フォワード誤り訂正方式に関するネットワークスペシャリスト試験

 了解です。

では、**フォワード誤り訂正方式（FEC: Forward Error Correction）**をテーマに、

従来のあなたのご希望通り 択一問題＋解答・解説＋穴埋め問題＋誤文訂正問題 の4点セットで

10問作成します。

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問題1

FECの主な目的はどれか。

A. データ送信速度の向上

B. 受信側で誤りを検出し、再送せずに訂正する

C. 通信回線の暗号化

D. パケットの順序制御

【正解】B

【解説】FECは送信時に冗長ビットを加え、受信側で誤り訂正を行うことで再送を不要にする技術。

【穴埋め】FECは受信側で ________ を行い、再送を不要にする。

→ 誤り訂正

【誤文訂正】FECは誤りを検出した場合、必ず再送要求を行う。

→ 正しくは再送せずに訂正する。

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問題2

FECで代表的な符号化方式はどれか。

A. ハミング符号

B. MD5

C. AES

D. SHA-256

【正解】A

【解説】FECではハミング符号、リード・ソロモン符号、畳み込み符号などがよく使われる。

【穴埋め】FECでは ________ 符号やリード・ソロモン符号が用いられる。

→ ハミング

【誤文訂正】FECでは主に暗号化アルゴリズムであるAESが使われる。

→ 正しくは誤り訂正符号が使われる。

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問題3

リード・ソロモン符号が特に有効な用途はどれか。

A. 音声ストリーミング

B. 光ディスクや衛星通信

C. 暗号通信

D. DNS名前解決

【正解】B

【解説】リード・ソロモン符号はバースト誤りに強く、CDやDVD、衛星通信で広く利用される。

【穴埋め】リード・ソロモン符号は ________ 誤りに強い。

→ バースト

【誤文訂正】リード・ソロモン符号は誤り検出のみ可能で、訂正はできない。

→ 正しくは検出も訂正も可能である。

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問題4

FECの欠点として正しいものはどれか。

A. 再送が必要になる

B. 冗長ビットによるデータ量増加

C. 暗号化の強度低下

D. 通信の順序が乱れる

【正解】B

【解説】FECは誤り訂正用の冗長ビットを付加するため、伝送データ量が増える。

【穴埋め】FECの欠点は ________ によるデータ量増加である。

→ 冗長ビット

【誤文訂正】FECはデータ量を削減できるため効率的である。

→ 正しくは冗長ビットが増える。

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問題5

畳み込み符号を用いるFEC方式で誤り訂正に用いられる復号法はどれか。

A. Viterbiアルゴリズム

B. RSAアルゴリズム

C. Diffie-Hellman鍵交換

D. SHA-1ハッシュ

【正解】A

【解説】畳み込み符号ではViterbiアルゴリズムが最適復号に用いられる。

【穴埋め】畳み込み符号の復号には ________ アルゴリズムが使われる。

→ Viterbi

【誤文訂正】畳み込み符号の復号にはAES暗号が用いられる。

→ 正しくはViterbiアルゴリズムが用いられる。

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問題6

FECが特に有効な通信環境はどれか。

A. 誤り率が高く再送が困難な回線

B. 誤り率が低い光ファイバ回線

C. LAN内の短距離通信

D. VPN通信

【正解】A

【解説】衛星通信や無線通信など、再送が難しい環境ではFECが有効。

【穴埋め】FECは再送が困難な ________ 通信で有効。

→ 無線・衛星

【誤文訂正】FECは誤りが全く発生しない通信環境で最も効果を発揮する。

→ 正しくは誤りが発生しやすい環境で有効。

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問題7

ハミング符号で1ビット誤りを訂正できる仕組みの要素はどれか。

A. パリティビット

B. CRC

C. 暗号鍵

D. ハッシュ値

【正解】A

【解説】ハミング符号は複数のパリティビットを利用して誤り位置を特定し訂正する。

【穴埋め】ハミング符号は ________ ビットを利用して誤り位置を特定する。

→ パリティ

【誤文訂正】ハミング符号は暗号鍵を使って誤りを訂正する。

→ 正しくはパリティビットを使う。

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問題8

ARQ方式とFEC方式の違いとして正しいものはどれか。

A. FECは再送を行うがARQは行わない

B. ARQは再送を行うがFECは行わない

C. 両者とも再送を行わない

D. 両者とも再送を行う

【正解】B

【解説】ARQは誤り検出後に再送を行い、FECは冗長情報で訂正する。

【穴埋め】ARQは再送を行い、FECは ________ で訂正する。

→ 冗長情報

【誤文訂正】FECは再送を行うが、ARQは行わない。

→ 正しくは逆である。

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問題9

FECの処理で誤り訂正に必要な冗長ビット数は何によって決まるか。

A. 使用する符号の種類と訂正能力

B. 暗号化方式

C. ネットワーク層のプロトコル

D. ポート番号

【正解】A

【解説】冗長ビット数は符号化方式や訂正可能な誤りビット数に依存する。

【穴埋め】FECの冗長ビット数は符号の種類と ________ に依存する。

→ 訂正能力

【誤文訂正】FECの冗長ビット数はTCPポート番号によって決まる。

→ 正しくは符号方式と訂正能力によって決まる。

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問題10

LDPC符号の特徴として正しいものはどれか。

A. 高い誤り訂正性能を持ち、デジタル放送などで利用される

B. 暗号化専用のアルゴリズムである

C. 低誤り率環境では性能が落ちる

D. 再送専用のプロトコルである

【正解】A

【解説】LDPC符号は低密度パリティ検査行列を用いる高性能FECで、放送や衛星通信で利用される。

【穴埋め】LDPC符号は ________ 放送や衛星通信で利用される。

→ デジタル

【誤文訂正】LDPC符号は暗号化アルゴリズムの一種である。

→ 正しくは誤り訂正符号である。

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この形式であれば、

ネットワークスペシャリスト試験午前Ⅱレベルの知識確認

穴埋めで暗記強化

誤文訂正で誤解防止

の3要素を兼ねられます。

次にこれを**午後Ⅰ形式の長文解析問題（パケットキャプチャ付き）**にも展開できますが、そうしますか？

了解です。

では、**フォワード誤り訂正方式（FEC）**をテーマに、

ネットワークスペシャリスト試験 午後Ⅰ形式の長文解析問題を作ります。

平成22年午後Ⅰ問3や衛星通信・ストリーミングの出題傾向を参考にしています。

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午後Ⅰ形式問題：FECの適用と効果解析

【設問文】

あなたは、国際衛星通信事業者のネットワークエンジニアである。

新規の映像配信サービスにおいて、FEC（Forward Error Correction）の導入効果を検証することになった。

今回の検証では、以下の条件と結果が得られている。

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【システム構成】

通信方式：衛星回線（遅延往復時間＝約550ms）

利用プロトコル：UDPベースの独自ストリーミングプロトコル

誤り特性：ランダム誤りとバースト誤りが混在

符号化方式：リード・ソロモン符号（RS(255,239)）

1ブロック255バイト中、239バイトがデータ、16バイトが冗長ビット

最大8バイトまでの誤り訂正が可能

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【パケットキャプチャ結果（抜粋）】

時刻 (s) パケット番号 サイズ(byte) 誤りビット数 状態

0.000 #1 1500 0 OK

0.050 #2 1500 3 OK(FEC訂正)

0.100 #3 1500 12 LOSS（訂正不能）

0.150 #4 1500 0 OK

0.200 #5 1500 7 OK(FEC訂正)

0.250 #6 1500 9 LOSS（訂正不能）

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【運用条件】

ARQによる再送は行わない（ライブ配信のため遅延を避ける）

許容されるパケットロス率は5%以下

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【設問Ⅰ】（配点10点）

今回のRS(255,239)符号において、1ブロックで何バイトまで誤り訂正が可能か答えよ。

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【設問Ⅱ】（配点15点）

パケットキャプチャ結果に基づき、全6パケット中でFECによって訂正できたパケット数と訂正できなかったパケット数を答えよ。

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【設問Ⅲ】（配点15点）

FEC導入前（誤り訂正なし）と比較した場合、今回の結果ではパケットロス率は何%減少したか。

小数第1位まで答えよ。

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【設問Ⅳ】（配点20点）

衛星回線におけるARQ方式とFEC方式の特徴を比較し、今回の用途にFECが適している理由を100字以内で述べよ。

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【設問Ⅴ】（配点20点）

今回のRS符号の設定では、バースト誤りが8バイトを超えると訂正できない。

これに対し、長いバースト誤りに強くするための符号設計上の工夫を1つ挙げ、その理由を述べよ。

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解答例と解説

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【設問Ⅰ】

解答：8バイト

解説：RS(255,239)では冗長ビット数16バイトのうち、2バイトで1バイトの誤り訂正が可能。

したがって訂正可能バイト数＝16/2＝8バイト。

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【設問Ⅱ】

解答：訂正成功＝2パケット（#2, #5）、訂正不能＝2パケット（#3, #6）

解説：誤りビット数が8以下なら訂正可能、9以上は訂正不能。

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【設問Ⅲ】

解答：ロス率は66.7% → 33.3%に減少（33.4ポイント改善）

解説：

FECなし＝4/6パケットロス＝66.7%

FECあり＝2/6パケットロス＝33.3%

改善＝66.7 − 33.3＝33.4ポイント。

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【設問Ⅳ】

解答例：

ARQは再送で誤りを回復するが遅延が大きくなる。FECは遅延なく訂正でき、リアルタイム性が重要な衛星ライブ配信に適する。

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【設問Ⅴ】

解答例：

ブロックインターリーブを導入する。バースト誤りを複数ブロックに分散でき、各ブロックの誤り数を訂正可能範囲に収められるため。

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もし希望があれば、この午後Ⅰ問題を午後Ⅱ形式（さらに長文＋図解＋正常系/異常系比較付き）に発展できます。

そこではFEC動作比較図やパケット誤り位置図も入れられます。

このまま午後Ⅱ版も作りますか？

了解です。

では、**フォワード誤り訂正方式（FEC）**をテーマに、

ネットワークスペシャリスト試験 午後Ⅱ形式として、

正常系＋異常系比較、図解、パケットキャプチャ解析付きの長文問題を作成します。

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午後Ⅱ形式問題：FECの適用効果と異常時挙動解析

【問題文】

あなたは国際衛星通信事業者のネットワークエンジニアである。

新規のライブ映像配信サービスでは、UDPベースの独自ストリーミングプロトコルを利用し、ARQによる再送を行わない方式を採用している。

遅延往復時間（RTT）は約550msと大きく、誤りはランダム誤りとバースト誤りが混在している。

遅延を増やさず品質を向上させるため、FEC（Forward Error Correction）の導入を検討し、RS(255,239)符号での実験を行った。

ここで、1ブロック255バイト中、239バイトがデータ、16バイトが冗長ビットであり、最大8バイトの誤り訂正が可能である。

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【実験1：正常系（誤り発生率低）】

図1は、正常時の衛星通信で取得したパケットキャプチャ結果である。

図1 正常時の誤り分布（FEC適用時）

時刻(s) パケット番号 誤りビット数 状態

0.000 #1 0 OK

0.050 #2 2 OK(FEC訂正)

0.100 #3 0 OK

0.150 #4 1 OK(FEC訂正)

0.200 #5 0 OK

0.250 #6 0 OK

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【実験2：異常系（バースト誤り発生）】

図2は、太陽フレアによる電波障害時のパケットキャプチャ結果である。

図2 異常時の誤り分布（FEC適用時）

時刻(s) パケット番号 誤りビット数 状態

0.000 #1 0 OK

0.050 #2 9 LOSS（訂正不能）

0.100 #3 15 LOSS（訂正不能）

0.150 #4 0 OK

0.200 #5 8 OK(FEC訂正)

0.250 #6 0 OK

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【図3：FEC処理の概念図】

送信側データ → RS符号化 → データ+冗長ビット送信 → 誤り発生 → 受信側RS復号 → 訂正可能なら修復 / 不可能なら破棄

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【設問Ⅰ】（10点）

RS(255,239)符号で、最大何バイトまで誤り訂正が可能か答えよ。

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【設問Ⅱ】（10点）

図1（正常系）において、FECにより訂正されたパケット数を答えよ。

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【設問Ⅲ】（10点）

図2（異常系）において、訂正不能パケットは何個か答えよ。

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【設問Ⅳ】（15点）

図1と図2の結果から、正常系と異常系でのFECの効果の違いを60字以内で説明せよ。

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【設問Ⅴ】（15点）

バースト誤りが8バイトを超える場合、訂正不能となる理由を述べよ。

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【設問Ⅵ】（20点）

バースト誤りに強くするため、ブロックインターリーブ方式を導入する利点を80字以内で説明せよ。

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【設問Ⅶ】（20点）

衛星通信において、ARQ方式ではなくFEC方式を選択すべき理由を80字以内で述べよ。

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解答例と解説

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【設問Ⅰ】

解答：8バイト

解説：冗長ビット16バイトのうち、2バイトで1バイトの誤り訂正が可能。

16 ÷ 2 ＝ 8バイトまで訂正可能。

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【設問Ⅱ】

解答：2パケット（#2, #4）

解説：誤りビット数が1～8バイトなら訂正可能。

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【設問Ⅲ】

解答：2パケット（#2, #3）

解説：誤りビット数が9バイト以上は訂正不能。

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【設問Ⅳ】

解答例：

正常系ではほぼ全て訂正可能だが、異常系ではバースト誤り超過により訂正不能が増加した。

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【設問Ⅴ】

解答例：

RS符号は設定した訂正限界を超える誤りを修復できないため。

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【設問Ⅵ】

解答例：

バースト誤りを複数ブロックに分散し、各ブロックの誤りを訂正可能範囲に収められる。

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【設問Ⅶ】

解答例：

ARQは再送で品質を確保するが遅延が増加する。FECは遅延なく訂正可能で、リアルタイム配信に適する。

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もしこの内容をPDF化して、

図1・図2をキャプチャ画像化

図3のFEC処理概念図を図表化

正常系と異常系の比較グラフを追加

という形にすれば、試験の模擬問題としてそのまま使える完成版が作れます。

このままPDF化してお渡ししますか？