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フロー技術によるネットワーク管理
進藤 資訓
ヴイエムウェア株式会社
ネットワーク&セキュリティ事業部 テクニカルリーダー
mshindo@vmware.com
@motonori_shindo
I. 従来のネットワーク管理との違い
従来のネットワーク管理
• SNMPベース
– MRTG
– HP/OV
– …
• RMON or RMON2ベース
JPIXネットワーク運用管理セミナー Copyright © 2013 Motonori Shindo, All Rights Reserved. 3
SNMPによるネットワーク管理
JPIXネットワーク運用管理セミナー Copyright © 2013 Motonori Shindo, All Rights Reserved. 4
外部ネットワーク
SNMP Manager
SNMP Agent SNMP Agent
SNMP AgentSNMP Agent
Get Req/Resp
Set Req
Trap
MIB
SNMPが提供するトラフィック情報
• (論理)インターフェース
を通過したパケット数や
バイト数
– IfInUcastPkts,
IfOutUcastPkts
– IfInOctets, IfOutOctets
– …
• “インターフェースベー
ス” or “L2ベース”のネッ
トワーク管理
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SNMPが提供してくれないもの
• 誰がトラフィックを流しているのか?
– End to End トラフィックの把握
• どのようなトラフィックを流しているのか?
– アプリケーションの把握
• ネットワーク型攻撃のすばやい検知
• ピアリング分析
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RMON / RMON-2
• RMON
– SNMP MIB-Ⅱの拡張
– “ネットワーク”のモニター
– L2(MAC)レベルのvisibility
• RMON-2
– RMONの拡張
– L3 / L4 レベルのvisibility
JPIXネットワーク運用管理セミナー Copyright © 2013 Motonori Shindo, All Rights Reserved. 7
RMON / RMON-2によるネットワーク管理
JPIXネットワーク運用管理セミナー Copyright © 2013 Motonori Shindo, All Rights Reserved. 8
外部ネットワーク
RMON Management Console
RMON Probe
Get Req/Resp
Set Req
Trap
RMON MIB
RMON Probe
RMON Probe
RMON / RMON-2の問題点
• RMON
– Probe(Agent)志向
– 依然としてL3 / L4のvisibilityがない
• RMON-2
– Probe(Agent)志向
• さらに複雑な実装
– サービスプロバイダのニーズを満たしていない
– ライセンス料
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Deep Packet Inspection (DPI)
• パケットの「中身」を全て見て解析する
• 理論的にはなんでも見える!
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DPIの適用例
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 ファイヤーウォール
 IDS / IPS
 帯域制御装置
 トラフィック・アナライザ
DPI悩み
• 見え過ぎる!?
• インライン型ゆえの取り回し
にくさ
• 膨大なログ
• 高速なインターフェースへの
追従
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新たなネットワーク管理手法
• “フローベース”のネットワーク管理!
– End to End の情報の把握
– アプリケーションの把握
– すばやい攻撃の検知
– AS の情報の把握
– …
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フローによるネットワーク管理
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外部ネットワーク
Flow Collector
Flow Exporter
Flow Record
Flow Exporter
Flow Probe
Flow Record
Flow Record
代表的なフロー・プロトコル
• NetFlow
– Ciscoが開発した技術
– Cisco, Juniper, AlaxalA, etc.
• sFlow
– InMonが中心となって開発した技術
– Foundry, Extreme, AlaxalA, Force10, HP, etc.
• IPFIX
– IETFによる標準プロトコル
– マルチベンダー
– NetFlow V9がベース
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3方式の比較
SNMP DPI Flow
レイヤー L2 L1-L7 L3-L4
セキュリティー △ ◎ ○
高速追従性 ◎ △ ○
ストレージサイズ ◎ △ ○
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フロー技術の適用分野
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アプリケーションの把握
サービスプロバイダ エンタープライズ
攻撃の検知
QoSモニタリング
将来予測
課金
ピアリングの最適化 ユーザの挙動把握
フォレンジック
トラフィック・
エンジニアリング
内部統制
II. プロトコル
代表的なフロー・プロトコル
• NetFlow
– Ciscoが開発した技術
– Cisco, Juniper, AlaxalA, etc.
• sFlow
– InMonが中心となって開発した技術
– Foundry, Extreme, AlaxalA, Force10, HP, etc.
• IPFIX
– IETFによる標準プロトコル
– マルチベンダー
– NetFlow V9がベース
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NetFlowキャッシュ
• NetFlowはキャッシュ・ベースのテクノロジー
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Src IF Src IP Dst IF Dst IP Proto Bytes … Active Idle
10 a.a.a.a 24 x.x.x.x 6 1234 327 4
15 b.b.b.b 24 y.y.y.y 17 23456 1920 25
24 c.c.c.c 3 z.z.z.z 6 5678 54 10
フロー
NetFlowキャッシュ
コレクター
・Src / Dst IPアドレス
・Src /Dst ポート番号
・プロトコルタイプ
・ToSバイト
・入力インターフェース
キャッシュなので・・・
• いつかはフラッシュする必要がある
– Inactive Timer (default = 15秒)
– Active Timer (default = 30分)
– TCP FIN or RST
– キャッシュが一杯になった時
• 実装依存
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フロー
30分 15秒
NetFlowバージョン
バージョン 特 徴
1 最初のバージョン。現在ではほとんど使われていない。
5
最も多く使われているバージョン(と思われる)。BGP
ASとフローシーケンスをサポート。
7 Catalyst Switchシリーズのための拡張。
8
アグリゲーションをサポート。サポートしていないコレク
ターが多い。
9 テンプレートベース。IPFIXのベース。
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NetFlow V5 PDU
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Version バージョン フローレコード数
SysUptime
unix-_secs
unix-_nsecs
フローシーケンス番号
エンジンタイプ エンジンID (サンプリングレート)
フローレコード <1>
フローレコード <n>
・
・
・
ヘッダ
フロー
レコード
0 15 16 31
NetFlow V5 フローレコード
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送信元IPアドレス
送信先IPアドレス
入力インタフェース番号
nexthop
first
送信元ポート番号
パディング
出力インタフェース番号
パケット数
オクテット数
最初にフローが観測されたsysuptime
最後にフローが観測されたsysuptime
送信先ポート番号
TCPフラグ ToSプロトコル
送信元AS番号 送信先AS番号
送信元ネットマスク 送信先ネットマスク パディング
0 15 16 31
NetFlow V9
• テンプレート・ベース
• RFC 3954 (Informational)
• IPFIX のベースになった
– 詳しくはのちほど IPFIX のところで説明
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NetFlowパフォーマンス
• オーバーヘッド
– パケットの分類
– エクスポート処理
• 多くのCiscoハードウェアはパケットの分類をハードウェ
アで処理することができる
• バージョン(V5, V8, V9)にはほぼ非依存
• サンプリングは有効!
• 例)
– Cisco 12000、100:1サンプリングの場合、7~15%
程度のCPU負荷増
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sFlow
• NetFlow(Cisco流)への反発??
• RFC 3176 [sFlow V4] (Informational)
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サンプリング
• sFlowは“サンプルベース”のテクノロジー
– NetFlowのようなフローキャッシュは持たない
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コレクター
sFlow
エージェント
sFlow PDU
パケット
ヘッダ
I/F
NextHop
AS情報
I/F統計情報
ユーザ名
パケットキャプチャ
Etc.
インタフェース統計
サンプル
フローサンプル
1つのインターフェース
から入ってきて、スイッ
チ/ルーティングモ
ジュールを経由した後、
(1つ以上の)インター
フェースから出て行く全
てのパケット
sFlowの特徴(vs NetFlow V5)
• レイヤ2の情報を取得できる
• IPv6を扱える
• IP以外のプロトコル(IPX、AppleTalk、等)を扱える
• パケットキャプチャができる
• BGP関連機能のサポート
– BGP Next Hop
– Community
– AS PATH
– Local Preference
• カウンタのサポート
• 軽い Agent (エクスポータ)実装
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sFlowのバージョン
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バージョン 特 徴
2 最初のバージョン
4 BGP community の追加 (RFC 3176)
5
CPU/メモリ使用率、BGP nexthop、MPLS、NATサ
ポート追加。Vendor-specific レコードで拡張可能。
IPFIX
• IP Flow Information eXport
– RFC 5101 (Protocol)
– RFC 5102 (Information Model)
• 歴史
– 49th IETF Dec. 2000, (rtfm2 – realtime traffic flow
measurement 2 BOF)
– 51st IETF August 2001 (ipfx BOF)
• 候補:ARGUS, sFlow, NetFlow, LFAP, CRANE, Diameter, etc.
• 関連WG
– PSAMP (Packet Sampling) WG
• 54th IETF July 2002
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IPFIX アーキテクチャ
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Metering
Process 1
Observation
Point 1
ExportingProcess
Metering
Process n
Observation
Point m
Metering
Process 1
Observation
Point 1
Metering
Process n
Observation
Point m
Collector
Observation
Domain 1
Observation
Domain K
Collector
IPFIX機器
パケット
・・・
・・・
・・・
・・・
・・・
ある期間のあ
いだに、ネット
ワーク中の“観
測ポイント”を
通過したIPパ
ケットの集合
パケット
テンプレート
• テンプレート・セット
– データセットの“設計書”のようなもの
– 拡張性を持たせる手段
• TLV でも実現できたが、オーバーヘッドが問題
• オプション・テンプレート・セット
– フローには直接関係ないメタな情報を伝える
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Template Flowset & Data Flowset の例
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FlowSet ID = 0
Length = 28 bytes
Template ID = 256
Field Count = 5
IPv4_SRCADDR
Length = 4
IPv4_DSTADDR
Length = 4
IPv4_NEXT_HOP
Length = 4
IN_PKTS
Length = 8
IN_BYTES
Length = 8
FlowSet ID = 256
10.10.0.1
10.20.0.30
10.254.0.1
34947
5434325
Length = 60
10.10.0.3
10.33.5.124
10.254.0.1
3434
95048
Template Flowset
Data Flowset
16bits 32bits
Rec#1
Rec#2
IPFIX の新機能(NetFlow V9と比較して)
• SCTP/PR-SCTPが必須のトランスポートになり、
UDP・TCPがオプションに
• フィールド指定フォーマットの導入
– ベンダー拡張が可能
• 可変長IEのサポート
• テンプレートを明示的に消去するTemplate
Withdraw Messageの導入
• セキュリティー
– IPsec or TLS (オプション)
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サンプリング
• 目的
– エクスポータのCPUやメモリの節約
– ネットワーク帯域の節約
– コレクターの性能の節約
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サンプリング方式
• Systematic Sampling
– Count-based
– Time-based
• Random Sampling
– n-out-of-N
– Uniform or Non-Uniform Probabilistic
JPIXネットワーク運用管理セミナー Copyright © 2013 Motonori Shindo, All Rights Reserved. 37
N N N
N N N
III. 運用
設定上の注意点
• SNMPとは根本的に違う考えをする必要があ
る!
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設定上の留意点
• フローは原則 “Ingress” のインターフェースで
効く
– 一部、Egressで効く機器や設定可能な機器もある
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FlowがenableなIF
FlowがdisableなIF
Active timeout
• Ciscoのデフォルトは30分、設定可能最小値
は1分
• ルータの負荷が心配?
– 1分にするとフローレコードはどれくらい増えるの
か?
• 結論:可能なら1分、最低でもコレクターの統
計粒度以下にすべし!
– ip flow-cache timeout active 1
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Catalyst 6500系
• 最も多く使われているエクスポータと思われ
る
• 不幸な事に、フローの設定に関しては一番複
雑なハードウェア
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Catalyst 6500アーキテクチャ
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MSFC
PFC
Cat6500固有の事情
• MSFC, PFCそれぞれにフローの設定が必要
– MSFCはサンプリングできない場合があり
– V9以前のNetFlowでは1筐体で異なるサンプリン
グレートを扱う事ができない!
• フローマスクという概念がある
– OutのifIndexが0で出てしまう
– “interface-full” にすべし
• TCPフラグを出せない
– DoS検出時に注意が必要
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期待したようにトラフィックが見えない
• 全く出ない
• SNMPと(若干)異なる
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全く見えない場合
• インターフェースに設定が入っていない
• OutのifIndexが出ない
• 物理 vs 論理インターフェース
– Link Aggregation、VLAN
– IPインターフェース(Juniper)
• Active timeoutの罠
• ifIndexが変わってしまった!
– snmp-server ifindex persisit
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SNMPとの差異要因
• L2ヘッダオーバーヘッド
• Non-IPトラフィック
• ブロードキャスト&マルチキャスト
• Origin or Destinedトラフィック
• ACL
• サンプリング誤差
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FAQその1
• 最適なサンプリングレートはどれくらいです
か?
– フローの使用目的によって異なる
– ハードウェア・アシストの有無
– 典型的なのは1/100~1/数1,000
– 当然失われるものもある
• フロー数
• スキャン等の振る舞い
• ・・・
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FAQその2
• サンプリングレートが〇〇だとどれくらいの誤
差で収まりますか?
– サンプリングレートで誤差率が決まるわけではな
く、 “サンプル数”で決まる!
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サンプリング理論
• 理論誤差= 196×sqrt( 1/c )
注: 信頼区間95%の場合
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具体例
• 前提
– トラフィック: 1Gbps
– 平均パケットサイズ: 250バイト/パケット
– 統計粒度: 5分
• 計算
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$ irb
>> 196 * Math::sqrt(1/(1.0*1000*1000*1000/8/250*5*60/1000))
=> 0.506069823904436
>> 196 * Math::sqrt(1/(1.0*1000*1000*1000/8/250*5*60/10000))
=> 1.60033329861834
>> >> 196 * Math::sqrt(1/(1.0*1000*1000*1000/8/250*5*60/4000))
=> 1.01213964780887
サンプリングレート高い?低い?
• 言う人によってまちまち!w
• 「レート」なので、
– 1000、2000、とか言うのは正しくない。正しくは
1/1000、1/2000と言うべき
– 従って、1/2000より1/1000のほうが“高い”サンプ
リングレート
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ダブルカウント問題
• 1つのフローに関する
情報を2つ以上のエク
スポーターがエクス
ポートしてしまい、コレ
クターがそれらを重複
してカウントしてしまう
問題
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外部ネットワーク
Flow Record
Flow Record
ダブルカウント問題解決方法(1)
• 単純に考えると・・・
– 同一フローに関するフローレコードをコレクターが
消しこむ
• が、一般的には難しい
– サンプリングの可能性
• ハッシュベースのサンプリングで解決は可能だが、ま
だ実装がない
– 同一のコレクターに捕縛されるとは限らない
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ダブルカウント問題解決方法(2)
• モデル化による解決
– フローを“境界”で捕縛する
– 境界を通過するフローの挙動が“予測可能”であ
るようにネットワークをモデル化する
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モデル化による解決の例
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インターネット
インターネット境界
ホームネットワーク
ASトラフィック分析
• ピアリングの最適化に絶対必要な情報
– コスト・セービングにつながる
• “Origin” vs “Peer” AS
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AS 1
AS5
AS2 AS4AS3
AS6
AS7
Src Orig AS
Src Peer AS Dst Peer AS
Dst Orig AS
Src AS問題
• Dst {Orig/Peer} ASについては、フローレコード中の
dst IP addrをBGP経路テーブルでルックアップすれば
よい。
• Src {Orig/Peer} ASをはっきり特定することはできない。
– 経路の非対称性
– Src IPのSpoofの可能性
– フローレコード中のsrc IP addrをBGP経路テーブルでルック
アップして、そこから来たであろうと「仮定」する(しかない)。
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Src Peer AS問題解決方法
• Src Peer ASオーバーライド
– BGP経路テーブルをルックアップせず、特定のインターフェースから
入ってきたトラフィックは、特定のAS Peerトラフィックであると認識する。
– プライベートなPeerの場合は良いが、IXでPeerしているような場合は
解決できない。
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AS 1
AS5
AS2 IXAS3
AS6
AS7
Src Orig AS
Src Peer AS
AS8
商用コレクター製品(アルファベット順)
• AdventNet – NetFlow Analyzer (N, I)
• ARBOR Networks – peakflow (N, S, I)
• Fluke Networks – NetFlow Tracker (N, S, I)
• Foundry Networks – IronView (S)
• GenieNRM – GenieATM (N, S, I)
• InMon – InMon Traffic Sentinel (S, N, I)
• Lancope – StealthWatch (N, S)
• Plixer – Scrutinizer (N, S)
JPIXネットワーク運用管理セミナー Copyright © 2013 Motonori Shindo, All Rights Reserved. 60
フリーコレクター製品(アルファベット順)
• CAIDA – cflowd (N)
• flow-tools & FlowScan(N)
• InMon – sflowtools (S), sFlowTrend (S)
• nfdump & NfSen (N)
• ntop – ntop (N, S, I)
• Many More!!!
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flow-tools
• ツールの集合
– flow-{capture, cat, dscan, expire, export, fanout, filter, gen,
header, import, log2rrd, mask, merge, nfilter, print, receive,
report, rpt2rrd, rptfmt, send, split, stat, tag, xlate}
• NetFlow V1, V5, (V6), V7, V8
• 例)
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% ./flow-receive 0/0/9990 | ./flow-print | head -10
Sif SrcIPaddress Dif DstIPaddress Pr SrcP DstP Pkts Octets
60 206.204.84.9 00 10.0.135.63 06 15 5f0 2 88
00 10.0.135.63 60 206.204.84.9 06 5f0 15 16 787
60 206.204.84.9 00 10.0.135.63 06 15 5f0 13 1742
00 10.0.155.25 60 204.62.245.167 06 50 bae5 15 948
FlowScan
• cflowd / flow-tools / argus / lfapd (collector) + RRD
(D/B) + RDDTools (visualization)
• Platform : UNIX
JPIXネットワーク運用管理セミナー Copyright © 2013 Motonori Shindo, All Rights Reserved. 63
http://www.caida.org/tools/utilities/flowscan/index.xmlより引用http://www.caida.org/tools/utilities/flowscan/index.xmlより引用
NfSen
• nfdumpのフロントエンド
• Platform : UNIX
JPIXネットワーク運用管理セミナー Copyright © 2013 Motonori Shindo, All Rights Reserved. 64
http://http://nfsen.sourceforge.net/details-graphs.pngより引用
GenieATM 6000
JPIXネットワーク運用管理セミナー Copyright © 2013 Motonori Shindo, All Rights Reserved. 65
http://www.fivefront.com/products/genie/atm6000/function.htmlより引用
Fluke NetFlow Tracker
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http://www.flukenetworks.com/enterprise-network/network-monitoring/OptiView-NetFlow-Trackerより引用
ARBOR peakflow
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http://www.arbornetworks.com/products_x.phpより引用
InMon Traffic Sentinel
JPIXネットワーク運用管理セミナー Copyright © 2013 Motonori Shindo, All Rights Reserved. 68
http://www.msol.co.jp/it/Inmon/i-tokucho.htmlより引用
Plixer Scrutinizer
JPIXネットワーク運用管理セミナー Copyright © 2013 Motonori Shindo, All Rights Reserved. 69
http://www.plixer.com/products/netflow-sflow/scrutinizer-netflow-sflow.phpより引用
IV. ケーススタディー
フローを使った適用事例
• AS間トラフィック把握
• 社内ネットワークのトラフィック把握
• DDoS検知およびmitigation
• ネットワーク費用按分(課金データ)
• フォレンジック・データとしての使用
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アプリケーションの把握
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ヘビートーカーを探せ!
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ワームの発見 ~異常発生~
アラーム
発生
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ワームの発見 ~PPS・FPSの上昇~
Packet per second
Flow per second
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ワームの発見 ~アプリケーションの分析~
特定のインターフェー
スを指定
アプリケーションでの
分析を指示
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ワームの発見 ~原因判明~
犯人はこ
れだ!
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ワームの発見 ~攻撃者と被害者の特定~
攻撃者 被害者
Blackhole Routing (a.k.a RTBH)
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Regional Network
Regional Network
Flow Collector
フローで攻撃を検出1
BGP announcement2
ip route 192.1.1.2 255.255.255.255 Null03
3
ip route 192.1.1.2 255.255.255.255 Null0
攻撃者
被害者
192.1.1.2
Clean Centerを使ったソリューション
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Regional Network
Regional Network
Clean Center
Flow Collector
Protected
Network Zone1
フローで攻撃を検出1
5 きれいになったトラ
フィックをネットワー
クに戻す
攻撃者
被害者
192.1.1.2
Clean Centerへトラ
フィックをフォワード
4
BGP announce3
保護したいZoneの有効化
2
DDoS mitigationにフローを使うことのメリット
• そもそもSNMPでは不可能
– 「何か」が起こっていることは分かるが、「何」が起
こっているか分からない
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仮想化環境の可視化(1)
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参考資料
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– http://www.cisco.com/en/US/products/ps6601/products_i
os_protocol_group_home.html
• NetFlow V9 RFC 日本語訳
– http://www.fivefront.com/technology/flow/rfc3954-
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• sFlow 関連情報
– http://www.sflow.org/
• IPFIX
– http://www.ietf.org/html.charters/ipfix-charter.html
• 各種ツール
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