99.9999%=31秒停止/年)
*960GBのSSDが24000円を切る製品が登場(@25円/GB)
性能=10倍/運用管理コスト=1/3
 設置面積 5ラック(210U=42Ux5)→3U
 消費電力 大幅低減(機械稼働→半導体)
 発熱量・消費電力が少ないため高密度化が可能
I/Oボトルネックの解消
 バッチ処理時間の大幅低減
 ユーザー・レスポンスの改善(EC、オンライン・トレードなど)
 DBライセンスの削減(契約CPUコアをフル利用)
フラッシュ・ストレージ/ 普及の背景
大量アクセス+高速応答
 フラッシュの容量当たり単価が
高くHDDとの差がなかなか縮
まらなかった。
 フラッシュストレージの特性に
起因する信頼性が問題視された。
 HDDのIF(ATA,SATAなど)が普
及しフラッシュの特性を活かし
た仕組みの普及が阻害されてい
た。
 エラー訂正や障害対策の機能が
ソフトウェア、ファームウェア
で対応できるようになり、書き
換え回数上限や耐障害性の懸念
がほぼ払拭
 コンシューマー市場での普及に
より容量単価が大きく低下
 インラインによる重複排除/圧
縮の採用と性能の向上
高速
HDDの1000倍
高密度
設置面積
低消費電力
ソフトウェアとして提供される場合と
アプライアンスとして提供される場合
ハードディスクなどの不揮発性媒体である
二次記憶(ストレージ)にリアルタイムで
データの永続化を行わない
リセットや電源が切断されても
ログとスナップショットからデータを復元
インメモリー・データベース
DBMS
揮発性メモリー(DRAM)
スナップ
ショット
ログ
データ更新
定期的
セーフ
ポイント
SAP HANA, IBM solidDB
Oracle TimeTen, Altibase
・・・
DRAMなどの揮発性メモリーの
一次記憶(主記憶装置)に
データを保持・処理
データ
揮発性メモリー(DRAM)
DBMS
データ
In-Memory
デュアル・フォーマット・データベース
Database 12c
リアルタイム統合データベース
基幹業務(ERP)+分析業務(BI)
行単位で処理 列
単
位
で
処
理
行指向
データベース
(一般的なRDB)
列指向
データベース
(DWH)
業務トランザクション処理
OLTP
(Online Transaction Processing)
頻繁にデータを追加・更新
分析・レポーティング処理
OLAP
(Online Analytic Processing)
大量にデータを検索・集計
自動同期
データ
ストレージ
HTAPとは何か?
269
バッチ処理
日次・週次など
ETL
Extract/Transform/Load
業務系データベース
ERP、個別業務システム
分析系データベース
DWH、データマート
業務処理
販売管理、生産管理など
分析処理
販売予測、品質管理など
HTAPデータベース
業務処理・分析処理の統合
HTAP:Hybrid Transaction/Analytical Processing(エッチ・タップ)
「トランザクション処理と分析処理を同じインメモリデータベース上で処理する」という考えに基づく技術や製品
意志決定支援型:人間が素早く判断できるよう支援
インプロセス型:価格設定や生産調整などを人間が介在せず業務プロセスに反映※
業務処理の結果を
リアルタイム分析
不良製品が生まれる前に自動で調整をかける、金融の不正取引を見つけて中断する、与信判断の際に、明らかに問題
がないものはスルーして、人間の判断が必要なものだけを人間に振るなどを実現
※
不揮発性メモリ
低速
高速
超高速
メモリ階層
nsec以下
数十~数百nsec
数十μ~
数百μsec
CPU
DRAM
SSD
キャシュ
数nsec
3D Xpoint
1~10μsec
CPU
コンピュータの5大機能
制御装置
演算装置
記憶装置
入力装置 出力装置
プログラムやデータ
を格納
数値演算、論理演
算を実行
演算結果を外部へ
出力
プログラムやデータ、
人間からの指示を
入力
プログラムの読み
込みやデータの読
み書きを制御
ノイマン型 (プログラム内蔵型) のデジタルコンピュータでは、プログラムやデータを
記憶装置に格納して順次読み込みながら処理を行う
記憶装置の進化
CPU DRAM 磁気テープ/カード
CPU DRAM SSD/HDD
プログラム・データ
プログラム・データ
プログラム・データ
プログラム・データ
処理
処理
ファイル
外部記憶装置が不要に!?
CPU DRAM
CPU 不揮発性メインメモリ
プログラム・データ
プログラム・データ
プログラム・データ
処理
処理
SSD/HDD
3D Xpoint
高速化
パラダイムシフト
プログラミングが変わる
OSの役割が変わる
ファイルが無くなる?
5G (次世代移動体通信システム)
1G 2G 3G 4G 5G
音声 テキスト データ 動画
あらゆるモノがつながることを前提とした
社会課題の解決
通信・コミュニケーションの性能向上
移動体通信システムの歴史
1979~ 1993~ 2001~ 2012~
2020〜
9.6Kbps 28.8~384Kbps 2.4~14.4Mbps 0.1~1Gbps
10Gbps~
5Gのビジネスの適用領域
データ量超増大 × 即時性向上
1通信あたりのデータの嵩が増える
 リッチ化する:高精細や高音質になり臨場感、没入感
が増す
 多角化する:同時に取り扱える情報の選択肢が増える
1通信あたりのデータの種類が増える
 制御用の情報(センサーやカメラからの情報)が増え
る:自動○○が実現する
 参考可能な情報(ログ情報)が増える:パーソナライ
ズのパターンが増える、レコメンドの精度が向上する、
対象への理解が深まる
タイムラグがほぼ無くなる
 距離の制約が消える:各地に散らばる人たち同士で同
時に何かやる、今やった/起きたことをすぐに取り込
んですぐ活かす
社会(利便性)向上系
医療分野
 超高信頼低遅延通信の実現で移動中や遠隔地の高度診療が可能になり、
医療格差が解消される
農林水産分野
 超大量端末同時接続の実現で作物や家畜などの状況を把握するセン
サーと散水・薬剤散布や給餌を実施するロボットやドローンの制御が
可能になり、減少する従事人口を補える
土木建築分野
 超大量端末同時接続と超高信頼低遅延通信の実現によって遠隔制御が
可能になり、危険度が高い高所・鉱山・災害地などの現場での安全な
作業が確保でき、またドローンの活用による高精度測量などの精度が
向上する
生活分野
 自動運転と遠隔制御によって、細分化された公共交通が実現する
 センサー情報を駆使して状況を把握する店舗運営が可能になる
 遠隔授業や家庭教師の実現によって、学習格差が解消される
 大量センサーと自動判定AIによって、防災・防犯・減災力が向上
 VRオフィスとテレワークが実現する
コンテンツ向上系
スポーツの場合⇒体験が深くなる
 自動制御が可能になってカメラ台数を一気に増やせることで、多地
点・ドローンなどによる多角度撮影ができるようになる
 取得データの種類が増え分析できる情報が増えることで、選手のバイ
タルデータ・顧客のバイタルデータ・環境データが取得できるように
なる
 AIが発達することでデータの有効活用レベルが上がり、多角的な分析
結果を提示できるようになる
エンタメの場合⇒現実を超える仮想実現へ
 即時性が向上することで出演者の居場所を問わない制作環境を実現さ
せることや、同時多人数対応の参加型体験の提供ができるようになる
スポーツ&エンタメに共通
 1通信あたりの送信データの嵩が増え、高画質・高音質・8K360°リ
アルタイムな高臨場感映像が提供できるようになり、また視聴者に合
わせた多種多様な映像・情報を提供できるようになる
生活者データ・ドリブン・マーケテイィング通信より https://seikatsusha-ddm.com/article/10129/
5Gと他の通信方式
BlueTooth
RFID
NFC
Zigbee
LTE
WiFi
広域・遠距離
狭域・短距離
消
費
電
力
大
高
コ
ス
ト
高
速
低
速
低
コ
ス
ト
消
費
電
力
少
5G
LPWA
コレ1枚でわかる第5世代通信
279
1G
2G
3G
4G
高速・大容量データ通信
 10G~20Gbpsのピークレート
 どこでも100Mbps程度
大量端末の接続
 現在の100倍の端末数
 省電力性能
超低遅延・超高信頼性
 1m秒以下
 確実な通信の信頼性担保
5G
音声 テキスト データ 動画 IoT
多様なサービスへの適用を可能にする
 異なる要件のすべてを1つのネットワークで実現する。
 各要件をに応じてネットワークを仮想的に分離して提供する(ネットワーク・スライシング)。
1984年~
1994年~
2001年~
2010年~
2020年代~
第5世代通信のインパクト
280
5G
4G
3G
2G
1G
音声
テキスト
データ
動画
時空間
同時コミュニケーション
非同期コミュニケーション
高解像度動画/大量データを低遅延で共有
同時体験共有
5Gの普及段階
高速
eMBB
低遅延
URLLC
多接続
mMTC
高速
eMBB
低遅延
URLLC
多接続
mMTC
高速
eMBB
低遅延
URLLC
多接続
mMTC
4G(LTE)
4Gコアネットワーク
LTE
基地局
4Gコアネットワーク
LTE
基地局
NR
基地局
マクロセル
スモールセル
既存周波数帯 新しい周波数帯
NSA
NSA: Non-Standalone
5Gコアネットワーク
LTE
NR
基地局
既存周波数帯 新しい周波数帯
SA
SA: Standalone
マクロセル
スモールセル
NR
ユーザー情報
制御情報
ユーザー情報 ユーザー情報
制御情報
SA
LTE: Long Term Evolution
NR: New Radio
5G初期 5G普及期
2010〜 2020〜 2022〜
参考:5Gの社会実装に向けたロードマップ
282
5Gの3つの特徴
先送り
高速・大容量
大量端末接続 超低遅延・高信頼性
100万台/k㎡ 1ミリ秒
20Gビット/秒
1Gビット/秒
10万台/k㎡ 10ミリ秒
20
倍
5G
4G
URLLC:
Ultra-Reliable and
Low Latency Communications
mMTC:
massive Machine Type
Communications
eMBB:
enhanced Mobile Broadband
リアリティの再現
光ファイバーの代替/補完
高精細/高分解能な
デジタル・ツインの構築
時空間の同期
リアルタイム連携
5Gの3つの特性
284
 URLLC:Ultra-Reliable and Low Latency Communications/超低遅延・超高信頼性
 eMBB:enhanced Mobile Broadband/高速大容量通信 *標準化が先行
 mMTC:massive Machine Type Communications/大量端末接続
第5世代通信の適用例
285
高速・大容量データ通信
 10G~20Gbpsのピークレート
 どこでも100Mbps程度
大量端末の接続
 現在の100倍の端末数
 省電力性能
超低遅延・超高信頼性
 1m秒以下
 確実な通信の信頼性担保
5G
多様なサービスへの適用を可能にする
 異なる要件のすべてを1つのネットワークで実現する。
 各要件をに応じてネットワークを仮想的に分離して提供する(ネットワーク・スライシング)。
2020年代~
2時間の映画を
3秒でダウンロード
ロボット等の
精緻な遠隔操作を
リアルタイムで実現
自宅内の約100個のモノ
がネットに接続
(現行技術では数個)
現在の移動通信システムより
100倍速いブロードバンドサー
ビスを提供
利用者がタイムラグを意識
することなく、リアルタイ
ムに遠隔地のロボット等を
操作・制御
スマホ、PCをはじめ、身の
回りのあらゆる機器がネッ
トに接続
第5世代通信におけるネットワーク・スライス
286
高速・大容量データ通信 大量端末の接続 超低遅延・超高信頼性
5G
ネットワーク・スライシング
高効率
ネットワーク・スライス
低遅延
ネットワーク・スライス
高信頼
ネットワーク・スライス
セキュア
ネットワーク・スライス
企業別
ネットワーク・スライス
エネルギー
関連機器の
監視や制御
農業設備や
機器の監視
や制御
物流トレー
サビリティ
遠隔医療
各種設備機
器の監視と
制御
ゲーム
災害対応
自動車
TISや自動運転
公共交通
機関
医療
遠隔医療や
地域医療
自治体
行政サービス
金融
サービス
企業内
業務システム
各種クラウド
サービス
・・・
ローカル5G
287
5G:住宅街や駅・商業地域等の広域/通信事業者
ローカル5G:「自己の建物内」又は「自己の土地内」/その場所を利用する権利を持つ者
第5世代通信におけるネットワーク・スライス
288
高速・大容量データ通信 大量端末の接続 超低遅延・超高信頼性
5G
ネットワーク・スライシング
SIM
SIM
SIM
閉域網
閉域網
閉域網
SIM
SIM
SIM(subscriber identity moduleもしくはsubscriber identification module/SIMカード)とは、電話番号を特定するための固有のID番号が記録された、
携帯やスマートフォンが通信するために必要なICカードのこと。
5GによるIT/SIビジネスへの影響
5G
「つながる」を前提とした
新しいサービスの提供
ネットワーク構築や運用に関わる
ビジネスの再定義
ユーザー企業・事業部門が主導する内製化の拡大
クラウド・ネイティブの普及による
データセンタ事業とアプリ開発・運用事業の収縮
つながることが前提の社会やビジネス
アナリティクス
最適化・予測など
アプリケーション
機器制御・指示命令
情報提供等
データ
クラウド・サービス
回線とサービスの関係
専用回線
公衆回線
LTE/4G
CATV
インターネット
+
クラウド
サービス
CATV
独自サービス
専用回線
独自サービス
~2020
専用回線
5G
CATV
ローカル5G
専用回線
独自サービス
ローカル5G
インターネット
+
クラウド
サービス
CATV
独自サービス
2020~
これからのオフィス・インフラ
292
自宅 カフェ オフィス
仮想
データセンター
(NPOやコミュニ
ティ)
従来のオフィス・インフラ 新しいオフィス・インフラ
外出先
5Gネットワーク
仮想
データセンター
(所属する企業)
SaaS/PaaSなど
パーソナル・デスクトップ パーソナル
ストレージ
コーポレイト
ストレージ
クラウド・コンピューティング
クラウド・コンピューティング
SaaS
コミュニケーション
コラボレーション
SaaS/PaaSなど コーポレイト
ストレージ
ネットワーク
機器
LAN
インターネット/専用線
プログラム
プログラム
プログラム
オフィス
通信速度:10Gbps
遅延時間:5ms
信頼性:99.999%
周波数帯ごとの主な用途 (総務省:電波利用ホームページ)
電波使用状況 (総務省:電波利用ホームページ)
Celular方式とは
1~数km
電波の利用効率が低い
デバイスの出力には限りが有る
5Gの高速化手法
5G以外の通信規格
IEEE 802.11 ah

LiBRA 06.2021 /インフラとプラットフォーム