[논문 리뷰] Tracking the Big NAT across Europe and the U.S

Anna Maria Mandalari, Andra Lutu외 3명|arXiv (Cornell University)|2017. 04. 05.

Green IT and Sustainability참고 문헌 8인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 고정 대역폭 네트워크에서 Carrier Grade NAT(CGN) 배포 여부를 주로 주거용 네트워크 내에서 업스트림 NAT 설정을 조사함으로써 감지하는 활성 측정 도구인 NAT Revelio를 제시한다. 유럽과 미국의 64개 ISP에서 5,121개의 관측 지점에 걸쳐 수행된 연구는 10%의 ISP에서 CGN 배포를 확인했으며, ISP 대표자들에 의한 IP 수준에서의 검증으로 정확도가 100%로 확인되었으며, 이는 지금까지 가장 큰 활성 IP 수준의 CGN 측정 캠페인이다.

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.

연구 동기 및 목표

• 유럽과 미국의 고정 대역폭 네트워크에서 Carrier Grade NAT(CGN)의 보편성과 배포 패턴을 측정하기 위해
• 주거용 네트워크 내에서 고객용 NAT와 ISP 수준의 CGN를 구분할 수 있는 활성 측정 방법론을 개발하고 검증하기 위해
• 이전의 수동 측정 기법의 한계를 보완하기 위해 클라이언트 측에서 IP 수준에서 CGN 존재 여부를 검증할 수 있도록 하기 위해
• 다양한 가정 네트워크 아키텍처와 액세스 기술에서 발생하는 특수 케이스를 식별하고 해결함으로써 NAT Revelio의 정확도를 향상시키기 위해
• 커뮤니티 사용과 향후 대규모 배포를 위해 오픈소스 테스트 세트를 공개하기 위해

제안 방법

• FCC Measuring Broadband America(FCC-MBA)와 RIPE Atlas라는 두 개의 대규모 테스트베드에 NAT Revelio를 구축하여 총 5,121개의 관측 지점에서 활성 프로빙을 수행하기 위해
• 패킷 행동 분석을 통해 소스 포트 및 주소 변경 여부를 다중 테스트 시퀀스에 걸쳐 분석함으로써 업스트림 NAT 유형을 감지하는 활성 프로빙 기법을 사용하기 위해
• 비표준 가정 네트워크 아키텍처와 이질적인 구성(예: 이중 GRAs 및 복잡한 라우팅 설정)을 처리할 수 있도록 원래의 Revelio 방법론을 개선하기 위해
• 일부 프로브에서 UPnP 지원을 활용하여 테스트 신뢰도를 향상시키고 결과가 모호한 경우를 줄이기 위해
• 양성 및 부정성 판단을 IP 수준에서 ISP 대표자들과의 교차 검증을 통해 확인하기 위해
• 향후 공개 배포 및 확장이 가능하도록 GitHub에 개선된 테스트 세트를 오픈소스로 공개하기 위해

실험 결과

연구 질문

• RQ1 유럽과 미국의 고정 대역폭 네트워크에서 Carrier Grade NAT(CGN) 배포의 실제 보편성은 어느 정도인가?
• RQ2 수동 또는 간접 방법에 비해 클라이언트 측에서의 활성 측정 접근 방식이 IP 수준에서 CGN를 감지하는 데 얼마나 정확한가?
• RQ3 CGN 감지를 방해하는 주요 가정 네트워크 아키텍처의 특수 케이스는 무엇이며, 이를 어떻게 해결할 수 있는가?
• RQ4 UPnP 지원의 존재가 CGN 감지의 신뢰도와 성공률에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 Revelio 방법론은 다양한 ISP와 액세스 기술에 걸쳐 얼마나 일반화되고 확장 가능한가?

주요 결과

• 시험한 64개의 ISP 중 10%(6개)에서 어떤 형태의 CGN 배포가 확인되었으며, 그 중 한 ISP는 76개의 관측 지점 전역에 걸쳐 대규모 CGN 사용을 보였다.
• 4개의 양성 사례에서 ISP 대표자들과의 IP 수준 검증을 통해 CGN 감지 정확도가 100%로 확인되었다.
• 전체 테스트 라인의 24%에서 결과가 모호했으며, UPnP를 지원하지 않는 RIPE Atlas 프로브에서는 36%로 높았고, UPnP를 지원하는 FCC-MBA 프로브에서는 12%로 낮았다.
• 개선된 Revelio 테스트 세트는 비표준 네트워크 아키텍처와 다중 GRAs와 관련된 이전에 혼동스러웠던 133개의 특수 케이스를 성공적으로 식별하고 해결하였다.
• FCC-MBA와 RIPE Atlas의 결합 배포는 지금까지 고정 대역폭 네트워크에서의 활성 IP 수준 CGN 배포 측정 캠페인 중 가장 규모가 큰 것으로 확인되었다.
• 개선된 NAT Revelio 테스트 세트의 오픈소스 공개는 향후 인터넷 전역에서 대규모로 커뮤니티 기반으로 CGN 배포를 모니터링할 수 있는 기반을 마련한다.