[논문 리뷰] Impact of Evolving Protocols and COVID-19 on Internet Traffic Shares

Luca Schumann, Trinh Viet Doan외 3명|arXiv (Cornell University)|2022. 01. 01.

Internet Traffic Analysis and Secure E-voting인용 수 8

한 줄 요약

이 연구는 CAIDA(미국/브라질)와 MAWI(일본)의 두 개의 글로벌 측정 지점에서 수집한 피사측 정적 측정 자료를 바탕으로 변화하는 인터넷 프로토콜과 코로나19 팬데믹이 트래픽 구성에 미친 영향을 분석한다. 연구 결과, MAWI 데이터에서 HTTPS 대 HTTP 비율이 3:1에 이르는 등 트래픽 비중의 상당한 변화, 2020년에 12.2%에 도달한 IPv6 도입 증가, 원격 근무 트래픽(예: OpenVPN, rsync, Webex) 증가 등이 드러났으며, 지리적 및 네트워크 유형에 따라 프로토콜 추세에 뚜렷한 차이가 있음을 확인했다.

ABSTRACT

The rapid deployment of new Internet protocols over the last few years and the COVID-19 pandemic more recently (2020) has resulted in a change in the Internet traffic composition. Consequently, an updated microscopic view of traffic shares is needed to understand how the Internet is evolving to capture both such shorter- and longer-term events. Toward this end, we observe traffic composition at a research network in Japan and a Tier-1 ISP in the USA. We analyze the traffic traces passively captured at two inter-domain links: MAWI (Japan) and CAIDA (New York-Sao Paulo), which cover 100GB of data for MAWI traces and 4TB of data for CAIDA traces in total. We begin by studying the impact of COVID-19 on the MAWI link: We find a substantial increase in the traffic volume of OpenVPN and rsync, as well as increases in traffic volume from cloud storage and video conferencing services, which shows that clients shift to remote work during the pandemic. For traffic traces between March 2018 to December 2018, we find that the use of IPv6 is increasing quickly on the CAIDA monitor: The IPv6 traffic volume increases from 1.1% in March 2018 to 6.1% in December 2018, while the IPv6 traffic share remains stable in the MAWI dataset at around 9% of the traffic volume. Among other protocols at the application layer, 60%-70% of IPv4 traffic on the CAIDA link is HTTP(S) traffic, out of which two-thirds are encrypted; for the MAWI link, more than 90% of the traffic is Web, of which nearly 75% is encrypted. Compared to previous studies, this depicts a larger increase in encrypted Web traffic of up to a 3-to-1 ratio of HTTPS to HTTP. As such, our observations in this study further reconfirm that traffic shares change with time and can vary greatly depending on the vantage point studied despite the use of the same generalized methodology and analyses, which can also be applied to other traffic monitoring datasets.

연구 동기 및 목표

• IPv6, HTTPS, QUIC와 같은 진화하는 프로토콜이 시간이 지남에 따라 인터넷 트래픽 구성에 어떻게 영향을 미쳤는지 이해하기 위해.
• 코로나19 팬데믹의 단기적 영향이 응용 계층 트래픽 패턴과 프로토콜 사용에 어떻게 작용했는지 조사하기 위해.
• 미국/브라질에 위치한 CAIDA와 일본에 위치한 MAWI와 같은 다양한 측정 지점 간의 트래픽 구성 비교를 통해 지리적 및 네트워크 수준의 변동성을 평가하기 위해.
• 특히 원격 근무 및 안전한 통신과 관련된 주요 프로토콜과 애플리케이션의 트래픽 비중 변화를 정량화하기 위해.
• 측정 지점 선택이 인터넷 측정 연구에서 중요한 이유를 부각하기 위해. 추세는 위치와 네트워크 유형에 따라 상당히 다름을 확인함.

제안 방법

• 국경 간 링크에서의 피사측 트래픽 모니터링: CAIDA(뉴욕–상우아우주)와 MAWI(일본), 각각 4TB와 100GB의 데이터를 캡처함.
• 프로토콜, 포트, 주소 패밀리(IPv4 대 비대응 IPv6) 별 바이트 비중을 기반으로 한 트래픽 분석. 응용 계층 프로토콜과 전송 계층 행동에 중점을 두었음.
• 2018년 3월부터 2020년 12월까지의 종단 간 트래픽 구성 비교. 팬데믹 이전 및 기간 동안의 데이터 포함.
• 팬데믹 기간 동안의 원천 및 목적지 자율 시스템(AS) 분석을 위해 익명화된 데이터와 일부 익명화되지 않은 AS 수준 데이터(MAWI에서 제공)를 활용함.
• 포트 번호와 TLS/SSL 서명을 기반으로 한 프로토콜 분류. 그러나 HTTP/2, DoH, DoT와 같은 신규 프로토콜은 응용 계층 가시성이 부족해 탐지에 한계가 있음.
• 시간에 따른 트래픽 비중의 통계적 집계 및 시각화. CAIDA와 MAWI 데이터셋 간 상호 비교 분석 수행.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 코로나19 팬데믹은 응용 계층 및 프로토콜 수준에서 인터넷 트래픽 구성에 어떤 영향을 미쳤는가?
• RQ2 특히 원격 근무 관련 서비스에 대해 팬데믹 기간 동안 트래픽의 원천 및 목적지 자율 시스템(AS)이 크게 변화했는가?
• RQ3 현재 IPv6 트래픽 비중은 얼마이며, 다양한 측정 지점에서 시간이 지남에 따라 어떻게 변화해 왔는가?
• RQ4 HTTPS가 인터넷 트래픽에서 HTTP를 얼마나 대체했는가? 이 비율은 다양한 네트워크 위치에서 어떻게 다름?
• RQ5 QUIC과 MPTCP와 같은 신규 전송 프로토콜이 기존 TCP 대비 트래픽 비중과 도입 추세에서 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• MAWI 데이터셋에서 HTTPS 대 HTTP 비율이 3:1에 도달하여, 특히 팬데믹 기간 동안 암호화된 웹 트래픽으로의 전환이 뚜렷하게 나타남.
• CAIDA 링크에서 2018년 3월부터 2018년 12월까지 IPv6 트래픽 비중이 1.1%에서 6.1%로 증가했고, MAWI 링크에서는 약 9%로 안정적으로 유지됨.
• 팬데믹 기간 동안 OpenVPN 및 rsync와 같은 원격 근무 애플리케이션 트래픽이 상당히 증가했으며, Webex ASe의 트래픽 볼륨도 뚜렷한 증가를 보임.
• 비슷한 IPv4 애플리케이션 혼합 비율을 보일지라도, MAWI 링크의 IPv6 트래픽은 HTTPS 대비 HTTP 비중이 더 높아지는 경향을 보였고, IPv4 측과는 다름.
• CAIDA 링크에서 QUIC는 전송 계층 트래픽의 7%를 차지하여, 비교적 신규 프로토콜임에도 불구하고 도입이 증가하고 있음을 시사함.
• CAIDA 데이터셋은 IPv4 트래픽에서 HTTPS 대 HTTP 비율이 2:1이었고, MAWI는 3:1이었으며, 이는 프로토콜 도입에 있어 지역 및 네트워크 특성에 따른 차이를 반영함.