[论文解读] Anatomy of Multipath BGP Deployment in a Large ISP Network

Jie Li, Vasileios Giotsas+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 14, 2020

Software-Defined Networks and 5G参考文献 30被引用 4

一句话总结

本论文首次对大型ISP网络中多路径BGP（M-BGP）的部署情况进行了大规模测量研究，结合通过Looking Glass的控制平面BGP查询与通过RIPE Atlas的数据平面traceroute测量。研究发现，Hurricane Electric（AS6939）在58个PoP中通过512个对等AS部署了M-BGP，主要在IXP中进行，实现了跨多个域间链路的稳定、近乎均等的按目的地负载分担。

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.

研究动机与目标

• 为了理解多路径BGP（M-BGP）在域间路由中的实际部署情况，尽管其在负载分担和弹性方面具有潜力，但目前仍缺乏充分测量。
• 为了解决现有测量研究中难以区分域间M-BGP部署与域内多路径路由的问题。
• 开发并验证一种混合方法，结合控制平面BGP测量（通过Looking Glass）与数据平面traceroute测量（通过RIPE Atlas），以检测M-BGP。
• 对主要全球ISP（特别是Hurricane Electric，AS6939）中M-BGP部署的规模、拓扑结构和行为进行表征。
• 提供关于M-BGP在生产网络中有效性及运行特性的见解，特别是在连接IXP的环境中。

提出的方法

• 使用Hurricane Electric在112个边界路由器上的Looking Glass（LG）服务器查询BGP路由，识别具有多个eBGP邻居地址的对等AS。
• 聚焦于源自具有多个邻居地址的对等AS的/24前缀，特别是通过IXP连接的AS，以隔离域间M-BGP部署。
• 从与LG观测点共置的RIPE Atlas探测器执行traceroute探测活动，以观察M-BGP负载分担的数据平面行为。
• 将控制平面的BGP响应与数据平面的traceroute路径进行关联，以检测M-BGP部署并验证跨多个域间链路的流量分布。
• 在为期4天的测量期内分析路径多样性与路径稳定性，以确认一致的按目的地负载均衡。
• 结合路径分析与拓扑重构，以区分M-BGP行为与其他多路径路由技术。

实验结果

研究问题

• RQ1 在大型ISP网络中，M-BGP部署的规模和地理分布如何？
• RQ2 在主要ISP骨干网络中，通过IXP与通过直接私有对等的M-BGP部署各占多大比例？
• RQ3 在多个域间链路上，M-BGP在数据平面中的行为表现为何种负载分布与路径稳定性？
• RQ4 M-BGP在每个目的地前缀的流量分布模式上，与其它多路径路由技术有何不同？
• RQ5 在实际部署中，M-BGP在多个域间路径上实现稳定、按目的地的负载分担的程度如何？

主要发现

• Hurricane Electric（AS6939）在58个接入点（PoP）中，通过512个对等AS部署了M-BGP，占其查询的边界路由器总数的一半以上。
• 82.8%的M-BGP部署使用两条域间备用路由；8.7%使用三条路由；8.4%使用四条路由，无部署使用超过四条路由。
• 大多数M-BGP部署（尤其是涉及两条以上路由的）与大型内容提供商网络（CDNs）相关，如Apple、Cloudflare和Microsoft。
• traceroute测量显示，发往目标IP的流量几乎平均分配到所有域间链路，且在4天内保持稳定的出口链路选择。
• 所有Hurricane Electric边界路由器均一致应用相同的按流负载分担算法，表明M-BGP配置与行为高度统一。
• 由于前缀采样有限，本研究提供了M-BGP部署的下限估计，表明实际部署规模可能更高。