基于IPv6的anycast服务

张丽

报告内容

l anycast定义l 应用背景（做什么样的事情）

l 需要解决哪些问题

l 为什么在IP层来做l 计划怎样做

l 相关研究

l 进度安排

anycast定义

l 为anycast报文提供到服务于该anycast地址的一组服务器中的至少一台（最好是一台）的尽力而为传送的无状态服务。（RFC1546,1993）

l 发送到一个 anycast 地址的报文被传送到由该地址标识的接口之一（最近的一个，根据路由协议的距离量度标准）。（RFC2373,1998）

Group A

(Member 1)

Group A

(Member 2)

Sender 2

Sender 1

Anycast Packet

Anycast Packet

IP anycast

XXX://1.1.1.2/yyy/…..

到哪个1.1.1.2最快，而且它能够服务？四川联通！ …

…北京联众

1.1.1.2

四川联通

1.1.1.2

广州电信

1.1.1.2

保定热线

1.1.1.2

我们的目标

需要解决哪些问题

l 怎样知道这个地址对应于哪些服务器，而且这些服务器都是活着的

l 怎样找到能够最快的服务器

l 怎样保证连续的服务都由同一台服务器来做

l 其他

为什么要在IP层来做

l 应用层做法

l IP层做法优缺点

应用层的三种常见做法

l 用户在每次连接服务器之前逐个测试（等待时间过长）；

l 目录服务器

l DNS

目录服务器

l 目录服务器定期替潜在的用户检测；

l 用户连接服务器前向目录服务器查询；

缺点：

用户必须首先知道“目录服务器”的位置每个用户区域内必须有这样的“目录服务器”每次探测都直接由anycast服务器参与

DNS

l 多个服务器由一个域名标识；

l anycast服务器定期探测到潜在用户的距离，并发送给DNS服务器；

l 用户在解析时获得一个最优的服务器

缺点：

用户需要知道DNS服务器的位置每次探测都直接由anycast服务器参与每次用户访问都必须解析域名

IP层做法的优点

l 用户连接服务器前，不用进行距离探测，也不用向任何做选择的服务器查询；

l anycast服务器只定期报告其状态，不再参与到用户距离的探测，该开销与用户数量无关；

l 探测距离过程的开销比应用层小。

探测距离过程的开销比应用层小

ABC

DE

FGIP层测量G,C,B 到A距离的开销

应用层测量G 到A距离的开销

应用层测量C 到A距离的开销

应用层测量E 到A距离的开销

IP层做法的缺点

l 必须分配IP地址空间：l 使用anycast寻址需要路由器支持；l 服务器选择由网络来做，用户没有参与的可能；

l 无连接服务问题；

l 网络层处理服务器吞吐率、负载之类的应用层路由指标比较难。

对这些缺点这样说

l IPv6已经为anycast分配了地址空间；l 由于IPv6的接纳，anycast已经被路由器厂商逐步支持；l 在多数情况下，用户不参与是一种方便；

l 无连接服务可以通过IP源路由轻松解决，开销非常小；l 网络层可以通过anycast服务器向路由器的活动报告中，捎带服务器吞吐率、负载之类的指标，使IP-anycast在一定程度上考虑这些指标。

无连接服务问题

Group A

(Member 1)

Group A

(Member 2)

Group A

(Member 3)

TCP client

TCP SYN

packet

SYN-ACK Packet

TCP ACK

packet

计划怎样做

l 任务分析

l IP对anycast支持现状分析l 到底怎样做

目标

l 找到最快的服务器

l 最快=最短服务时间=最短网络传输时间+最短服务器服务时间

l 服务器服务时间在负载不过重的情况下认为近似相同

l 目标：找到网络传输时间最短的服务器

总任务

以最短网络传输时间为路由指标的

IP-anycast服务

要做哪些事情

l 知道一个anycast地址对应于哪些服务器，而且这些服务器都是活着的

l 找到网络传输时间最短的服务器

l 保证连续的服务都由同一台服务器来做

l 其他

组管理协议

路由协议

无连接问题解决方案

链路地址解析方案

如果什么都不做，IPv6能实现以最短传输时间为路由指标的anycast吗？

l 成立了组管理小组，没有结果；anycast服务器可以通过直接运行路由协议直接进入路由系统

lRIPlOSPFlBGP

lND （邻居发现）

lARP

l 路由协议（没有专门的路由协议）l 无连接服务

l 链路地址解析

l 结论

Anycast in RIP

B,CBCBCC

522644

ABCDEF

hopcostdest

3

4

2

1

4

2

2

2

1

1

A

DB

C E

F

S

A

A

路由协议（ RIP ）

只支持跳数做最短路径选择；

不支持多个等距离路径之间的选择；

结论：

可以知道最短网络传输时间的服务器；

相同距离服务器中的一台屏蔽掉其他服务器

前提：

跳数反映网络传输时间；主机直接参与路由

Anycast in OSPF

R3 R4 R5

A

R2

A

R1

R3 R4 R5

R2 A

R1

路由协议（ OSPF）（1）

支持一个或多个路由指标。若只用一个路由指标，则任选。如，cisco的OSPF：基本带宽是否支持等距离多路径选择由实现决定

结论：

可以找到最短网络传输时间的服务器；

相同距离服务器中的一台可能屏蔽掉其他服务器

不同自治系统的OSPF可能使用不同的路由指标

路由协议（ OSPF）（2）

前提：

各个自治系统路由的距离指标统一

支持反映网络传输时间的距离指标

支持等距离多路径选择

主机参与路由

主机路由作为外部路由

路由协议（ BGP ）

以最短AS（自治系统）数目为路由指标

结论：

可以找到最短传输时间的服务器

前提：

最短AS路径反映网络传输时间

无连接服务问题

建议更改TCP协议，规定anycast地址不能做源地址结论：

有副作用

anycast源地址鉴别机制的新需求源/目的地址对安全检查的手段无法奏效实施困难

更改TCP协议

TCP client

TCP server

TCP SYN(SA=C,DA=A)

TCP SYN-ACK(SA=S,DA=C)

TCP ACK(SA=C,DA=S)

SA：源地址

DA：目的地址

S：server地址

C：client地址

A：anycast地址

地址解析协议

ND和ARP只能将一个IP地址解析成一个链路地址区别：

ND较快发现正在使用的链路地址的主机宕机ARP等到超时才能发现结论：

若局域网内有多个anycast服务器，则一个将篇屏蔽掉其他的

ARP的超时更新会破坏有连接服务

地址解析过程

R

A

A

A

A的MAC?

A的MAC?

A的MAC?

MAC1

MAC2

MAC3

A:MAC2

MAC1

MAC3

…

总结

l 没有组管理，主机通过运行路由协议加入，很危险

l 建议更改TCP协议，有副作用，而且实施困难l 路由协议需要改动，需要反映网络传输时间的路由指标，而跳数和AS数不能反映网络传输时间

l 链路地址解析协议不能满足anycast的要求

结论

如果什么都不做，IPv6不能实现以最短传输时间为路由指标的anycast！

跳数和来回时间的关系（RTT)

在IP层到底怎样做

l 要解决的问题 l无连接服务问题

l组管理

l路由

l链路地址解析

l 要注意的问题– 应该避免主机参与路由

– 无连接服务不采用更改TCP协议的解决方案

IPv6对anycast的特别限制（技术成熟时去掉）

l IPv6限制1：Anycast地址不能分配给主机主机参与路由-〉很危险-〉 Anycast地址不能分配给主机-〉服务器不能使用anycast服务

l IPv6限制2： Anycast地址不能作为源地址更改TCP协议-〉anycast不能作为源地址

-〉实施困难-〉源地址鉴别

-〉不能用源/目的检查手段

无连接服务问题

l 目标

简单、易于实现、开销小、能够将anycast地址做源地址，避免带来的安全需求

l 解决方案

使用IP源路由选项

插入IP源路由

组管理

l 目标

及时把可用的、合法的anycast成员列表反应给路由系统；

l 解决方案

针对anycast特点的组管理协议

D1

D3NAM

D2

AM

A4

A2

A3

A1SAM

AM

AM

AM

R1

R2R3

R4 R5R6

R8

R7

R9

Anycast 组管理协议

SAM:超级组管理者，负责管理和分发组成员列表

AM:组管理者，负责根据组成员列表鉴别成员，产生并传播合法可用活动成员表

NAM:非组管理者，没有组成员表，负责传播活动成员表

路由

l 目标

以最短网络传输时间为指标、简单、开销小，

l 解决方案

独立于其他路由协议的以最短网络传输时间为目标的anycast路由算法

R1 R2 R3 R4

R5 R6 R7 R8

R9 R10

R11 R12 R13 R14

R15 R16 R17 R18

14

13

12

1

4

13

22

6

17

36

3 1

32 4

1

5

吸收算法

吸收过程从每个与anycast服务器相连的路由器开始，依次由近及远经过每个网络节点

路由形成过程反映网络传输时间

一个路由器经过一些会话成为另一个路由器关于某个anycast地址的下一跳的过程叫做吸收

地址解析

l 目标

简单，支持同一局域网中多个anycast主机l 解决方案

不改变地址解析协议，把anycast成员的单播地址作为最后一跳，由路由系统通过现有地址解析协议变相完成地址解析

地址解析解决方案

U3的MAC?

U3的MAC?

U3的MAC?

MAC3

U3:MAC3

U1,U2,U31A

nextcostdest

R

A

A

A

U1

U2

U3

相关研究

l anycast多路路由协议四种序（SSP,MIN_D,SBT,CBT），加权随机多路径选择

l GIA（a framework for scalable global ip-anycast）利用cache技术，使用带有宿主网络号的独立anycast地址，修改BGP

l CCDA（content distribution architecture using network layer anycast）边缘路由器负责探测距离，更改DNS，更改客户端程序

l 其他

安全、QoS，地址预留等等

进度安排

2002年8月- 2002年8月末，路由算法以及组管理协议性能模拟测试

2002年9月- 2002年9月末，设计anycast服务总体体系结构，同时修改并进一步完善路由及组管理协议；

2002年10月- 2002年10月末，设计并实现anycast服务原型系统，同时考虑地址压缩算法；

2002年11月- 2002年12月末，测试，改进系统，形成一个比较稳定的原型系统。