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第20回J検2級　コンピュータシステム　問題4

問題4　次のVoIPに関する記述を読んで設問に答えよ。
　

　
　VoIP（Voice over Internet Protocol）とは，音声をIPパケットに格納して伝送する技術であり，現在，急速に普及が進んできているIP電話の基盤技術になっている。
　IP電話は，従来の電話の仕組みを，ルータを使ったIPネットワークにより実現しようとするものである。（図1参照）
　
　VoIPゲートウェイは，電話機とIPネットワークをつなぐ装置である。加入電話網における加入者交換局の交換機に該当し，呼制御，音声符号化やIPパケット化などの機能を持つ。
　IP電話による音声伝送の仕組みは次のようになる。
　
1． 　送信側のVoIPゲートウェイは，a電話機から入ってくるアナログ音声をディジタル符号化し，b符号化したデータをIPパケット化して，決められた時間間隔でIPネットワークへ送り出す。
2． 　IPネットワーク内のルータは，受信した音声データの入ったIPパケットのアドレス情報をもとに中継処理し，受信側のVoIPゲートウェイへパケットを送る。ルータは加入電話網における電話中継局の交換機に該当する。
3． 　受信側のVoIPゲートウェイは，送信側とは逆の手順で元の音声データを復元し電話機へ流す。
　
　VoIPで問題となるのは音声品質の劣化である。これは［　(1)　］型の通信サービスを提供するIPネットワークを利用することが原因のひとつである。等間隔で送出された音声のIPパケットがIPネットワーク上を流れていくときにネットワークの状況により，遅延時間（送信から受信までの時間）が長くなったり，ゆらぎ（遅延時間のばらつき）やパケット損失の発生などにより，受信側で音声が聞きとりづらくなるからである。したがって，音声品質を悪くしないようにコントロールすること（これをQOS制御という）が必要になる。
　
　QOS（Quality Of Service）とは，ネットワークの品質を定量的に表したものであり，その良いか悪いかの評価基準として，通信の帯域速度，パケットの遅延時間，ゆらぎの量，パケット損失率などの複数の項目値を使う。また，ネットワークを利用するアプリケーションの種類により，要求するQOS値（各種項目の値）は違ってくる。たとえば，［　(2)　］を利用した蓄積系メディアである電子メールは，帯域速度，遅延時間はあまり重要ではないが，パケット損失に対して厳しい要求がある。また，ストリーミング通信や双方向リアルタイム通信などの連続系メディアは，蓄積系メディアと比較して，相対的にパケット損失に対して要求はゆるく，遅延時間やゆらぎについては要求が厳しいが，アプリケーションの種類によりその値は違ってくる。同じ双方向リアルタイム通信でも，［　(3)　］はIP電話に比べて大きな帯域速度が必要になる。
　
　IPネットワークにおけるQOS制御はルータを中心に行う。通常，ルータはバースト的に入ってくるパケットを一時的に貯めておくために，キューと呼ばれるバッファを持つ。キューの構造は［　(4)　］であり，キューに貯まったパケットは入ってきた順番に出力されていくため，キューにある間，遅延が発生してしまう。また，ルータ上で輻輳(ふくそう)になった場合には，キューでパケットがあふれ，パケット損失が発生することもある。
　このキューをルータに複数持たせ，キューごとにパケットの送信制御をすることで，ルータでQOS制御が可能になる。
　VoIPの具体的なQOS制御の例を示す。（図2）
　

　
1． 　ルータは，優先度に応じたクラスごとにキューを持つ。
2． 　ルータの分類機構は，入ってきたパケットを分類・識別し，該当クラスのキューに格納する。
3． 　ルータのスケジューラ機構は，優先度の高いクラスのキューにあるパケットから出力していく。
　
　したがって，VoIPのパケットを優先度の高いクラスのキューに入れることで，VoIPのパケットの遅延時間とゆらぎを少なくできる。
　また，ルータは同様の目的で，入ってきたVoIP以外のパケット長の長いパケットを［　(5)　］化する場合もある。
　
　
＜設問1＞　記述中の［　　］に入れるべき適切な字句を解答群から選べ。
　
(1)の解答群
ア．コネクション イ．ギャランティ
ウ．ベストエフォート エ．ピアツーピア
　
(2)の解答群
ア．SMTP イ．HTTP
ウ．SNMP エ．FTP
　
(3)の解答群
ア．ファイル転送 イ．映像配信
ウ．音楽配信 エ．電子会議システム
　
(4)の解答群
ア．FIFO イ．LIFO
ウ．LRU エ．LFU
　
(5)の解答群
ア．カプセル イ．セグメント
ウ．フラグメント エ．ブロック
　
　
＜設問2＞　VoIPゲートウェイにおける音声符号化（下線部a）を説明する以下の文章中の［　　］に入れるべき適切な字句を解答群から選べ。
　
　VoIPゲートウェイは，PCMとCELPなどの符号化方式により音声をディジタル化する。
　
　PCMは，加入電話などにも使われている音声ディジタル化方式であり，ITU-T勧告G.711として国際標準になっている。G.711では，音声波形を8kHz（ヘルツ）でサンプリングし，サンプリング周期（0.125ms）ごとに8ビットへの符号化を行う。これにより音声信号が［　(6)　］kbpsで伝送される。
　
　CELPは，PCMとは違い音声波形をまとまった単位で取り込み，人の標準的な発声電気的モデル（音声波形パターン）を登録しているコードブックと比べ，一番近いパターンの符号に置き換える方式である。この方式は，音声データを圧縮するため，PCMより低い速度で伝送できる。たとえば，CELPを使った国際標準G.729では，8kHzでサンプリングし，10ms（80周期分）ごとに80ビット符号化を行っているため，伝送速度は［　(7)　］kbpsですむ。
　
(6)，(7)の解答群
ア．8 イ．16 ウ．32
エ．64 オ．128 カ．256
　
　
　
＜設問3＞　VoIPゲートウェイにおけるIPカプセル化（下線部b）を説明する以下の文章中の［　　］に入れるべき適切な字句を解答群から選べ。
　
　音声符号化したデータは，図3に示すとおり3段階のパケット化が行われる。
　

　
1． 　RTPパケット化
　RTP（Real-time Transport Protocol）は，リアルタイムに音声などを伝送するためのプロトコルである。符号化した音声データにRTPのヘッダを付けて下位層のUDPに渡す。 ［　(8)　］を考慮して，RTPパケットに格納する音声データは通常20バイト程度である。ヘッダには，パケットの順番を示すシーケンス番号や時間情報であるタイムスタンプ値を格納する。受信側のVoIPゲートウェイは，この情報を使い，音声データを復元する。
2． 　UDPパケット化
　RTPパケットにUDPのヘッダを付けてIPに渡す。ヘッダに，上位層のアプリケーションがVoIPを使っていることを識別するポート番号を格納する。
3． 　IPパケット化
　UDPパケットにIPのヘッダを付けてIPパケットを作る。ヘッダのなかに送信側／受信側を識別するIPアドレスを格納する。また，ヘッダのなかの［　(9)　］フィールドに，QOS制御に使うための優先度を書き込むこともある。
　
(8)の解答群
ア．伝送効率　　　　イ．パケット損失　　　　ウ．遅延時間
　
(9)の解答群
ア．TTL（Time To Live） イ．TOS（Type Of Service）
ウ．プロトコル エ．ヘッダチェックサム
　
　
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