JP5170778B2 - Ｂｇｐ障害箇所推定方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、BGPネットワークを対象に各AS間のリンクを通過する経路数（プレフィックス）の変動に基づいて障害箇所を推定するBGP障害箇所推定方法および装置に関する

現在のインターネットは、各組織が保有・運用する小規模な自律ネットワークシステム(AS：Autonomous System)を単位としたドメインの集合であり、各ドメインは特定の他のドメインとBGP(Border Gateway Protocol)を用いたピアリングを行うことで相互に接続されている。

BGPネットワークでは、各ASのルータがRIBと呼ばれる経路表を内部で管理しており、BGPにより互いの経路情報を交換して経路表を構築し、この経路表に基づいて、所定のネットワーク宛にデータを転送するときの最適経路が決定される。経路情報は、宛先アドレスの集合であるプレフィックス（IPアドレスとサブネットマスクのビット数との組）とパス属性とを含んで構成され、プレフィックスが経路と表現されることもある。

ある宛先アドレスが経路表に登録されていれば、その経路表によって該当ルータからその宛先アドレスへの経路(ASパス)が存在し、パケットが到達可能であることが示される。経路情報は、BGP経路更新メッセージ(BGP Updateメッセージ）に記述されて定期的に広報され、各ASのルータは、受信したBGP Updateメッセージに記述されているASパスを抽出し、これに基づいて自身の経路表を更新する。

非特許文献１，２には、BGPネットワーク上で観測されるBGP Updateメッセージから各AS間リンクを通過するプレフィックス数（経路数）を算出し、プレフィックス数の増減から障害箇所を推定する障害箇所推定手法が開示されている。

M. Lad, R. Oliveira, D. Massey, L. Zhang, Inferring the Origin of Routing Changes using Link Weights, IEEE ICNP 2007. A. Campisano, L. Cittadini, G. Di Battista, T. Refice, C. Sasso, Tracking back the root cause of a path change in interdomain routing, IEEE Network Operations and Management Symposium, 2008.

上記の従来技術では、以下に詳述するように、障害箇所を正確に推定することができなかった。図１６は、BGPネットワークの一例を示した図であり、ここでは、BGPネットワークが７つのAS(AS10〜AS70)で構成され、AS10がリンク障害の観測点であるものとして説明する。なお、各ASに付された符号pは各ASが広報するBGP Updateメッセージに記述されるプレフィックスを示しており、その一覧を図１７に示す。

観測点のAS10では、自身が受信したBGP Updateメッセージに基づいて、図１８に一例を示した経路表が作成され、さらに、この経路表に基づいて各AS間リンクのプレフィックス数が集計され、図１９に一例を示したリンク別プレフィックス集計表が生成される。このリンク別プレフィックス集計表では、例えばリンクL10-20を通るプレフィックス（経路）数が「１０」であり、リンクL20-30を通るプレフィックス（経路）数が「１」であることを示している。

ここで、図２０に示したようにAS40とAS60との間のリンク（以下、L40-60と表現する場合もある）で障害が発生し、BGP Updateメッセージが交換されると、AS10からAS60，AS70へ至る経路はAS50を中継するようになるので、観測点のAS10では経路表が図２１に示したように再構築され、これに応じてリンク別プレフィックス集計表も図２２のように更新される。

図２３は、障害発生前のリンク別プレフィックス集計表（図１９）と障害発生後のリンク別プレフィックス集計表（図２２）とを比較した図であり、プレフィックス数の減少が、障害発生リンクL40-60のみならず障害の発生していないリンクL20-40でも認められる。したがって、プレフィックス数の減少だけでは障害発生リンクを識別することができない。

本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決し、BGPネットワークにおいて、各AS間リンクを経由するプレフィックス数の変動に基づいて障害箇所を正確に推定できるBGP障害箇所推定方法および装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、BGPネットワーク上で障害箇所を推定するBGP障害箇所推定装置において、以下のような手段を講じた点に特徴がある。

(1)BGPネットワーク上の各ASからBGPメッセージを受信する手段と、受信したBGPメッセージからASパスを抽出する手段と、抽出されたASパスに基づいて各AS間リンクのプレフィックス数を集計する手段と、障害発生の前後に集計されたプレフィックス数をAS間リンクごとに比較して障害箇所を推定する手段とを具備し、プレフィックス数を集計する手段は、各AS間リンクに関して集計するプレフィックス数を、一方のASを広報元として他方のASを経由するプレフィックスに限ることを特徴とする。

(2)観測点のASについて、その経路表および当該経路表が構築された以降に当該ASが受信したBGPメッセージを所定のBGP管理ノードから取得する手段と、取得した経路表に基づいて各AS間リンクのプレフィックス数を集計する手段と、取得したBGPメッセージからASパスを抽出する手段と、抽出されたASパスに基づいて前記プレフィックス数の集計結果を更新する手段と、更新前後のプレフィックス数をAS間リンクごとに比較して障害箇所を推定する手段とを具備し、プレフィックス数を集計する手段は、各AS間リンクに関して集計するプレフィックス数を、一方のASを広報元として他方のASを経由するプレフィックスに限ることを特徴とする。

(3)各ASパスの利用時間を計測する手段を具備し、障害箇所を推定する手段は、利用時間が所定の基準時間を超えるASパスのAS間リンクを対象にプレフィックス数を比較して障害箇所を推定することを特徴とする。

本発明によれば、以下のような効果が達成される。

(1)各AS間リンクのプレフィックス数を集計する際、障害が発生したAS間リンクにおけるプレフィックス数の変動が、それ以外のAS間リンクよりも大きくなるようにしたので、障害箇所を簡単かつ正確に推定できるようになる。

(2)観察点の経路情報および当該観察点が受信したBGPメッセージを所定のBGP管理ノードから取得し、これらに基づいて各AS間リンクのプレフィックス数を集計するようにしたので、BGPネットワークに接続されていない障害箇所推定装置でもBGPネットワークの障害箇所を推定できるようになる。

(3)各AS間リンクのプレフィックス数の集計結果を比較して障害箇所を推定する際、利用時間の短いASパスのリンクを対象外としたので、一つの障害に対して経路更新が繰り返される場合でも障害箇所を簡単かつ正確に推定できるようになる。

本発明が適用されるBGPネットワークの構成を示した図である。 本発明の第１実施形態に係る障害箇所推定装置のブロック図である。 障害発生前のリンク別プレフィックス集計表の一例を示した図である。 障害発生後のリンク別プレフィックス集計表の一例を示した図である。 障害発生前後のリンク別プレフィックス集計表を比較した図である。 本発明の第１実施形態の動作を示したフローチャートである。 障害発生後にASリンクが更新される様子を示した図である。 障害発生後にASリンクが更新される様子を時系列で示した図である。 時刻T1,T4で最適経路(A)が確立されているときの経路表を示した図である。 時刻T2で代替経路(B)が確立されているときの経路表を示した図である。 時刻T3で代替経路(C)が確立されているときの経路表を示した図である。 障害発生後に各ASリンクのプレフィックス数が変動する様子を示した図である。 本発明の第２実施形態に係る障害箇所推定装置のブロック図である。 ASパスの利用時間に関する計測結果を示した図である。 障害箇所推定装置を専用ノードとして配置する実施例の図である。 BGPネットワークの構成を示した図である。 各ASから広報されるプレフィックスを一覧表示した図である。 障害発生前のネットワークトポロジにおける経路表を示した図である。 従来技術における障害発生前のリンク別プレフィックス集計表を示した図である。 障害発生後のネットワークトポロジを示した図である。 障害発生後のネットワークトポロジにおける経路表を示した図である。 従来技術における障害発生後のリンク別プレフィックス集計表を示した図である。 障害発生前後のリンク別プレフィックス集計表を比較した図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明が適用されるBGPネットワークの主要部の構成を示した図であり、前記と同一の符号は同一または同等部分を表している。本実施形態では、各AS間リンクのプレフィックス数を障害発生の前後で比較し、比較結果に基づいて障害箇所を推定する障害箇所推定装置１が観測点のAS10に実装されている。

図２は、本発明の第１実施形態に係る障害箇所推定装置１の構成を示したブロック図である。BGPメッセージ受信部１１は、BGPネットワーク上の各ASから広報されるBGP Updateメッセージを受信する。ASパス抽出部１２は、BGP UpdateメッセージからASパスを抽出する。最適経路計算部１３は、抽出されたASパスに基づいて自ASから他のASへ至る最適経路を計算し、これを経路情報として経路表１４に登録する。

プレフィックス集計部１５は、各ASパスのAS間リンクを抽出するAS間リンク抽出部１５ａ、および抽出された各AS間リンクに関して集計するプレフィックス数を、一方のASを広報元として他方のASを経由するプレフィックスに限定するプレフィックス選別部１５ｂを具備し、各AS間リンクのプレフィックス数を集計する。

図３は、障害発生前のネットワークトポロジ（図１）において前記プレフィックス集計部１５により集計された各AS間リンクのプレフィックス数を示した図である。図４は、前記図２０と同様にリンクL40-60で障害が発生した後のネットワークトポロジにおいて前記プレフィックス集計部１５により集計された各AS間リンクのプレフィックス数を示した図である。

本実施形態では、各AS間リンクのプレフィックス数を集計する際に、前記プレフィックス選別部１５ｂにより、観測点に近い側をASj、観測点に遠い側をASkとしたとき、集計対象が「ASkが広報元であり、かつASjを経由するプレフィックス」に限定される。したがって、図１に示した障害発生前のトポロジであれば、図３に示したように、例えばリンクL40-60であれば、従来技術では集計対象であったプレフィックスp7が、その広報元はAS70であってAS60ではないので本実施形態では集計対象とされない。同様に、リンクL10-20，リンクL20-30，リンクL20-40，リンクL20-50，リンクL60-70のプレフィックス数も、各リンクLの観測点から遠い側のAS20，AS30，AS40，AS50およびAS70を広報元とするp2，p3，p4，p5，p7の各１つのみとなる。また、リンクL40-60のプレフィックス数は、AS60を広報元とするp6，p10，p11，p12，p13の５つとなる。

これに対して、図２０と同様にAS40とAS60との間のリンクL40-60で障害が発生し、BGP Updateメッセージが交換されると、AS10からAS40を経由してAS60，AS70へ至るASパスは削除され、AS10からAS50を経由してAS60，AS70へ至るASパスが追加される。したがって、観測点のAS10では、経路表１４が前記図２１に示した従来技術と同様に再構築される一方、リンク別プレフィックス集計表は図４のように更新される。

図２へ戻り、以上のようにして障害発生前後のプレフィックス数の集計が完了すると、障害箇所推定部１６では各集計結果が比較される。図５は、障害発生前後のリンク別プレフィックス集計表を比較した図であり、障害が発生したリンクL40-60のみでプレフィックス数が大きく減少している様子が確認できる。したがって、障害箇所推定部１６はリンクL40-60を障害箇所と容易に推定できるようになる。

図６は、本実施形態における障害箇所の推定手順を示したフローチャートである。ステップＳ１では、現在の経路表１４あるいはそれ以前の経路表とその後に受信したBGP Updateメッセージとに基づいて、現在のネットワークトポロジ（図１）に関するリンク別プレフィックス集計表が前記図３のように作成される。ステップＳ２においてBGP Updateメッセージの受信が検知されるとステップＳ３へ進み、当該BGP UpdateメッセージからASパスが抽出される。

ステップＳ４では、抽出されたASパスに基づいて経路表１４が更新される。すなわち、BGP Updateメッセージが"Withdraw（経路取消）"であれば、広報されたASパスが削除される一方、"Announce（経路通知）"であれば、広報されたASパスが追加される。ステップＳ５では、抽出されたASパスがリンク別プレフィックス数の集計対象であるか否かが前記プレフィックス選別部１５ｂにより判別される。集計対象であればステップＳ６へ進み、リンク別プレフィックス集計表が更新される。ステップＳ７では、前記障害箇所推定部１６において更新前後のリンク別プレフィックス集計表が比較される。ステップＳ８では、前記比較結果に基づいて障害箇所が推定される。

ところで、上記の第１実施形態のように、BGP Updateメッセージの受信毎にプレフィックス数を集計すると、通常は使用しないリンクも障害箇所の推定対象となり、障害箇所ではないAS間リンクが障害箇所と誤認されてしまうことがある。

例えば、図７に示したBGPネットワークにおいて、図８に示したように、AS70からAS10へ至る最適なASパス[10 20 40 60 70]が時刻T1で観測されているとき、観測点のAS10では、図９に示した経路表が作成されている。ここで、時刻T2でAS間リンクL40-60に障害が発生すると、初めにAS40からAS20およびAS30の双方に対して、プレフィックスp6，p7，p10，p11，p12，p13の記述されたWithdrawメッセージが送信される。AS20は、このWithdrawメッセージをAS40から先に受信するため、AS30経由でAS70への到達性を確保できると判断する。そして、図７，８に示したように、AS10に対して新たなASパス[20 30 40 60 70]の記述されたAnnounceメッセージを広報し、その結果、AS10の経路表１４が図１０のように変化して代替形路(B)が確立されてしまう。

しかしながら、AS20は時刻T3において、今度はAS30からもWithdrawメッセージを受信するため、図７，８に示したように、AS10に対して今度はAS50を経由する新たなASパス[20 50 60 70]の記述されたAnnounceメッセージを広報し、その結果、AS10の経路表１４が図１１のように変化して新たな代替形路(C)が確立されてしまう。

さらに、時刻T4においてリンクL40-60が復旧すると、AS40はAS20に対して、ASパス「40 60 70」の記述されたAnnounceメッセージを広報するため、AS20はAS10に対して新たなASパス「20 40 60 70」の記述されたAnnounceメッセージを広報する。その結果、AS10の経路表１４は前記図９の状態に戻る。

このように、一つの障害に対して経路更新が繰り返されると、各ASリンクにおけるプレフィックス数の集計結果が図１２に示したように遷移する。その結果、障害箇所ではないリンクL50-60でもプレフィックス数の減少が観測されてしまい、当該リンクL50-60が障害箇所と誤認される場合がある。

本発明の第２実施形態では、このような技術課題を解決すべく、各ASパスの利用時間を観察し、利用時間の少ないASパスを集計対象から外し、利用時間の多い現用系のASパスのみを集計対象とした点に特徴がある。

図１３は、本発明の第２実施形態に係る障害箇所推定装置１の構成を示したブロック図であり、前記と同一の符号は同一または同等部分を表している。本実施形態では、経路表１４に登録されているASパスごとに利用時間を計測し、計測結果を障害箇所推定部１６へ通知する利用時間計測部１７を設け、障害箇所推定部１６は、各AS間リンクのプレフィックス数を比較する際に、利用時間が所定の基準時間を下回るASパスのリンクを参照対象から外し、利用時間が所定の基準時間を上回るASパスのリンクについてのみ、障害発生前後におけるプレフィックス数の変化を参照して障害箇所を推定するようにした点に特徴がある。

図１４は、AS70へのパスとして観測した各ASパスの利用時間の計測結果の一例を示した図であり、ASパス[10 20 40 60 70]の利用時間が２４０時間であるのに対して、他の二つのASパスは０．１時間および１時間であり、利用時間が極端に短くなっている。したがって、本実施形態ではASパス[10 20 40 60 70]が重要経路とされる。その結果、４つのAS間リンクL10-20，L20-40L40-60、L60-70のみが比較対象とされ、他のAS間リンク（例えば、AS間リンクL50-60）は比較対象とされない。したがって、プレフィックス数の減少数が唯一大きいAS間リンクL40-60が障害箇所と推定される。

なお、上記の各実施形態では、本発明の障害箇所推定装置１を観測点のASに実装し、障害箇所をほぼリアルタイムで推定するものとして説明したが、本発明はこれのみに限定されるものではなく、図１５に示したように、障害箇所推定装置１を専用ノードとして配置してもよい。この場合、障害箇所推定装置１は、多数のASとEBGP(External BGP)接続を行って各ASが送信するBGP経路更新メッセージを収集し、BGP経路表を定期的に公開しているRIPE [http://www.ripe.net/]やRouteViews [http://www.ripe.net/]から経路表およびBGPメッセージを別途に取得し、これらに基づいて障害発生前後の各AS間リンクのプレフィックス数の集計して障害発生箇所を推定する。

１１…BGPメッセージ受信部，１２…ASパス抽出部，１３…最適経路計算部，１４…経路表，１５…プレフィックス集計部，１５ａ…AS間リンク抽出部，１５ｂ…プレフィックス選別部，１６…障害箇所推定部，１７…利用時間計測部

Claims (6)

1. BGPネットワーク上で障害箇所を推定するBGP障害箇所推定装置において、
   BGPネットワーク上の各ASからBGPメッセージを受信する手段と、
   受信したBGPメッセージからASパスを抽出する手段と、
   抽出されたASパスに基づいて各AS間リンクのプレフィックス数を集計する手段と、
   障害発生の前後に集計されたプレフィックス数をAS間リンクごとに比較して障害箇所を推定する手段とを具備し、
   前記プレフィックス数を集計する手段は、各AS間リンクに関して集計するプレフィックス数を、一方のASを広報元として他方のASを経由するプレフィックスに限ることを特徴とするBGP障害箇所推定装置。
2. BGPネットワークの障害箇所を推定するBGP障害箇所推定装置において、
   観測点のASについて、その経路表および当該経路表が構築された以降に当該ASが受信したBGPメッセージを所定のBGP管理ノードから取得する手段と、
   取得した経路表に基づいて各AS間リンクのプレフィックス数を集計する手段と、
   取得したBGPメッセージからASパスを抽出する手段と、
   抽出されたASパスに基づいて前記プレフィックス数の集計結果を更新する手段と、
   更新前後のプレフィックス数をAS間リンクごとに比較して障害箇所を推定する手段とを具備し、
   前記プレフィックス数を集計する手段は、各AS間リンクに関して集計するプレフィックス数を、一方のASを広報元として他方のASを経由するプレフィックスに限ることを特徴とするBGP障害箇所推定装置。
3. 前記プレフィックス数を集計する手段は、一方のASを経由して他方のASを経由するプレフィックスを集計しない特徴とする請求項１または２に記載のBGP障害箇所推定装置。
4. 各ASパスの利用時間を計測する手段を具備し、
   前記障害箇所を推定する手段は、利用時間が所定の基準時間を超えるASパスのAS間リンクを対象にプレフィックス数を比較して障害箇所を推定することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のBGP障害箇所推定装置。
5. 前記障害箇所を推定する手段は、利用時間が所定の基準時間を下回るASパスについて、そのAS間リンクのプレフィックス数を比較対象としないことを特徴とする請求項４に記載のBGP障害箇所推定装置。
6. BGPネットワーク上で障害箇所を推定するBGP障害箇所推定方法において、
   BGPネットワーク上の各ASからBGPメッセージを受信する手順と、
   受信したBGPメッセージからASパスを抽出する手順と、
   抽出されたASパスに基づいて各AS間リンクのプレフィックス数を集計する手順と、
   障害発生の前後に集計されたプレフィックス数をAS間リンクごとに比較して障害箇所を推定する手順とを具備し、
   前記プレフィックス数を集計する手順では、各AS間リンクに関して集計するプレフィックス数が、一方のASを広報元として他方のASを経由するプレフィックスに限られることを特徴とするBGP障害箇所推定方法。

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