[論文レビュー] Anatomy of Multipath BGP Deployment in a Large ISP Network

Jie Li, Vasileios Giotsas+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 14, 2020

Software-Defined Networks and 5G参考文献 30被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、主要なISPネットワークにおけるMultipath BGP (M-BGP) の展開に関する、初めての大規模な測定調査を提示している。制御プレーンのBGPクエリ（Looking Glass経由）とデータプレーンのtraceroute測定（RIPE Atlas経由）を用いた。その結果、ハリケーン・エレクトリック（AS6939）は58のPoPにまたがる512のピアリングASに対してM-BGPを展開しており、主にIXPで実施されており、複数のドメイン間リンクにわたる安定した宛先別負荷分散を実現しており、トラフィックの分配はほぼ均等であることが判明した。

ABSTRACT

Multipath routing is useful for networks to achieve load sharing among multiple routing paths. Multipath BGP (MBGP) is a technique to realize inter-domain multipath routing by enabling a BGP router to install multiple equally-good routes to a destination prefix. Most of previous works did not distinguish between intra-domain and inter-domain multipath routing. In this paper, we present a measurement study on the deployment of M-BGP in a large Internet service provider (ISP) network. Our method combines control-plane BGP measurements using Looking Glasses (LG), and data-plane traceroute measurements using RIPE Atlas. We focus on Hurricane Electric (AS6939) because it is a global ISP that connects with hundreds of major exchange points and exchanges IP traffic with thousands of different networks. And more importantly, we find that this ISP has by far the largest number of M-BGP deployments among autonomous systems with LG servers. Specifically, Hurricane Electric has deployed M-BGP with 512 of its peering ASes at 58 PoPs around the world, including many top ASes and content providers. We also observe that most of its M-BGP deployments involve IXP interconnections. Our work provides insights into the latest deployment of M-BGP in a major ISP network and it highlights the characteristics and effectiveness of M-BGP as a means to realize load sharing.

研究の動機と目的

• 相互ドメインルーティングにおけるMultipath BGP (M-BGP) の実世界での展開を理解すること。これは、負荷分散やレジリエンスの可能性があるものの、依然として測定が不十分である。
• 既存の測定調査では、相互ドメインM-BGP展開と内部ドメインのマルチパスルーティングを区別する課題に取り組むこと。
• M-BGPの検出に向け、制御プレーンBGP測定（Looking Glass経由）とデータプレーンtraceroute測定（RIPE Atlas経由）を組み合わせたハイブリッド手法の開発と検証を行うこと。
• 特にハリケーン・エレクトリック（AS6939）を対象として、主要なグローバルISPにおけるM-BGP展開の規模、トポロジー、挙動を特徴づけること。
• 特にIXP接続環境における生産ネットワークにおけるM-BGPの有効性と運用特性についての知見を提供すること。

提案手法

• 112のハリケーン・エレクトリックのボーダールーターに設置されたLooking Glass (LG) サーバーを用い、BGPルートを照会し、複数のeBGPネイバーIPアドレスを持つピアリングASを特定した。
• 主にIXP経由で接続された、複数のネイバーIPアドレスを持つピアリングASからの/24プレフィックスに焦点を当て、相互ドメインM-BGP展開を分離した。
• LGのベンチマークポイントと同一施設に設置されたRIPE Atlasプローブからtracerouteキャンペーンを実行し、M-BGP負荷分散のデータプレーン挙動を観測した。
• 制御プレーンのBGP応答とデータプレーンのtracerouteパスを照合することで、M-BGP展開の検出および複数のドメイン間リンクにわたるトラフィック分配の検証を行った。
• 4日間の測定期間中にパスの多様性と安定性を分析し、一貫した宛先別負荷分散を確認した。
• パス解析とトポロジー再構築の組み合わせを用いて、M-BGP挙動を他のマルチパスルーティング技術から区別した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 大規模ISPネットワークにおけるM-BGP展開の規模と地理的分布はどのようになっているか？
• RQ2 主要なISPバックボーンにおいて、IXP経由のM-BGP展開と直接プライベートピアリングのM-BGP展開は、それぞれどれほど一般的か？
• RQ3 M-BGPのデータプレーン挙動は、複数のドメイン間リンクにわたる負荷分散とパスの安定性の観点でどのように現れるか？
• RQ4 M-BGPは、宛先プレフィックスごとのトラフィック分配パターンにおいて、他のマルチパスルーティング技術とどのように異なるか？
• RQ5 実世界の展開において、M-BGPは複数のドメイン間パスにわたる安定した宛先別負荷分散をどの程度実現できるか？

主な発見

• ハリケーン・エレクトリック（AS6939）は、58のポイント・オブ・プレゼンス（PoP）にまたがる512のピアリングASに対してM-BGPを展開しており、これは照会されたボーダールーターの半数以上を占めている。
• 82.8%のM-BGP展開が2本の相互ドメイン代替ルートを含んでおり、8.7%が3本、8.4%が4本であり、5本以上のルートを含む展開は存在しない。
• 多くのM-BGP展開（特に2本以上のルートを含むもの）は、Apple、Cloudflare、Microsoftなどの大手コンテンツプロバイダー・ネットワーク（CDN）に関連している。
• traceroute測定では、宛先IPへのトラフィックが、ドメイン間リンクの数にほぼ均等に分散されており、4日間の期間にわたり安定したエグジットリンク選択が確認された。
• 同じフローごとの負荷分散アルゴリズムが、ハリケーン・エレクトリックのすべてのボーダールーターに一貫して適用されており、均一なM-BGP設定と挙動を示している。
• プレフィックスサンプリングの制限により、M-BGP展開の下限が提供されていることから、実際の展開はこれより高い可能性がある。