令和6年度 春期 応用情報技術者試験 午後 問5 IoTデータ収集基盤のネットワーク設計

IoT機器から収集される気象データの通信量を見積もる設問です。
問題文の条件に基づいて、1時間当たりの最大データ量を計算します。

1. 計算の前提
   全国のIoT機器の台数、1時間あたりのデータ送信回数、1回あたりのデータサイズを掛け合わせます。

2. 単位変換
   $1\text{kバイト} = 1,000\text{バイト}$
   $1\text{Mバイト} = 1,000\text{kバイト}$
   計算された合計バイト数を $1,000 \times 1,000 = 1,000,000$ で割ることで、Mバイト単位に変換します。

計算の結果、求める最大気象データ量は $300\text{Mバイト}$ となります。小数の場合は小数第1位を四捨五入して整数で求めます。

各選択肢の解説

本設問は数値解答式のため選択肢はありませんが、誤答となる主な原因として以下が挙げられます。

• 単位変換の誤り: $1,024$ で割ってしまう（本問では $1,000$ 指定）。
• 桁数の計算ミス: ゼロの数を間違えることによる桁ずれ。

IoT機器のデータ収集に適した通信プロトコルに関する知識を問う設問です。

IoT機器は、CPUやメモリなどのリソースが限られている場合が多く、また通信回線の帯域幅も狭い環境で利用されることがあります。そのため、一般的なWeb通信で用いられる HTTP よりも軽量で、オーバーヘッドの少ないプロトコルが求められます。

この用途で広く普及している代表的な通信プロトコルが MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) です。MQTT はパブリッシュ/サブスクライブ型のモデルを採用しており、IoT機器からのデータ収集に非常に適しています。

高得点のポイント

• IoT機器向けの軽量なプロトコルとして MQTT を正確に挙げられること。
• 略称として5字以内で正しく解答すること。

ファイアウォール (FW) の許可ルール設計において、適切な送信元IPアドレスを特定する設問です。

FWのルールは、「送信元」「宛先」「プロトコル/ポート番号」「動作（許可/拒否）」などの組み合わせで定義されます。表2の当該ルールは、データ収集APIなどにアクセスするための特定の通信フローを許可するものです。

通信の起点となる機器（IoT機器など）やネットワークのセグメントのIPアドレスが送信元となります。ネットワーク構成図やIPアドレスの割り当て表から、該当する送信元IPアドレスが $200.a.b.13$ であると特定できます。

高得点のポイント

• ネットワーク構成から、通信の送信元となる機器のIPアドレスを正しく特定できること。
• 表記ミスなく正確に記述すること。

ファイアウォール (FW) の許可ルール設計において、適切な宛先IPアドレスを特定する設問です。

当該通信フローの宛先となるサーバ（データ収集用サーバなど）のIPアドレスを記述します。ネットワーク構成や要件における宛先機器のIPアドレスを読み取ると、$200.c.d.101$ となります。

高得点のポイント

• 許可すべき通信の宛先となるサーバを正しく特定できること。
• 指定された機器のIPアドレスを過不足なく記述すること。

ファイアウォール (FW) の許可ルール設計において、適切なプロトコルとポート番号の組み合わせを特定する設問です。

対象となる通信は、クラウドサービスへのセキュアなアクセスであり、通常は HTTPS が用いられます。HTTPS通信をFWで許可する場合、トランスポート層のプロトコルは TCP、宛先ポート番号は $443$ となります。

したがって、FWのルール表の記述形式に合わせて TCP/443 と解答します。

高得点のポイント

• HTTPS通信におけるプロトコル（TCP）とポート番号（443）を正しく理解していること。
• 設問の表記ルール（プロトコル/ポート番号）に従って記述すること。

内部ネットワークからインターネット上の更新サーバに対して通信を行う際の、FWの許可ルールを特定する設問です。

データ分析用サーバなどがインターネットから更新ファイルを取得する場合、行き（リクエスト）の通信と戻り（レスポンス）の通信を考慮する必要があります。表2のルールのうち、この一連の通信フローを許可するための該当項番は 4 と 7 です。

高得点のポイント

• 双方向の通信フロー（または必要な通信要件）を正しく理解し、該当するルールを漏れなく特定できること。
• 該当する項番を全て解答すること。

ネットワーク構成の中で、処理遅延のボトルネックとなり得る構成要素を特定する設問です。

通信量が増加した場合、パケットのヘッダやペイロードを検査し、ルールの照合を行う機器は処理負荷が高くなりやすいです。図1のネットワーク構成要素において、アクセス制御やパケットフィルタリングを担っているのは FW（ファイアウォール）です。

FWはセキュリティを担保する重要な機器ですが、大量の通信が発生すると処理遅延を引き起こす原因となるため、性能要件の検討が不可欠です。

高得点のポイント

• 構成図からパケット検査を行う機器を正確に特定し、図中の名称である FW を過不足なく抜き出すこと。

処理遅延対策において、ネットワーク機器の性能指標となる用語を問う設問です。

通信機器が単位時間あたりに処理・転送できるデータ量を示す指標を スループット と呼びます。通信量（データ量）が増加したことによる遅延対策を検討する際は、FWなどの機器のスループット性能が要件を満たしているかを確認することが重要です。

各選択肢の解説

• ア コネクション数: 同時に確立・維持できるセッションの数であり、データ転送量の指標ではありません。
• イ スケーラビリティ: システムの拡張性を示す概念であり、具体的な性能指標値ではありません。
• ウ スループット: 単位時間あたりのデータ転送量を示す指標であり、正解です。
• エ フィルタリングルール数: FWに設定できるルールの最大数を示します。
• オ プロビジョニング: リソースを事前に割り当てて準備するプロセスを指します。
• カ ポート数: 機器に備わっている物理的な接続口の数を示します。

処理遅延対策において、ネットワーク機器の接続状態維持に関する性能指標を問う設問です。

多数のIoT機器から同時にデータ送信が行われると、FWなどのステートフルインスペクションを行う機器は、同時接続状態をメモリ上に維持する必要があります。この同時に維持できる接続の最大数を示す指標が コネクション数（またはセッション数）です。機器の最大コネクション数を超過すると、新たな通信が破棄され処理遅延や通信障害につながります。

各選択肢の解説

• ア コネクション数: 同時に確立・維持できるセッションの数であり、IoT機器からの同時接続増加のボトルネックとなる指標として正解です。
• イ スケーラビリティ: 拡張性を意味する概念であり、具体的な指標ではありません。
• ウ スループット: 単位時間あたりの転送データ量を示します。
• エ フィルタリングルール数: 設定可能なセキュリティルールの数を示します。
• オ プロビジョニング: リソースの提供・準備作業を指します。
• カ ポート数: 物理インターフェースの数を示します。

システムの通信量増加やアクセス集中に対する対策として、適切なネットワーク機器・機能を選択する設問です。

多数のクライアント（IoT機器など）からのリクエストを1台のサーバで処理すると、サーバの負荷が高まり処理遅延やダウンの原因となります。これを防ぐため、複数のサーバにリクエストを振り分け、負荷を分散させる装置が ロードバランサー（負荷分散装置）です。

各選択肢の解説

• ア IDS: 不正侵入検知システム (Intrusion Detection System) のことであり、不正アクセスの検知を目的としています。
• イ NAS: ネットワーク接続ストレージ (Network Attached Storage) のことであり、ファイル共有のためのストレージ機器です。
• ウ WAF: Webアプリケーションファイアウォール (Web Application Firewall) のことであり、Webアプリケーションの脆弱性を突く攻撃を防御する機器です。
• エ ロードバランサー: サーバへの通信負荷を分散させる機能であり、アクセス集中への対策として正解です。