[論文レビュー] Tracking the Big NAT across Europe and the U.S

Anna Maria Mandalari, Andra Lutu+3 more|arXiv (Cornell University)|Apr 5, 2017

Green IT and Sustainability参考文献 8被引用数 4

ひとこと要約

本論文では、固定ブロードバンドネットワークにおけるCarrier Grade NAT (CGN) の展開を、住宅内ネットワークから上流NAT構成をプローブすることで検出するアクティブ測定ツールであるNAT Revelioを提示する。ヨーロッパおよび米国における64のISPにまたがる5,121のベンチマークポイントを用いた調査により、10%のISPでCGNの展開が確認され、ISPの代表者によるIPレベルでの100%の正確性が裏付けられ、これはこれまでで最大規模のアクティブなIPレベルCGN測定キャンペーンである。

ABSTRACT

Carrier Grade NAT (CGN) mechanisms enable ISPs to share a single IPv4 address across multiple customers, thus offering an immediate solution to the IPv4 address scarcity problem. In this paper, we perform a large scale active measurement campaign to detect CGNs in fixed broadband networks using NAT Revelio, a tool we have developed and validated. Revelio enables us to actively determine from within residential networks the type of upstream network address translation, namely NAT at the home gateway (customer-grade NAT) or NAT in the ISP (Carrier Grade NAT). We demonstrate the generality of the methodology by deploying Revelio in the FCC Measuring Broadband America testbed operated by SamKnows and also in the RIPE Atlas testbed. We enhance Revelio to actively discover from within any home network the type of upstream NAT configuration (i.e., simple home NAT or Carrier Grade NAT). We ran an active large-scale measurement study of CGN usage from 5,121 measurement vantage points within over 60 different ISPs operating in Europe and the United States. We found that 10% of the ISPs we tested have some form of CGN deployment. We validate our results with four ISPs at the IP level and, reported to the ground truth we collected, we conclude that Revelio was 100% accurate in determining the upstream NAT configuration for all the corresponding lines. To the best of our knowledge, this represents the largest active measurement study of (confirmed) CGN deployments at the IP level in fixed broadband networks to date.

研究の動機と目的

• ヨーロッパおよび米国における固定ブロードバンドネットワークにおけるCarrier Grade NAT (CGN) の普及率と展開様式を測定すること。
• 住宅内ネットワークから顧客グレードのNATとISPレベルのCGNを区別できるアクティブ測定手法を開発・検証すること。
• 従来の受動的測定手法の限界を克服し、クライアント側からIPレベルでのCGN存在の検証を可能にすること。
• 多様な家庭内ネットワークトポロジーやアクセス技術におけるコーナーケースを特定・解決することで、NAT Revelioの正確性を向上させること。
• コミュニティ利用および将来の大規模展開を想定し、オープンソースのテストスイートを公開すること。

提案手法

• FCC Measuring Broadband America (FCC-MBA) および RIPE Atlas の2つの大規模テストベッドにNAT Revelioを展開し、5,121のベンチマークポイントからアクティブプローブを実施する。
• パケット動作の分析（複数のテストシーケンスにおける送信元ポートおよびアドレスの変化など）を通じて、上流NATの種別をアクティブプローブによって検出する。
• 標準でない家庭内ネットワークトポロジーや非標準的な設定（例：二重のGRAs、複雑なルーティング構成）に対応できるように、元のRevelio手法を強化する。
• 一部のプローブにおけるUPnP対応を活用し、テストの信頼性を向上させ、曖昧な結果を減らす。
• IPレベルでのISP代表者による結果のクロスバリデーションを通じて、陽性および陰性の推論を確認する。
• 強化されたテストスイートをGitHubにオープンソースとして公開し、一般の展開および拡張を可能にする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ヨーロッパおよび米国における固定ブロードバンドネットワークにおけるCarrier Grade NAT (CGN) 展開の真の普及率はどの程度か？
• RQ2 受動的または間接的手法と比較して、クライアント側からIPレベルでCGNを検出できるアクティブな測定アプローチの正確性はどの程度か？
• RQ3 家庭内ネットワークトポロジにおけるCGN検出を困難にする主なコーナーケースは何か？ そしてそれらはどのように解決できるか？
• RQ4 UPnP対応の有無が、CGN検出の信頼性および成功確率にどのように影響するか？
• RQ5 Revelio手法は、多様なISPおよびアクセス技術にわたってどの程度一般化・スケーリング可能か？

主な発見

• 調査対象の64のISPのうち10%（6ISP）が、何らかの形でCGN展開を実施していることが判明。そのうち1つのISPでは、76のベンチマークポイントすべてで大規模なCGN使用が確認された。
• 4件の陽性ケースについて、ISP代表者によるIPレベルでの検証を通じて、CGN検出の正確性が100%で確認された。
• 全体の24%のテスト回線で曖昧な結果が発生した。RIPE AtlasプローブではUPnP非対応のため36%、FCC-MBAプローブではUPnP対応のため12%の曖昧結果となった。
• 強化されたRevelioテストスイートは、非標準的なネットワークトポロジーや複数のGRAsに関連する133件の曖昧なコーナーケースを正常に特定・解決した。
• FCC-MBAとRIPE Atlasの両方の展開は、固定ブロードバンドネットワークにおけるCGN展開を対象とした、これまでで最大規模のアクティブかつIPレベルの測定キャンペーンを形成している。
• 強化されたNAT Revelioスイートのオープンソース公開により、将来の大規模かつコミュニティ主導のCGN展開モニタリングが、インターネット全体で可能になる。