[論文レビュー] Fast dynamics in Internet topology: preliminary observations and explanations

Clémence Magnien, Frédéric Ouédraogo+2 more|ArXiv.org|Apr 17, 2009

Network Traffic and Congestion Control参考文献 18被引用数 7

ひとこと要約

本稿は、tracerouteを用いたインターネットトポロジ測定において、固定された宛先セットに対しても継続的かつ高速に変化する動的特性が存在することを明らかにしている。たとえば、1日あたり約150件の新しいIPアドレスが継続的に発見される。この現象は、動的IP割り当てやランダムなルーターレイアウトによるものではなく、BGPおよびイントラASルーティングの変更によって、以前は見えなかったIPアドレスが時間の経過とともに可視化されることが原因である。

ABSTRACT

By focusing on what can be observed by running traceroute-like measurements at a high frequency from a single monitor to a fixed destination set, we show that the observed view of the topology is constantly evolving at a pace much higher than expected. Repeated measurements discover new IP addresses at a constant rate, for long period of times (up to several months). In order to provide explanations, we study this phenomenon both at the IP, and at the Autonomous System levels. We show that this renewal of IP addresses is partially caused by a BGP routing dynamics, altering paths between existing ASes. Furthermore, we conjecture that an intra AS routing dynamics is another cause of this phenomenon.

研究の動機と目的

• 固定された宛先を用いたtracerouteベースのインターネットトポロジ測定が、固定された宛先に対しても継続的かつ変化し続ける視認を示す理由を理解すること。
• 継続的な新しいIPアドレスの発見が、アーティファクトか、インターネットの動的ルーティングの本質的特性であるかを調査すること。
• 動的IP割り当て、ランダムなルーターレイアウト、ルーティングプロトコルのダイナミクスといった要因を区別すること。
• 新たに観測されたIPアドレスが、発見時刻に新たに割り当てられたものか、それとも既に割り当てられていたものかを特定すること。
• インターネットトポロジマッピングおよび集約測定データの信頼性に与える影響を評価すること。

提案手法

• 2007年6月から7月にかけて2か月間、日本に所在する1台のモニタから、1日100ラウンドの高頻度tracerouteに類似した測定を実施。対象は3,000件の安定的かつ応答性の高いIPアドレス。
• 累積カウントと新規・消滅アドレスの時系列プロットを用いて、観測されたIPアドレスの時間的変化を追跡。
• 連続する測定において、同じIPアドレスが宛先の直前に出現するかどうかを確認することで、安定した宛先を特定。動的であると判明したものを除外。
• Route Viewsから入手したBGPルーティングテーブルデータを分析し、ASレベルでの変更と観測されたIPアドレスの発見を照合。
• マルチモニタデータを用いて、同じIPアドレスが異なるモニタで最初に発見されてから最後に発見されるまでの時間間隔を計算。
• 補完的累積分布分析を適用し、異なるモニタ間での発見時間遅延を評価。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 固定された宛先セットを用いても、1台のモニタからのtraceroute測定が、なぜ継続的に新しいIPアドレスを発見し続けるのか？
• RQ2 継続的な新しいIPアドレスの発見は、動的IP割り当てやランダムなルーターレイアウトによるものか？
• RQ3 BGPルーティングのダイナミクスが、以前は見えなかったIPアドレスの可視化にどの程度寄与しているか？
• RQ4 新たに発見されたIPアドレスは、発見時刻に新たに割り当てられたものか、それとも既にネットワーク内に存在していたものか？
• RQ5 観測トポロジの時間的進化は、集約されたインターネットトポロジマップの正確性および陳腐化にどのように影響するか？

主な発見

• 2か月間のうち、最終週にのみ1,118件の新しいIPアドレスが発見され、1日あたり約150件の継続的発見率が確認された。
• 1回の測定ラウンドあたり観測された異なるIPアドレス数は安定的に約12,000件を維持しており、新規発見と消滅のバランスが取れていることを示している。
• 安定的で動的でない宛先のみを用いてもこの現象が継続するため、動的IP割り当てが原因ではないことが排除された。
• 発見されたIPアドレスの大部分（32,228件中22,897件）は、他のモニタによって発見されるより200時間以上も前から少なくとも1つのモニタで観測済みであり、発見時刻より前に既に存在していたことを示している。
• BGPルーティングのダイナミクスは、新しい自律システム（AS）の発見を説明しており、著者らは同様にイントラASルーティングの変更が既知のAS内での新しいIPアドレスの可視化を引き起こしていると推測している。
• 発見時間遅延の補完的累積分布は、大多数のIPアドレスが複数のモニタ間で著しい遅延を伴って観測されることを示しており、このようなデータから作成されたトポロジマップは本質的に陳腐化していることを確認した。