Revisiting the interplay of inter-domain traffic and routing policies

Autor: Krenc, Thomas Jakob
Přispěvatelé: Feldmann, Anja, Technische Universität Berlin, Zinner, Thomas, Beverly, Robert, Hohlfeld, Oliver
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2019
Předmět:
DOI: 10.14279/depositonce-9053
Popis: The Internet started out – with the inception of ARPANET in the 1960s, followed by NSFNET in 1986 – as a government-funded academic research network interconnecting universities and research facilities. Just a few years later, the World Wide Web was invented, and the first commercial service providers emerged. During the transition phase from a research to a commercial-purpose network, most of the crucial changes to protocols, infrastructure, and governance have occurred and continue to shape the Internet today. In its current state, the Internet is a collection of tens of thousands interconnected networks which exchange traffic among each other. These heterogeneous networks, varying in size and type, are owned and operated by organizations with individual interests and goals. While some networks provide connectivity to consumers and companies, other networks focus on the distribution and delivery of content. Depending on their business model, traffic composition and volumes exchanged among these networks can vary significantly. Network operators need to understand the composition of traffic in order to meet the quality expectations of their customers. However, Internet traffic is more diverse than ever. Many different applications, including video streaming, gaming, or file-sharing, dominate the dynamic composition of traffic, while live events such as the World Cup cause major temporal variations in traffic volume. Moreover, an increasing trend towards traffic encryption makes it increasingly difficult for network operators to obtain a holistic picture of the traffic landscape. Further, the manner in which traffic is exchanged between the networks makes it increasingly hard to reason about trends in the Internet. The exchange of traffic is governed by complex business relations among ISPs, or by traffic steering policies performed by CDNs and cloud providers who take advantage of network and path diversity by peering at IXPs. Inter-domain routing and the associated traffic flow is steadily evolving. In order to keep track of developments in the Internet, it is vital to steadily revisit changes to infrastructure and policies and how they affect traffic flow. In this dissertation, we investigate the traffic flow and the underlying routing mechanisms. Specifically, we seek to gain a better understanding of heterogeneity and traffic asymmetries on inter-domain links and the global routing table growth. We dissect the composition of today’s Internet traffic and the interactions of the involved parties and highlight the economic incentives that drive many of the main commercial players to deploy their servers deep within third-party networks. Further, we illuminate how hypergiants and complex business relationships impact the balance and distribution of ingress and egress in inter-domain traffic. Finally, we study the ramifications of these complexities on the global routing table growth by investigating one of the contributors to growth, namely prefix delegations, and how different parties use prefix delegations to influence path selection. Through the analysis of the Internet from multiple points of view, we observe an increasing trend towards network heterogeneity and unconventional routing, which is increasingly diverging from our notion of a hierarchical Internet. Our findings contribute to advancing a new mental model for the Internet’s ecosystem that goes beyond traffic agnostic AS-graph models and can support network operators in network planning and provisioning. Last, insights in the complexities of prefix delegations shed light on current protocol limitations and can inform protocol designers in the future.
Das Internet begann – mit der Gründung von ARPANET in den 1960er Jahren, gefolgt von NSFNET im Jahr 1986 – als staatlich finanziertes akademisches Forschungsnetz, das Universitäten und Forschungseinrichtungen miteinander verband. Wenige Jahre später wurde das World Wide Web erfunden und die ersten kommerziellen Provider entstanden. Während der Übergangsphase von einem Forschungs- zu einem kommerziellen Netzwerk fanden die meisten wesentlichen Änderungen an Protokollen, Infrastruktur und Governance statt und prägen das Internet bis heute. Das heutige Internet ist eine Ansammlung Zehntausender, miteinander verbundener Netzwerke, die untereinander Verkehr austauschen. Diese heterogenen Netzwerke unterscheiden sich in Größe und Typ, und werden von Organisationen mit individuellen Interessen und Zielen betrieben. Während einige Netzwerke Konnektivität für Verbraucher und Unternehmen bereitstellen, konzentrieren sich andere auf die Verteilung und Bereitstellung von Inhalten. Abhängig vom Geschäftsmodell, kann die Zusammensetzung und das Volumen des ausgetauschten Verkehrs erheblich variieren. Netzbetreiber müssen die Zusammensetzung des Verkehrs verstehen, um die Qualitätserwartungen ihrer Kunden zu erfüllen. Der Internetverkehr ist jedoch vielfältiger als je zuvor: Verschiedene Anwendungen, z. B. Video-Streaming, Spiele oder Filesharing, dominieren die dynamische Zusammensetzung, während Live-Ereignisse, wie die Fußballweltmeisterschaft, große temporäre Volumenschwankungen verursachen. Der Trend zur Datenverschlüsselung und die Art des Verkehrsaustauschs zwischen den Netzen, machen es zunehmend schwerer für Betreiber ein Bild der Verkehrslandschaft zu erstellen und Trends zu verstehen. Dabei wird der Verkehrsaustausch von komplexen Geschäftsbeziehungen zwischen Providern oder von Verkehrssteuerung durch CDNs und Cloud-Anbietern, die die Netzwerk- und Pfadvielfalt in IXPs ausnutzen, beeinflusst. Inter-Domain Routing, und der damit verbundene Verkehr, entwickeln sich kontinuierlich. Um Entwicklungen im Internet zu verfolgen, ist es wichtig, Änderungen an Infrastruktur und Richtlinien, und deren Auswirkungen auf den Verkehr ständig zu überprüfen. In dieser Arbeit untersuchen wir den Verkehrsfluss und die zugrundeliegenden Routing-Mechanismen. Insbesondere möchten wir ein besseres Verständnis der Heterogenität und der Verkehrsasymmetrien auf Inter-domain-Links, und des Wachstums der globalen Routing-Tabelle erlangen. Wir analysieren die Zusammensetzung des heutigen Verkehrs und die Interaktionen der beteiligten Akteure, und heben wirtschaftliche Anreize vieler kommerziell relevanter Akteure zum Einsatz von Servern in Dritt-Netzwerken hervor. Zudem beleuchten wir Auswirkungen von Hypergiants und komplexer Geschäftsbeziehungen auf die Balance und Verteilung von Ingress und Egress im Inter-Domain-Verkehr. Zum Schluss untersuchen wir die Auswirkungen dieser Komplexitäten auf das Wachstum der globalen Routing-Tabelle, indem wir einen der Wachstumsträger untersuchen, nämlich Präfixdelegationen, und wie sie von verschiedenen Akteuren verwendet werden, um die Pfadauswahl zu beeinflussen. Durch die Analyse des Internets aus mehreren Blickwinkeln beobachten wir einen ansteigenden Trend hin zu Netzheterogenität und unkonventionellem Routing, der zunehmend von unserer Vorstellung eines hierarchischen Internets abweicht. Unsere Resultate tragen zu einem neuen Denkmodell für das Internetökosystem bei, das über verkehrs-unabhängige AS-Graph-Modelle hinausgeht, und Netzbetreiber bei der Netzwerkplanung und -bereitstellung unterstützen kann. Schließlich geben Einblicke in die Komplexität von Präfixdelegationen Aufschluss über aktuelle Protokolleinschränkungen und können Protokolldesigner in der Zukunft informieren.
Databáze: OpenAIRE
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