i-path プロジェクト- インターネットの見える化の実現に向けて-

小林 克志（産総研）
下田晃弘、後藤 滋樹（早大）
村瀬 一郎（早大理工学研究所、三菱総研）
持永 大（三菱総研）
ADVANCED INDUSTRIAL SCIENCE AND TECHNOLOGY (AIST)
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NATIONAL INSTITUTE OF

2009年6月30日火曜日

インターネットの『見える化』とは• 従来は、職人芸的手法で内部状態を『推定』➡基盤の多様化で『推定』だけでは効率的な通信は困難に• 帯域幅 9.6Kbps - 10Gbps、ハンドオーバー、輻輳以外が原因の損失・遅延• P2P・CDN のピア・サーバ選択、可用帯域に最適化された符号化選択➡情報開示による付加価値• 提供サービス検証、通信障害時の状況把握、位置情報の利用• ネットワーク内部の『見える化』＝『可視化』が不可欠• Knowledge Plane[*] に必要な、“sensor”, “actuator” のうち“sensor” を実現

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2009年6月30日火曜日

インターネットの『見える化』とは• 『見える化』＝『可視化』• 通信パスに関する情報を、「端末側」提供する枠組み• 目標：• 「端末側」（利用者、アプリケーション）に対して「ネットワーク」を『可視化』する• 目標外：• 「運用者」向けの『可視化』• 「運用者」向けに『可視化』された情報の提供

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2009年6月30日火曜日

『可視化』の要件• スケーラビリティ• 端末数、ルータ数、フロー数、複数ドメイン....

• 遅れのない情報取得• 単純で正確な処理• 開示範囲の制御• パス利用以外の端末からのアクセス制限• 通過 ISP, 利用者の意向の尊重

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直接 SNMP, Proxy による「可視化」
1.端末からの直接 SNMP アクセス解放• 管理プレーンの介在• 高頻度のアクセス• 通信パスの決定にはルータ経路表からパスを再構成• 誰でも（パスに関係ない端末から）ルータにアクセス可

2.Proxy, NMS アクセス• 端末／サーバ数の適正化、管理ドメインごとに異なるサーバ• 端末 - サーバ, サーバ - ルータへの高頻度のアクセス• 通信パスの決定は、サーバ？端末？
• 誰でも（パスに関係ない端末から）情報にアクセス可能• ISP vs. P2P サービス提供者の対立 -> draft-kiesel-alto-h12-00.txt• 運用向け「可視化」手法を解放するというアプローチに問題
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「端末」に必要な情報とは？

• 通信相手までのパスに関する情報• 輻輳状態,ボトルネック帯域,可用帯域,遅延,corruption loss
• 複数パスが選択できる場合は、個々のパスの情報を利用• 一般「端末」にはネットワーク全体の情報は冗長• ソースルーティングは無効、端末からの径路指定は不可能• 途中ルータの経路表からパスを再構成する必要がある
10%
1G

10%
2.4G

10%
1G

10%
10G

< 1%100M

50%
600M

10%
600M

80%
1G

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50%
1G

10%
1G

『可視化』とend-to-end 原理• end-to-end 原理は端末側の性能向上が背景• 電話からコンピュータへ• 『可視化』によって端末側に情報が提供されれば、振る舞いの最適化余地は大きい• end-to-end 原理：端末側で実現不可能な機能をネットワークで実現することを禁止していない• ネットワークに何かを頼むのではなく、なにができるかを聞く
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in-band cross-layer approaches- for enhancing transport-• ルータは多くの情報を管理している• Network is dumb, router is also smart, not only terminals.

• Jack up with shim layer between IP and TCP/UDP• ETEN, PTP, SIRENS➡ ルータが SHIM 層に書き込むことで情報を提供• XCP, TCP-QS➡＋シグナリングとリソース（空き帯域）管理機構

DATA
DATA

TCP, UDP

TCP, UDP

SHIM

IP

IP

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in-band cross-layer approaches
TCP Data

BW ?

BW ?

BW ?

BW ?

} Control

200M

200M200M

1G1G}

Request Data}

Response Data

200Mbps

1Gbps

200M@63

200M@63

100M@62

1G@62

TCP Ack.

PTP: retrieve every hop’s data by single packet with header growth
BW @63

TCP Data

Null@62
BW
Null

200M@64
100M@63

BW @62

BW @63
200M
BW@62

1G

1G

BW @63200M

200Mbps
IP TTL == 63
IP TTL == 62} Control} Request Data

1Gbps

TCP Ack.

200M@63
1G@62}

Response Data

SIRENS: one packet collects one router’s data, multiple packets
are required to retrieve whole path

送受信側の協業が必須、送受信者間のルータにのみアクセス可
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『可視化』の要件• スケーラビリティ• 端末数、ルータ数、フロー数、複数ドメイン....

• 遅れのない情報取得• 単純で正確な処理• 開示範囲の制御• パス利用以外の端末からのアクセス制限• 通過 ISP, 利用者の意向の尊重

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意向 = ポリシの尊重
end-to-end InternetNTT WiFi
35.699N, 139.772E
Akihabara,Tokyo, JAPANNTT WiFi
220, XYZ st.
Akihabara,Tokyo

NTT ISPBB Router A
Tokyo

NTT 2nd
Data Center
Room 1107
Tokyo

visibility with ENCAP

Alice

NTT WiFi
35.699N, 139.772E
Akihabara,
Tokyo, JAPANNTT WiFi
220, XYZ st.
Akihabara,Tokyo

NTT ISPBB Router A
Tokyo

NTT 2ndData Center
Room 1107
Tokyo

BobPreserving privacy
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意向 = ポリシの尊重
end-to-end Internet
NTT WiFi
35.699N, 139.772E
Akihabara,
Tokyo, JAPANNTT WiFi
220, XYZ st.
Akihabara,TokyoNTT ISP
BB Router A
Tokyo

NTT 2nd
Data Center
Room 1107
Tokyovisibility with ENCAP

Alice

NTT WiFi
35.699N, 139.772E
ISP
policyAkihabara,
Tokyo, JAPANNTT WiFi
220, XYZ st.
ISP
policyAkihabara,Tokyo

NTT ISPBB Router A
Tokyo

NTT 2nd
Data Center
ISP
policyRoom1107
Tokyo

BobPreserving privacy
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意向 = ポリシの尊重
end-to-end Internet
NTT WiFi
35.699N, 139.772E
Akihabara,Tokyo, JAPANNTT WiFi
220, XYZ st.
Akihabara,Tokyo

NTT ISPBB Router A
Tokyo

NTT 2nd
Data Center
Room 1107
Tokyo

visibility with ENCAP

Alice

NTT WiFi
35.699N,
139.772E
AliceʼspolicyISPpolicy
Akihabara,
Tokyo, JAPANNTT WiFi
220, XYZ st.
ISP
policyAkihabara,Tokyo

NTT ISPBB Router A
Tokyo

NTT 2nd
Data Center
ISP
policyRoom1107
Tokyo

Bob

Preserving privacy
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2009年6月30日火曜日

意向 = ポリシの尊重
end-to-end Internet
NTT WiFi
35.699N, 139.772E
Akihabara,Tokyo, JAPANNTT WiFi
220, XYZ st.
Akihabara,Tokyo

NTT ISPBB Router A
Tokyo

NTT 2ndData Center
Room 1107
Tokyovisibility with ENCAP

Alice

NTT WiFi
35.699N,139.772E
Aliceʼspolicy
ISP
policyAkihabara,
Tokyo, JAPANNTT WiFi
220, XYZ st.
ISP
policyAkihabara,Tokyo

NTT ISPBB Router A
Tokyo

NTT 2nd
Data CenterBobʼspolicyISP
policyRoom1107
Tokyo

Bob

Preserving privacy
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開示ポリシ尊重の実現方法• 基本：ISP と送受信者が開示に合意した情報だけ開示• ISP の開示ポリシ：• ルータ側で ACL を設定• ルータ単独で動作、管理ドメイン毎に独立したポリシ• 送受信者のポリシ：• 送受信者が開示可能な範囲を指定• 選択的情報開示

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選択的情報開示
HostAlice• Policy:• Alice & Bob allow to disclose beyond 3rdhop routers.

• Implementation:• Alice does not send req. for neighbor &next neighbor routers, i.e.,1st & 2nd hop.

• Bob does not send back res. as Alice,i.e., 6th & 7th hop.

• Result:• Alice obtains 3-5 hops’ data.
• Bob obtains 3-7 hops’ data

HostBob
1Req,1Req,2Req,3Req,4Req,5Req,6Req,7Dat,1Dat,2Dat,3Dat,4Dat,5Dat,6Dat,7

2Router
3 4 5

67Dat,3Dat,4Dat,5Dat,6Dat,7Dat,1Dat,2Dat,3Dat,4Dat,5Dat,6Dat,7

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実装、展開状況• 拡張 SIRENS を FreeBSD 上に実装
• ルータ機能:TTL モード、基盤情報のキャッシュ・代理応答機構• 端末機能:raw IP, ICMP echo/reply• 展開• 実験室内：13 台のテストベッドを秋葉原、つくばに構築• JGN2+：大手町、堂島の物理ホストにルータを展開• アプリケーション

JGN2+ Virtualization Servers
SIRENS
Router

SIRENS
RouterPoll / Cache
Infrastructure

SIRENS
RouterPoll / Cache
Infrastructure

SIRENS
packets

SIRENS
packets
JGN2+ L2 Infrastructure

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展開にあたっての問題• ISP は情報開示に否定的• 競合他社との関係、技術的制約、セキュリティ• Future Internet でも状況は同じ？
• 研究開発に自ら制約を課すのはどうよ• 透明性の確保は世の流れ• Provisioning/Active-net が実現すれば「可視化」不要• Intserv/active node 普及につながる技術革新は？
• 提供パスの検証は不要？
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まとめ• 「端末」にとってのネットワーク「可視化」➡Knowledge Plane における “sensor” 機能の実現• in-band クロスレイヤ方式を拡張• 端末、ISP の開示ポリシのすりあわせ➡ACL と選択的開示

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謝辞とお知らせ• NICT 委託研究『新世代ネットワークサービス基盤構築技術に関する研究開発』として実施した。

• 電子通信情報学会 IA 研究会 （7/17（金）〆切）• 9/25(金) ＠機械振興会館• 『ネットワーク研究開発テストベッド運用』

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••

HostAlicePolicy•

Alice & Bob allow to disclose beyond
3rd hop routers’.
Implementation•••

Preliminary

Alice sends req. & One Time Pad(OTP) key pairs for all routers.
Original OTP key is overwritten byciphertext at designated router.

•Bob does not send back ciphertexts
ciphered by 6th & 7th.

•Alice does not send keys for 1st & 2nd.
Result:••Alice obtains 1-5 hops’ data.
Bob obtains 3-7 hops’ data

1(Req,Key),1(Req,Key),2(Req,Key),3(Req,Key),4(Req,Key),5(Req,Key),6(Req,Key),7

Router
3 4 5

2

6HostBob

7Cip,1Cip,2Cip,3Cip,4Cip,5Dat,1Dat,2Dat,3Dat,4Dat,5Dat,6Dat,7Cip,1Cip,2Cip,3Cip,4Cip,5Null,6Null,7Cip,6Cip,7Cip,1Cip,2Cip,3Cip,4Cip,5Cip,6Cip,7+Key,1Key,2Key,3Key,4Key,5Key,6Key,7+Key,3Key,4Key,5Key,6Key,7Copyright (C) 2009, Katsushi Kobayashi. All rights reserved., NATIONAL INSTITUTE OF ADVANCED INDUSTRIAL SCIENCE AND TECHNOLOGY (AIST)
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Dat,1Dat,2Dat,3Dat,4Dat,5Dat,6Dat,7