[논문 리뷰] Anatomy of Multipath BGP Deployment in a Large ISP Network

Jie Li, Vasileios Giotsas외 1명|arXiv (Cornell University)|2020. 12. 14.

Software-Defined Networks and 5G참고 문헌 30인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 주요 인터넷 서비스 프로바이더 네트워크에서 Multipath BGP (M-BGP) 배포에 대한 최초의 대규모 측정 연구를 제시한다. 제어 평면 BGP 쿼리(Looking Glass를 통해)와 데이터 평면 traceroute 측정(리프 애트라스를 통해)을 활용한다. 연구 결과, 허리케인 엘레크트릭(AS6939)은 58개의 PoP에서 512개의 피어링 AS와 함께 M-BGP를 구현하고 있으며, 주로 IXPs에서 이루어지며, 여러 개의 도메인 간 링크를 통해 근사 동일한 트래픽 분포를 보이는 안정적인 목적지 기반 로드 밸런싱을 달성한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 인터도메인 라우팅에서 Multipath BGP(M-BGP)의 실제 배포 상황을 이해하기 위해, 로드 밸런싱과 내구성 향상 잠재력이 크지만 여전히 측정이 부족한 분야를 다룬다.
• 기존 측정 연구에서 도메인 간 M-BGP 배포와 도메인 내 다중 경로 라우팅을 구분하는 데 도전하는 문제를 해결한다.
• M-BGP 탐지에 효과적인 하이브리드 방법론을 개발하고 검증하기 위해, 제어 평면 BGP 측정(Looking Glass를 통한)과 데이터 평면 traceroute 측정(리프 애트라스를 통한)을 융합한다.
• 특히 허리케인 엘레크트릭(AS6939)과 같은 주요 글로벌 ISP에서 M-BGP 배포의 규모, 토폴로지 및 행동 양태를 특성화한다.
• 특히 IXP 연결 환경에서 M-BGP의 효과성과 운영 특성에 대한 통찰을 제공한다.

제안 방법

• 112개의 허리케인 엘레크트릭 경계 라우터에 위치한 Looking Glass(LG) 서버를 사용하여 BGP 라우트를 쿼리하고, 다중 eBGP 이웃 주소를 가진 피어링 AS를 식별한다.
• 특히 IXP를 통해 연결된, 다중 이웃 주소를 가진 피어링 AS의 /24 프리픽스에 집중하여 도메인 간 M-BGP 배포를 분리한다.
• LG 관측점과 함께 공동 위치한 RIPE Atlas 프로브에서 traceroute 캠프에이인을 수행하여 M-BGP 로드 밸런싱의 데이터 평면 행동을 관찰한다.
• 제어 평면 BGP 응답과 데이터 평면 traceroute 경로를 연계하여 M-BGP 배포를 탐지하고, 여러 개의 도메인 간 링크를 통해의 트래픽 분포를 검증한다.
• 4일 간의 측정 기간 동안 경로 다양성과 경로 안정성을 분석하여 일관된 목적지 기반 로드 밸런싱을 확인한다.
• 경로 분석과 토폴로지 재구성의 조합을 사용하여 M-BGP 행동을 다른 다중 경로 라우팅 기법과 구분한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 대규모 ISP 네트워크에서 M-BGP 배포의 규모와 지리적 분포는 어떠한가?
• RQ2 주요 ISP 백본에서 M-BGP 배포는 IXP를 통한 방식과 직접 프라이빗 피어링 방식 중 어느 쪽이 더 흔한가?
• RQ3 여러 개의 도메인 간 링크를 통해 M-BGP의 데이터 평면 행동은 트래픽 분포와 경로 안정성 측면에서 어떻게 나타나는가?
• RQ4 M-BGP는 목적지 프리픽스당 트래픽 분포 패턴에서 다른 다중 경로 라우팅 기법과 어떻게 다를까?
• RQ5 실제 배포 환경에서 M-BGP는 여러 개의 도메인 간 경로를 통해 안정적인 목적지 기반 로드 밸런싱을 어느 정도 실현하는가?

주요 결과

• 허리케인 엘레크트릭(AS6939)은 58개의 포인트 오브 프레SENCE(PoP)에서 512개의 피어링 AS와 함께 M-BGP를 구현하고 있으며, 이는 쿼리된 경계 라우터의 절반 이상을 차지한다.
• M-BGP 배포의 82.8%는 두 개의 도메인 간 대체 경로를 포함하며, 8.7%는 세 개의 경로를, 8.4%는 네 개의 경로를 포함하며, 다섯 개 이상의 경로를 포함하는 배포는 없었다.
• 대부분의 M-BGP 배포(특히 두 개 이상의 경로를 포함하는 경우)는 애플, 클라우드플레어, 마이크로소프트와 같은 대규모 콘텐츠 공급망(CDN) 네트워크와 연관되어 있다.
• traceroute 측정 결과, 목적지 IP로 향하는 트래픽은 링크 수에 비례하여 거의 균등하게 분할되며, 4일 간의 기간 동안 안정적인 이그레스 링크 선택이 이루어졌다.
• 모든 허리케인 엘레크트릭 경계 라우터에서 동일한 흐름 기반 로드 밸런싱 알고리즘이 일관되게 적용되어, M-BGP 구성과 행동의 균일성을 보여준다.
• 한정된 프리픽스 샘플링으로 인해 M-BGP 배포의 하한선만 제공되며, 실제 배포 규모는 더 클 수 있음을 시사한다.