[論文レビュー] Finding Alternate Paths in the Internet:A Survey of Techniques for End-to-End Path Discovery

Sameer Qazi, Tim Moors|arXiv (Cornell University)|Aug 23, 2013

Internet Traffic Analysis and Secure E-voting参考文献 54被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、インターネットにおけるエンドツーエンドの代替経路を発見する技術について調査し、レジリエンスとサービス品質（QoS）の向上を目的としている。主な手法には、パスモニタリング、不重複パス選択、BGPの拡張、マルチホーム、デトールルーティング、およびファストリカバリ（Fast Re-Route）メカニズムが含まれる。パスダイバーシティを活用する際の主な課題を特定し、今後の研究における未解決の問題を提示している。

ABSTRACT

The Internet provides physical path diversity between a large number of hosts, making it possible for networks to use alternative paths when one path fails to deliver the required Quality of Service. However, for various reasons, many established protocols (e.g. de facto Internet inter-domain routing protocol, Border-Gateway Protocol - BGP) do not fully exploit such alternate paths. This paper surveys research into techniques for discovering end-to-end alternate paths, including those based on monitoring path performance, choosing paths that are maximally disjoint, and in routing across multiple paths. It surveys proposals for making BGP better able to exploit multiple paths and how multi-homing can create alternate paths. It also describes how alternate paths can be realized through detour routing (application layer mechanisms) and routing deflections (network layer mechanisms). It also discusses Fast Re-Route techniques for construction of backup routes. It concludes by surveying open research issues into the discovery and use of alternate paths in the Internet.

研究の動機と目的

• BGPのような既存プロトコルが、インターネット全体で物理的パスダイバーシティを十分に活用できない理由を特定すること。
• ネットワークのレジリエンスとサービス品質（QoS）の向上を目的としたエンドツーエンド代替パスの発見を可能にする技術を検討すること。
• マルチホームおよびネットワーク層またはアプリケーション層のメカニズムが、代替パスをどのように作成・活用できるかを分析すること。
• ファストリカバリ（FRR）およびルーティングデフレクション技術の有効性を評価し、バックアップルートを構築する際の効果を検証すること。
• 実際のネットワーク環境において、代替パスを動的に発見・活用するうえでの未解決の研究的課題を浮き彫りにすること。

提案手法

• リアルタイムでのパフォーマンスと可用性を評価するため、パスモニタリングを用いたエンドツーエンドパス発見に関する既存研究を調査する。
• 障害耐性を向上させるために、不重複性（例：リンク、ノード、または共有リスクリンクグループ（SRLG）の不重複）を最大化するパス選択戦略を評価する。
• マルチパスルーティングをサポートするBGPの拡張を分析し、複数のパスを用いた負荷分散やフェイルオーバーを可能にする。
• ネットワーク層の変更なしに障害を回避するためのアプリケーション層デトールルーティングメカニズムを検討する。
• 制御プレーンシグナルを用いて、代替パスを介してトラフィックを再ルーティングするネットワーク層のルーティングデフレクション技術をレビューする。
• リンク障害やノード障害後に迅速に回復できるように、事前にバックアップパスを計算するファストリカバリ（FRR）技術を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜBGPのような成熟したプロトコルが、インターネット全体で利用可能な物理的パスダイバーシティを十分に活用できないのか？
• RQ2 障害耐性を向上させるために、最大限に不重複な代替パスを発見するのに最も効果的な技術は何か？
• RQ3 マルチホームを活用することで、エンドツーエンドの代替パスをどのように作成・活用できるか？
• RQ4 アプリケーション層デトールルーティングとネットワーク層デフレクションメカニズムは、パスのレジリエンスをどのように向上させ得るか？
• RQ5 実世界のインターネット展開において、代替パスを動的に発見・展開するうえでの主な未解決の課題は何か？

主な発見

• BGPを含む多くの既存プロトコルは、インターネットで利用可能な物理的パスダイバーシティを十分に活用できていないため、最適でないレジリエンスとQoSが生じている。
• パスモニタリングおよびパフォーマンス測定に基づく技術は、リアルタイムで実行可能な代替パスを効果的に特定できる。
• 特にリンク、ノード、または共有リスクリンクグループ（SRLG）の観点での最大限の不重複パス選択は、障害耐性を顕著に向上させる。
• マルチパスルーティングをサポートするBGPの拡張により、より良い負荷分散とフェイルオーバーが可能になるが、導入は限定的である。
• アプリケーション層でのデトールルーティングとネットワーク層でのデフレクション技術は、完全なプロトコル変更を要せず、迅速な回復の代替手段として有効である。
• ファストリカバリ（FRR）メカニズムは、事前にバックアップパスを計算することで、1秒未塔の回復時間を達成できるが、スケーラビリティと導入の複雑さは依然として未解決の課題である。