[论文解读] A Multi-Perspective Study of Internet Performance during the COVID-19 Outbreak

Ahmed Elmokashfi, Alfred Arouna+6 more|Research Repository (University of Gloucestershire)|Jan 13, 2021

Internet Traffic Analysis and Secure E-voting参考文献 15被引用 4

一句话总结

这项多重视角研究利用BGP数据、全球延迟测量、DNS稳定性检查、移动网络探测和视频会议流量日志，分析了新冠疫情第一波期间的互联网性能。研究发现，尽管接入网络的性能有所下降——延迟增加、移动速度降低——但整体互联网基础设施由于设计稳健和工程响应灵活，仍表现出合理的稳定性。

ABSTRACT

The rapid spread of the novel corona virus, SARS-CoV-2, has prompted an unprecedented response from governments across the world. A third of the world population have been placed in varying degrees of lockdown, and the Internet has become the primary medium for conducting most businesses and schooling activities. This paper aims to provide a multi-prospective account of Internet performance during the first wave of the pandemic. We investigate the performance of the Internet control plane and data plane from a number of globally spread vantage points. We also look closer at two case studies. First, we look at growth in video traffic during the pandemic, using traffic logs from a global video conferencing provider. Second, we leverage a country-wide deployment of measurement probes to assess the performance of mobile networks during the outbreak. We find that the lockdown has visibly impacted almost all aspects of Internet performance. Access networks have experienced an increase in peak and off-peak end to end latency. Mobile networks exhibit significant changes in download speed, while certain types of video traffic has increased by an order of magnitude. Despite these changes, the Internet seems to have coped reasonably well with the lockdown traffic.

研究动机与目标

• 提供对新冠疫情第一波期间互联网性能的全面、多重视角评估。
• 研究封锁措施对控制平面（BGP路由）、数据平面（延迟）和关键服务（DNS）的影响。
• 利用全球视频会议提供商的真实日志，分析视频流量增长的变化。
• 通过在西欧一国部署全国范围的探测平台，评估移动网络性能。
• 评估在远程办公和远程教育引发的前所未有的流量激增下，全球互联网基础设施的弹性。

提出的方法

• 收集2019年1月至4月和2020年1月至4月期间，来自RouteViews Oregon-IX收集器的BGP路由表转储和更新追踪数据，以比较路由系统动态。
• 利用RIPE Atlas测量全球数千个探测点之间的端到端延迟，时间点为封锁前和封锁期间。
• 利用监控数据分析DNS根服务器性能，评估疫情期间的稳定性。
• 利用全球视频会议提供商的流量日志，量化不同地区视频流量的增长。
• 在西欧一国部署全国范围的测量平台，收集封锁前和封锁后的移动宽带性能数据。
• 将网络指标的定量分析与行业报告和先前研究的定性见解相结合，以提供研究发现的上下文背景。

实验结果

研究问题

• RQ1 新冠疫情封锁如何影响全球互联网控制平面中BGP路由动态和稳定性？
• RQ2 在疫情期间，不同地理区域的端到端延迟和网络性能发生了哪些变化？
• RQ3 DNS根服务器在疫情期间性能是否下降，表明可能存在不稳定性？
• RQ4 全球视频会议流量增长到何种程度，不同客户群体之间的增长情况有何差异？
• RQ5 封锁期间，移动网络性能在住宅区与城市区域有何变化，特别是在数据速度和拥塞方面？

主要发现

• 2020年默认无路由IPv4路由表的增长率（1.7%）低于2019年（3.2%），表明封锁期间网络增长放缓。
• BGP路由动态显示瞬态变化减少，且出现更多流量工程迹象，表明疫情期间网络管理更具前瞻性。
• 大多数国家在高峰和非高峰时段的端到端延迟均有所增加，其中接入网络的性能退化最为明显。
• 西欧一国的移动网络在人口密集的住宅区域数据速度下降，而在人口稀疏区域则因出行减少而速度提升。
• 来自全球会议提供商的视频流量在某些客户中增长超过十倍，部分区域整体视频流量增长超过1000%。
• 尽管接入网络性能下降，DNS根服务器未表现出可测量的影响，表明这一关键互联网组件具有极强的弹性。