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Conséquences involontaires du déploiement de câbles sous-marins sur le routage Internet

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Conséquences involontaires du déploiement de câbles sous-marins sur le routage Internet

 

 

sacs 1Co-écrit par le CAIDA Roderick Fanou, Chercheur postdoctoral; Ricky Mok, Chercheur adjoint; Bradley Huffaker, Directeur technique; et Kc Claffy, Fondateur et directeur.

L'infrastructure physique sous-jacente d'Internet comprend un engrener de câbles sous-marins, généralement partagé par les opérateurs de réseau qui achètent de la capacité aux propriétaires de câbles.

Fin 2020, plus de 400 câbles sous-marins continents interconnectés partout dans le monde et constituait l’épine dorsale océanique de l’Internet. Bien qu'ils transportent plus de 99% du trafic international, peu de recherches universitaires ont été menées pour isoler les changements de performance de bout en bout induits par leur lancement.

On suppose généralement que le déploiement de câbles sous-marins améliore les performances, au moins pour les économies autour du câble. Mais de combien et qu'advient-il du trafic en provenance et à destination des économies voisines?

Pour étudier cela, nous avons examiné le Système de câbles de l'Atlantique Sud (SACS), qui a été lancé à la mi-septembre 2018. Il s'agissait du premier câble transatlantique traversant l'hémisphère sud et a fourni une occasion idéale d'examiner ce qui est arrivé au trafic entre les différentes régions Internet avant et après le lancement.

sacs 2Figure 1 - Cette image montre le réseau Angola Cables, qui comprend le câble SACS. Le câble s'étend sur 6,165 40 km et a une capacité de 4 Tbps et XNUMX paires de fibres (Source: Câbles Angola)SACS relie l'Angola en Afrique au Brésil en Amérique du Sud. Dans notre article, 'Conséquences imprévues: effets du déploiement de câbles sous-marins sur le routage Internet', nous avons jeté un éclairage empirique sur la façon dont il a affecté les modèles de trafic, en étudiant l'impact opérationnel du SACS sur le routage Internet. L'année dernière, nous avons présenté nos résultats à la Passive and Active Measurement Conference (PAM) 2020, où il a reçu le prix du «meilleur article».

Ici, nous résumons les contributions de notre étude, y compris notre méthodologie, et quelques résultats.

 

Comment avons-nous mesuré le changement de performance?

Notre méthodologie quantifie les changements de performance de communication de bout en bout d'un nouveau déploiement de câble sous-marin sur les chemins Internet.

Notre approche repose sur existant cartes / bases de données sous-marines et public mesures infrastructures.

Notre méthode comporte quatre étapes:

  1. Collectez les chemins IP candidats qui auraient pu croiser le câble
  2. Identifiez les interfaces IP du routeur des deux côtés du câble en fonction de ces chemins IP candidats
  3. Rechercher les chemins correspondants (entre les mêmes paires de points de terminaison) dans les ensembles de données de traceroute historiques
  4. Annotez les chemins collectés avec les informations nécessaires à l'analyse, telles que les noms d'hôte, les AS, les géolocalisations IP et les différences de temps aller-retour (RTT) entre les sauts consécutifs

 

Collecte des chemins IP candidats

Identifier les chemins Internet qui passent par un câble nouvellement déployé est assez difficile. Pour identifier avec précision les adresses IP des deux côtés du câble, nous avons besoin d'échantillons de chemins IP le traversant dans les deux sens, que nous pouvons obtenir en exécutant des mesures après le lancement du câble.

Notre première étape consiste à exécuter, dans les deux sens, des traceroutes entre des points de vue (VP) situés au sein de deux réseaux, notés AS1 et AS2, qui sont topologiquement proches des extrémités respectives du câble.

À partir de là, nous obtenons des chemins IP candidats contenant les adresses IP des routeurs traversés par des paquets d'AS1 à AS2 ou vice-versa via le câble ainsi que les temps d'aller-retour (RTT) des adresses IP source respectives vers chacun d'eux. Nous avons sélectionné les réseaux hébergeant des points de vue (VP) ainsi que les VP actifs au sein de ces réseaux, en utilisant les plates-formes de mesure existantes (Arche de CAIDA et Atlas RIPE) et Disponible publiquement bases de données / cartes des câbles maritimes.

 

Identification des interfaces de routeur aux deux extrémités du câble

En utilisant l' contrainte de vitesse de la lumière et la longueur connue du câble, nous avons pu en déduire le RTT minimum pour traverser le câble. Cela nous a donné un seuil que nous pourrions utiliser pour affiner les chemins IP candidats, en trouvant des traceroutes correspondants contenant des bosses RTT supérieures ou égales au seuil minimum inféré.

Nous avons recherché des cas où les emplacements de ces interfaces IP, selon les bases de données de géolocalisation Netacuity et Maxmind, correspondent aux pays liés par le nouveau câble sous-marin. Ensuite, nous avons déduit des paires correspondantes d'adresses IP potentielles de chaque côté du câble et recherché les alias de routeur de ces adresses IP.

 

Recherche des chemins correspondants dans les ensembles de données de traceroute historiques

Utilisation des plates-formes de mesure existantes Atlas RIPE et Arche de CAIDA, nous avons recherché des traceroutes historiques contenant l'une des paires identifiées séparées par une bosse RTT, supérieure ou égale au seuil minimum nécessaire pour traverser le câble étudié. Nous les avons ensuite regroupés en deux ensembles, selon qu'ils étaient exécutés avant ou après le lancement du câble.

 

Annotation des chemins collectés avec les informations nécessaires à l'analyse

Nous avons annoté ces chemins IP avec les noms d'hôte, les AS, les emplacements et les différences RTT entre les sauts consécutifs.

Enfin, nous avons utilisé trois métriques pour évaluer les performances de bout en bout et les chemins AS, avant et après le lancement du câble:

  • Les RTT vers les sauts IP communs les plus proches des destinations traceroute déterminent le temps que les paquets ont mis pour voyager d'une interface source à une IP commune proche d'un réseau de destination donné, mesuré avant et après le lancement du câble.
  • La centralité AS des AS de transit représente le pourcentage de chemins pour lesquels un AS a joué un rôle en transit
  • La longueur des chemins AS traversant le réseau du câblo-opérateur étudié après l'événement, que nous avons comparée à la longueur des chemins AS desservant les préfixes de destination IP source correspondants, pré-événement

 

Alors qu'avons-nous découvert?

 

Comparaison des RTT avant et après SACS

Nous avons commencé notre analyse en comparant les RTT avant et après le déploiement du SACS. Pour le même VP source et le même préfixe de destination, nous avons construit un ensemble de sauts IP communs dans les traces avant et après SACS, et avons sélectionné l'adresse IP la plus proche de la destination comme point de comparaison.

En utilisant les RTT des VP vers les sauts IP à partir des traces pré et post-SACS, nous avons tracé les boîtes à moustaches de la figure 2, regroupant les RTT par continent et plate-forme de mesure.

sacs 3Figure 2 - Boîte à moustaches des RTT minimaux entre les VP Ark et Atlas et les sauts IP communs les plus proches des adresses IP de destination. La ligne rouge de chaque boîte à moustaches représente la médiane de ces RTT minimaux; nous avons marqué le 75e et le 25e percentile ainsi que l'intervalle interquartile (IQR).

 

Quel a été l'impact du SACS sur la latence?

Bien que la latence médiane sur l'ensemble de l'ensemble de données pour les chemins traversant le SACS après le lancement n'ait pas beaucoup changé (baisse médiane du RTT de 2-3 ms); cela masque des diminutions et des augmentations significatives de la latence entre les chemins de / vers des régions spécifiques.

Il est intéressant de noter que les trajets en provenance d'Amérique du Sud ont connu une baisse de latence médiane de 38%, ce qui était assez significatif par rapport aux trajets d'Océanie-Australie (diminution de 8%) et à ceux d'Afrique (3%).

Sur le plan économique, nous avons constaté des améliorations prévisibles des performances (baisse du RTT) pour les trajets allant de l'Afrique au Brésil, ou de l'Amérique du Sud à l'Angola. Cependant, nous avons trouvé une réduction asymétrique du RTT; la diminution du RTT médian de l'Afrique vers le Brésil (73 ms) était un tiers de celle de l'Amérique du Sud vers l'Angola (226 ms). Nous avons également noté des dégradations de performances imprévues et non signalées. Par exemple, nous avons vu des paquets acheminés de manière sous-optimale via SACS pour des chemins allant de l'Amérique du Nord au Brésil ou de l'Afrique / Europe à l'Angola, entraînant une augmentation de la latence.

 

Comparaison de la structure de transport en commun

Nous fournissons une inspection approfondie de la structure de transit avant et après le SACS, une analyse de l'impact sur les longueurs de chemin AS, et une validation de nos résultats dans le papier.

 

Quelles sont les contributions et les principaux résultats de cette étude?

En résumé, les principales contributions de cette étude peuvent être énumérées comme suit:

  • Nous avons introduit une méthode reproductible pour étudier l'impact d'un déploiement de câble sur la topologie et les performances macroscopiques d'Internet
  • Nous avons appliqué notre méthodologie au cas du SACS, le premier câble transatlantique d'Amérique du Sud vers l'Afrique
  • Nous avons découvert que la diminution du RTT pour les chemins IP allant de l'Afrique au Brésil était d'environ un tiers de celle constatée sur les chemins entre l'Amérique du Sud et l'Angola.
  • De plus, nous avons découvert des dégradations de performances surprenantes vers / depuis certaines régions et analysé les causes profondes de ces conséquences involontaires

À partir des résultats de cet article, nous suggérons que pour éviter un routage sous-optimal après l'activation des câbles à l'avenir, les AS pourraient informer les voisins BGP pour laisser le temps aux changements, garantir des configurations iBGP optimales après l'activation et utiliser des plates-formes de mesure pour vérifier l'optimalité du chemin .

Notre code et nos données sont publié pour faciliter la reproductibilité. Cette base de code peut être étendue à d'autres cas d'utilisation de câbles.

 

 

Cet article de blog a été republié à partir de https://blog.apnic.net/2021/02/22/unintended-consequences-of-submarine-cable-deployment-on-internet-routing publié le 22 février 2021. 

 

 


  

A propos de l'auteur

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Roderick Fanou 

Après avoir obtenu son Doctorat en génie télématique à partir de Institut des réseaux IMDEA et Université Carlos III de Madrid, Espagne en 2017, Roderick Fanou, rejoint CAIDA (Université de Californie, San Diego), Aux États-Unis en mars 2018, où il a travaillé comme chercheur postdoctoral jusqu'en mars 2021. Au cours de son séjour, il a contribué à la MANIC et PANDA projets aux côtés d'Amogh Dhamdhere (en 2018) et Kc Claffy. Ses activités de recherche impliquaient d'aider à la conception et au développement de nouvelles applications ainsi qu'à l'intégration de bases de code existantes qui mesurent la congestion, la topologie et les performances interdomaines, pour permettre des projets scientifiques à grande échelle.

L'étude présentée par ce billet est l'un des résultats de sa collaboration avec l'équipe du CAIDA.  

 

 

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