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==Topological and Geographical Analysis on Routing and Server Selection of Anycast Clouds==
https://ceur-ws.org/Vol-2178/SSN2018_paper_6.pdf
Topological and Geographical Analysis on Routing and
Server Selection of Anycast Clouds
Felipe Espinoza
NIC Chile Research Lab
Santiago, Chile
fdns@niclabs.cl
incrementar su disponibilidad ante problemas que
puedan ocurrir en la red.
Abstract Para permitir a los clientes conectarse a los
servidores más cercanos, cada AS (Autonomous
Anycast is used by a large amount of System, por sus siglas en inglés) utiliza el protocolo
DNS and CDN services for distribution, BGP (Border Gateway Protocol, por sus siglas en
load balancing and latency reduction in inglés) para definir el camino más corto de un
the access of its resources. Given the paquete para llegar a su destino. Sin embargo, estos
private nature of the internet, the knowledge sistemas no presentan formas de asegurar que las
about the area of services of every anycast rutas seleccionadas por los AS abarquen a la cantidad
server and the optimality of the routes óptima de usuarios en la cual operan.
used by their clients to connect to these Dado el carácter privado de las caracterı́sticas de
servers become very diffuse. This paper la red y las tablas de rutas de los AS, realizar una
presents initial work on a geographical and predicción del camino y servidor al cual cada cliente
topological mapping of an anycast cloud se conectará pasa a ser una tarea muy difı́cil. Esta
over the entire Internet, dividing it into información es muy importante para los proveedores de
/24 networks prefixes, presenting methods estos servicios, para la detección de errores, balanceo
to perform measurements of routes, area of de carga, y posicionamiento de nuevos servidores en
service and distances between servers and puntos estratégicos que permitan el mejor rendimiento
their clients, comparing the theorical optimum y latencia para los clientes.
and the observed reality. NIC Chile actualmente opera su propia nube
anycast con más de 26 servidores distribuidos en
diferentes paı́ses, lo cual incrementa la complejidad del
1 Introducción
ruteo y su descubrimiento. Para obtener un mayor
Anycast es una metodologı́a de enrutamiento que conocimiento sobre las rutas actuales, este trabajo
permite la distribución de los paquetes a diferentes busca realizar una exploración sobre las diferentes
servidores utilizando una única dirección o bloque rutas seleccionadas por los distintos AS en una
IP. Esta metodologı́a es utilizada por servidores DNS dirección de red anycast, determinando el área de
(Domain Name System, por sus siglas en inglés) servicio de cada servidor, los AS involucrados y
[ICCCN6] y CDN (Content Delivery Network, por caracterı́sticas de la red sobre la que se trabaja.
sus siglas en inglés) [CONEXT15] para realizar una
distribución de la carga que estos reciben, y acercar 2 Trabajo Relacionado
los servicios a los clientes, permitiendo disminuir
los tiempos de acceso a los diferentes recursos, e Los análisis que se han realizado sobre las redes
anycast utilizan distintos métodos para obtener el área
Copyright c by the paper’s authors. Copying permitted for de servicio. Dos de los métodos más utilizados en esta
private and academic purposes. área corresponden a los siguientes.
In: Proceedings of the IV School of Systems and Networks
(SSN 2018), Valdivia, Chile, October 29-31, 2018. Published • Análisis de logs y capturas de paquetes:
at http://ceur-ws.org Esta forma de análisis permite a los operadores
de los servicios anycast obtener las fuentes desde 3 Metodologı́a Propuesta
donde se genera el tráfico de manera directa. Esta
En este trabajo, se busca responder las siguientes
posee la ventaja de entregar información exacta de
preguntas: (a) ¿Son los servidores más cercanos los
los lugares en los que sus servicios son utilizados,
que responden las consultas DNS ? (b) ¿Es posible
y los volúmenes de información sobre cada una
determinar las rutas utilizadas por los clientes para
de las redes [PAM07]. Este tipo de análisis no
conectarse a los servidores DNS? (c) ¿Es posible
entrega información sobre la topologı́a de la red
determinar el posicionamiento de un nuevo servidor
sobre la que se trabaja, lo cual no nos permite
DNS según la topologı́a de internet?
realizar un análisis a fondo sobre las rutas que se
utilizan.
3.1 Medición de rutas y área de servicio
El análisis de las áreas de servicio de cada servidor
• Redes de medición: Utilizando plataformas se separará en prefijos de red /24, dado que
con una gran cantidad de puntos de medición, es este corresponde al lı́mite actual utilizado para el
posible realizar un análisis del estado de una red establecimiento de las rutas BGP. En cada uno de
anycast de manera externa. Este tipo de análisis estos prefijos, se elegirá a un representante que se
realiza mediciones de valores tales como el RTT encuentre activo para realizar las mediciones. Para
(Round Trip Time, por sus siglas en inglés) de esto, es posible utilizar Hitlists ya calculadas o realizar
diferentes localizaciones, o utiliza propiedades del un cálculo local de esta [IMC10].
software ejecutado en la nube anycast, tal como Para ejecutar las mediciones del área de servicio
el envı́o de consultas CHAOS a servidores DNS de cada dirección IP. Un servidor en la red anycast
para la identificación de estos. a analizar realizará el envı́o de un paquete UDP o
ICMP a cada dirección de la Hitlists, estableciendo en
Este tipo de mediciones permite obtener una
los demás servidores sondas que reciban las respuestas
visión externa de los servicios. Sin embargo, no
de los paquetes enviados. Dado que la dirección
logran realizar una observación completa sobre
de respuesta corresponde a la nube anycast, los
los clientes de la nube anycast, dado que los
paquetes serán dirigidos por la red hacia el servidor
puntos de observación no existen en todas las
correspondiente al cliente en el prefijo de red indicado,
redes de internet. Plataformas tales como RIPE
tal como se puede apreciar en la figura 1.
Atlas proveen aproximadamente 10,000 puntos de
observación que permiten una buena visión sobre
el despliegue [PAM17], sin embargo, generalmente
estos se encuentran sesgados a lugares con una
gran concentración de usuarios, principalmente
Estados Unidos y Europa, lo cual produce que
mediciones en lugares tales como Sudamérica y
Asia sean poco representativas.
Por otro lado, se han realizado evaluaciones a
largo plazo sobre la disponibilidad y efectividad de los
diferentes despliegues de redes anycast, mostrando los
efectos de diferentes eventos sobre cambios en la red
[NOMS10]. Además, se han realizado estudios sobre
la estabilidad de estas redes, donde se ha encontrado
que las rutas anycast son mayoritariamente estables,
permitiéndonos realizar una mejor planificación de los Figura 1: Ejemplo de ejecución de medición de área
despliegues de estos servidores [TNSM17], sin esperar de servicio. El servidor 1 envı́a paquetes a los cliente
cambios importantes en la topologı́a que afecten al 1 y 2, y las respuestas son enrutadas según las tablas
rendimiento de esta. de rutas de los routers a los servidores respectivos.
Las últimas investigaciones utilizan redes de
medición, realizando una comparación entre el caso Para realizar el cálculo de la ruta sobre la cual cada
óptimo y el observado. En caso de poseer acceso a la servidor en la nube anycast trabaja, por cada paquete
red anycast, se han desarrollado mediciones utilizando recibido del análisis, es necesario ejecutar un traceroute
paquetes ICMP para establecer los bloques IP y áreas para identificar los routers intermedios desde cada
de servicio de cada servidor anycast [IMC17.2]. punto de medición. Este proceso puede optimizarse
realizando una predicción sobre la cantidad de saltos cuales ofrecen una precisión de 70.1% y 66.5%
que separan el cliente y el servidor observando el respectivamente [IMC17.1].
TTL (Time To Live, por sus siglas en inglés) recibido
desde el cliente, tomando la suposición de que los 3.3 Calculo de selección de servidor óptimo
clientes generalmente utilizan un TTL de 64, 128 o
Para realizar la comparación de las rutas teóricas
255. Con este TTL, es posible ejecutar el traceroute
y calculadas desde el punto de vista topológico, se
desde el cliente hasta el origen, y detener su ejecución
utilizarán las rutas extraı́das desde el análisis, y se
al encontrar un router común con otras mediciones,
complementarán con bases de datos externas tales
permitiendo evitar el cálculo de rutas ya realizadas,
como tablas de ruta RIS de RIPE NCC y la base
como se aprecia en la Figura 2.
de datos CAIDA’s Ark [CAIDA]. Luego de esto, se
utilizarán algoritmos de búsqueda para calcular los
pares óptimos entre clientes y servidores, tomando en
cuenta las distancias calculadas entre los AS.
Para el caso de la comparación geográfica, se
utilizará la localización de los servidores anycast ya
conocida, y se comparará con la localización de los
clientes obtenida utilizando la base de datos MaxMind
a nivel de ciudad. Este resultado se comparará con
las distancias a los otros servidores, determinando si
el calculado corresponde o no al más cercano.
4 Resultados Futuros
A través de los experimentos a realizar, esperamos
obtener información sobre las diferentes áreas de
servicio de cada servidor, determinando los routers
Figura 2: Segundo trazado ejecutado por los servidores
o AS en los cuales se produce el cambio de rutas
receptores, el cual se realiza desde un paso anterior del
de un servidor anycast a otro, además de todos los
TTL recibido, hasta detectar un nodo ya medido. Si
routers intermedios que se encuentran asociados a cada
el Router 3 ya se encuentra medido, no se realizara
servidor.
mediciones al Router 2 u otros anteriores.
Por otro lado, podremos apreciar el porcentaje
de clientes que poseen las rutas óptimas a los
servidores anycast, en términos de distancia topológica
3.2 Medición de distancias geográficas y
y geográfica, apreciando las diferencias que pueden
topológicas
existir entre estas.
Para generar un mapa topológico sobre las distintas Utilizando la información sobre las distancias
redes sobre las cuales cada servidor en la nube anycast topológicas, en complementación con información de
trabaja, es posible asociar cada dirección IP en las los clientes actuales en los servidores, será posible
rutas calculadas a un AS en particular utilizando calcular una posición en la red tal que, al posicionar
información recolectada por RIPE NCC sobre los un nuevo servidor en la nube anycast, la reducción
Servicios de Ruteo de Información (RIS, por sus siglas de los RTT sea máxima. Esta posición solo podrá
en inglés, Routing Information Service), la cual posee calcularse de forma teórica, dado a diferencias en los
las subredes sobre las cuales cada AS trabaja. algoritmos utilizados para el cálculo de las rutas en los
Para establecer las distancias actuales entre cada diferentes AS. Sin embargo, nos entregara información
paso de las rutas calculadas, se utilizará el RTT inicial para comenzar un análisis de la posición de un
obtenido de cada medición, estableciendo la distancia nuevo servidor.
entre cada router o AS como el tiempo que toma cada Por último, es posible utilizar la información
paquete de pasar desde un salto a otro. generada por estos experimentos para realizar otros
Para realizar la medición de las distancias tipos de análisis, tal como la detección de IP Spoofing,
geográficas del servidor y sus clientes, se utilizará realizando una comparación entre la IP de los clientes
la base de datos MaxMind [MAXM] para realizar con el área de servicio de cada servidor, logrando
la geolocalización a nivel paı́s de cada dirección IP detectar consultas que no deberı́an ser recibidas por
analizada. En caso de necesitar incrementar la estos. Esto puede ser utilizado como medida de
precisión a nivel ciudad, es posible utilizar versiones mitigación de ataques DDoS, donde servidores DNS
pagadas de MaxMind o NetAcuity [NETAC], las son utilizados como método de amplificación.
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