Internet-Kartographie

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1 Internet-Kartographie Yves Matkovic Chair for Network Architectures and Services Department for Computer Science Technische Universität München Präsentation am 02. April 2014 Yves Matkovic: Internet-Kartographie 1

2 Inhaltsangabe 1 Einführung Definitionen Wer benötigt Internet-Topologien 2 AS-Topologie 3 traditionelle Datenquellen BGP traceroute Datenbanken 4 moderne Lösungsmethoden Verbesserungen von BGP IPS 5 Zusammenfassung Yves Matkovic: Internet-Kartographie 2

3 Definitionen: Topologie und AS Topologie: Verteilung und Verbindung von Knotenrechner Graph mit Knoten und Kanten Autonomes System (AS): Eigenständige Einheit unter administrativer Verwaltung Oft nicht geographisch zusammenhängend Zugang erfolgt über Grenz- bzw. Zugangsrouter Yves Matkovic: Internet-Kartographie 3

4 Definitionen: IXP und Monitore Internet exchange Point (IXP): an viele ASe angrenzende Knotenpunkte Austauschplatz von Daten Verkürzung der Wege zwischen ASen Monitore: auch Aussichtspunkte genannt Viele Punkte, gute Positionierung Erzeugen Snapshots Yves Matkovic: Internet-Kartographie 4

5 Definitionen: Internet Internet: Der Verbund aller Autonomen Systeme Internet-Topologie Meistens: Ein durch BGP aufgespannter Graph Internet-Kartographie: Karte der Internet-Topologie Figure : B. Donnet and T. Friedman. Internet topology discovery: a survey. Yves Matkovic: Internet-Kartographie 5

6 Wer benötigt Internet-Topologien Ingeneure: Physikalische Komponenten Sozialwissenschaftler: Menschliches Verhalten (auf der Anwendungsschicht) Mathematiker: Unterschiedliche Verbindungsstrukturen Sicherheitsforschung: Schutz des Internets Yves Matkovic: Internet-Kartographie 6

7 Inhaltsverzeichnis 1 Einführung Definitionen Wer benötigt Internet-Topologien 2 AS-Topologie 3 traditionelle Datenquellen BGP traceroute Datenbanken 4 moderne Lösungsmethoden Verbesserungen von BGP IPS 5 Zusammenfassung Yves Matkovic: Internet-Kartographie 7

8 AS-Topologie Definition: Graph mit ASen als Knoten und Verbindungen zwischen ASen als Kanten Wo ist der Unterschied zur Definition der Internet-Topologie? Yves Matkovic: Internet-Kartographie 8

9 Unterschied AS 1 AS 2 AS 3 Yves Matkovic: Internet-Kartographie 9

10 AS-Topologie zu simpel Figure : Links: AS-Graph; Rechts: Reale Repräsentation (Bildquelle: W. Willinger and M. Roughan. Internet topology research redux) Yves Matkovic: Internet-Kartographie 10

11 AS-Topologie zu simpel Daher: Multigraph: Mehrere Verbindungen zwischen gleichen Knoten zulassen Knoten nicht atomar, da geographisch verteilt Hypergraph: Eine Kante kann mehrere Knoten verbinden Yves Matkovic: Internet-Kartographie 11

12 AS-Topologie zu simpel IXP (a) verbesserter Graph ohne IXP-Kante (b) verbesserter Graph mit IXP-Kante Yves Matkovic: Internet-Kartographie 12

13 Inhaltsverzeichnis 1 Einführung Definitionen Wer benötigt Internet-Topologien 2 AS-Topologie 3 traditionelle Datenquellen BGP traceroute Datenbanken 4 moderne Lösungsmethoden Verbesserungen von BGP IPS 5 Zusammenfassung Yves Matkovic: Internet-Kartographie 13

14 BGP Grundlegendes: Border Gateway Protokoll (BGP) Verbindet ASe miteinander Wahl der besten Route durch Vergleich von Inputs Eigenschaften von BGP Informationsverbergend Große Flexibilität beim Konfigurieren Skalierbarkeit Yves Matkovic: Internet-Kartographie 14

15 Schwächen von BGP Probleme bei Monitoren: Art der Informationen nicht immer gleich Auf zu wenige Standorte verteilt Verbindung nicht immer verfügbar missing links: Graph unvollständig Falsches oder verzerrtes Bild Verborgene und unsichtbare missing links Yves Matkovic: Internet-Kartographie 15

16 traceroute Aufzeigen von Routern mit Hilfe von ICMP-Paketen Inkrementierung des Time-to-Live(TTL)-Wertes Pakete mit TTL = 0 werden verworfen Zurückschicken von ICMP-Time-Exceeded-Nachrichten Router muss ICMP-Protokoll aktiviert haben Auch Varianten mit UDP und TCP Yves Matkovic: Internet-Kartographie 16

17 traceroute im CAIDA-Projekt Skitter wurde im CAIDA-Projekt entwickelt momentan bestes traceroute-basiertes Kartographierungssystem Internet-Karte auf Schicht 3 parallele ICMP-traceroutes zu einer Quelle 24 Monitore; IPv4-Adressen Jeder Monitor braucht 3 Tage Yves Matkovic: Internet-Kartographie 17

18 Probleme mit traceroute IP-Aliase auflösen: Zurückgeben der IP-Adresse der Netzwerkkarte Router besitzen oft mehrere Netzwerkkarten genaue Anzahl der Router nicht feststellbar genaue Anzahl der Verbindungen nicht feststellbar Figure : Bildquelle: W. Willinger and M. Roughan. Internet topology research redux. Yves Matkovic: Internet-Kartographie 18

19 Probleme mit traceroute Undurchsichtige Layer-2-clouds: Erzeugt von ATM oder MPLS Verstecken physikalische Leitungen vor dem IP-Protokoll Falsches Bild wird von traceroute geliefert Figure : Links: Reale Topologie; Rechts: Von traceroute vermittelte Topologie; Bildquelle: W. Willinger and M. Roughan. Internet topology research redux. Yves Matkovic: Internet-Kartographie 19

20 Datenbanken Internet Routing Register (IRR): Daten oft veraltet und unvollständig Jedoch: policies von vielen Netzwerken gespeichert (Bei BGP-Messungen nicht öffentlich zugänglich) Internet Topology Zoo: Sammlung von Netzwerk-Topologien momentan über 200 Einträge basiert auf öffentlich zugänglichen Daten Yves Matkovic: Internet-Kartographie 20

21 Inhaltsverzeichnis 1 Einführung Definitionen Wer benötigt Internet-Topologien 2 AS-Topologie 3 traditionelle Datenquellen BGP traceroute Datenbanken 4 moderne Lösungsmethoden Verbesserungen von BGP IPS 5 Zusammenfassung Yves Matkovic: Internet-Kartographie 21

22 Verbesserungen von BGP Framework aus Y. He et al.: A systematic framework for unearthing the missing links Rekonstruiert missing links von Internet-Snapshots Überdurchschnittlich viele Inputfaktoren Meistens fehlten Kanten zu IXPs 40% mehr Knoten und 300% mehr Kanten Yves Matkovic: Internet-Kartographie 22

23 Ingress Point Spreading (IPS) Erst dieses Jahr vorgestellt worden Annahmen: Anzahl der Grenzrouter nimmt zu Externer Verkehr nimmt zu Verfahren: 1 Ermittlung der Anzahl der Grenzrouter eines ASs 2 Datenproben verschicken Mit hoher Wahrscheinlichkeit über einen unbenutzten Router Verrät mehr über die Interne Struktur 12% mehr eindeutige Knoten und 12% mehr Kanten gefunden Yves Matkovic: Internet-Kartographie 23

24 Inhaltsverzeichnis 1 Einführung Definitionen Wer benötigt Internet-Topologien 2 AS-Topologie 3 traditionelle Datenquellen BGP traceroute Datenbanken 4 moderne Lösungsmethoden Verbesserungen von BGP IPS 5 Zusammenfassung Yves Matkovic: Internet-Kartographie 24

25 Zusammenfassung Status-Quo: AS-Topologie für viele Fälle zu simpel Schwächen von BGP und traceroute, jedoch häufige Anwendung. Entwicklung: neuartige Verfahren wie z.b. IPS Ziel: Messsystem mit möglichst wenig Schwächen Möglichkeit: Kombination möglichst vieler Datenquellen Yves Matkovic: Internet-Kartographie 25