[논문 리뷰] Finding Alternate Paths in the Internet:A Survey of Techniques for End-to-End Path Discovery

Sameer Qazi, Tim Moors|arXiv (Cornell University)|2013. 08. 23.

Internet Traffic Analysis and Secure E-voting참고 문헌 54인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 인터넷에서 종단 간 대체 경로를 탐색하는 기법들을 조사하여 복원성과 서비스 품질(QoS)을 향상시키며, 경로 모니터링, 상호배제 경로 선택, BGP 개선, 멀티홈, 회피 경로 라우팅, 빠른 재루팅(Fast Re-Route) 메커니즘과 같은 방법을 중심으로 다룬다. 경로 다양성을 활용하는 데 있어 핵심 과제를 규명하고 향후 연구를 위한 열린 문제들을 제시한다.

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.

연구 동기 및 목표

• BGP와 같은 기존 프로토콜이 인터넷 전반의 물리적 경로 다양성을 충분히 활용하지 못하는 한계를 규명하는 것.
• 네트워크 복원성과 서비스 품질(QoS) 향상을 위해 종단 간 대체 경로를 탐색하는 데 도움이 되는 기법들을 검토하는 것.
• 멀티홈과 네트워크 계층 또는 애플리케이션 계층 메커니즘이 대체 경로를 생성하고 활용하는 방식을 분석하는 것.
• 빠른 재루팅(Fast Re-Route) 및 라우팅 방향 전환 기법이 백업 경로를 구성하는 데 얼마나 효과적인지 평가하는 것.
• 실제 생산 네트워크에서 대체 경로를 동적으로 탐색하고 활용하는 데 있어 열려 있는 연구 과제들을 부각하는 것.

제안 방법

• 실시간 성능과 가용성을 평가하기 위해 경로 모니터링을 활용한 종단 간 경로 탐색 기법에 관한 기존 연구를 서베이하는 것.
• 장애 내성 능력을 향상시키기 위해 최대한 상호배제되는 경로(예: 링크, 노드, 또는 SRLG 상호배제 경로)를 선택하는 전략을 평가하는 것.
• 다중 경로 라우팅을 지원하고 복수의 경로를 통해 부하 분산 또는 장애 대체를 가능하게 하기 위해 BGP를 개선하는 방법을 분석하는 것.
• 네트워크 계층 변경 없이 장애를 회피하기 위해 트래픽을 재지정하는 애플리케이션 계층의 회피 경로 라우팅 메커니즘을 검토하는 것.
• 제어 평면 신호를 사용하여 대체 경로를 통해 트래픽을 재지정하는 네트워크 계층의 라우팅 방향 전환 기법을 검토하는 것.
• 링크나 노드 장애 발생 후 빠른 복구를 위해 사전에 백업 경로를 계산하는 빠른 재루팅(Fast Re-Route, FRR) 기법을 평가하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 기존 프로토콜인 BGP가 왜 인터넷 전반의 가용한 물리적 경로 다양성을 충분히 활용하지 못하는가?
• RQ2 장애 내성 능력을 향상시키기 위해 최대한 상호배제되는 대체 경로를 탐색하는 데 가장 효과적인 기법은 무엇인가?
• RQ3 멀티홈은 어떻게 활용하여 종단 간 대체 경로를 생성하고 활용할 수 있는가?
• RQ4 애플리케이션 계층의 회피 경로 라우팅과 네트워크 계층의 방향 전환 메커니즘이 경로 복원성에 어떻게 기여할 수 있는가?
• RQ5 실제 인터넷 환경에서 대체 경로를 동적으로 탐색하고 구현하는 데 있어 핵심적인 열린 과제는 무엇인가?

주요 결과

• BGP를 포함한 많은 기존 프로토콜들이 인터넷에서 가용한 물리적 경로 다양성을 충분히 활용하지 못하여 복원성과 QoS가 최적화되지 못하고 있다.
• 경로 모니터링 및 성능 측정 기반 기법들은 실시간으로 실현 가능한 대체 경로를 효과적으로 식별할 수 있다.
• 특히 링크, 노드, 또는 공통 위험 링크 그룹(SRLG) 기반으로 최대한 상호배제되는 경로 선택은 장애 내성 능력을 크게 향상시킨다.
• 다중 경로 라우팅을 지원하도록 BGP를 개선하면 부하 분산과 장애 대체 기능이 향상되지만, 구현은 아직 제한되어 있다.
• 애플리케이션 계층에서의 회피 경로 라우팅과 네트워크 계층에서의 라우팅 방향 전환 기법은 전체 프로토콜 변경 없이도 신속한 복구를 위한 실용적인 대안을 제공한다.
• 빠른 재루팅(Fast Re-Route) 기법은 사전에 백업 경로를 계산함으로써 1초 이내의 복구 시간을 제공하지만, 확장성과 구현 복잡도 문제는 여전히 열려 있는 과제이다.