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Internet est-il performant ?

Les Cottrell – SLACÉcole SIG et nouvelles Technologies, République Démocratique du Congo, 12-17 Septembre, organisée par l’Université de Kinshasa

Translated by Guillaume Cesieux, SLAC

www.slac.stanford.edu/grp/scs/net/talk11/perform.ppt

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Plan• Caractéristiques d’Internet

– Utilisateurs, capacités, satellites, taille de paquets, protocoles, routage, flux

• Comment est-il utilisé– Applications etc.

• Quelle est la performance mondiale d’Internet– Vue par de nombreuses mesures et métriques

• Les besoins des applications

Utilisateurs

3

Internet Usage growth ‘95-’10

495 00 05 09

Millions d’utilisateurs

Pénétration %

0 200 400 600

AsieEuropeAmer N.Amer L.AfricaM. OrientAustrAsia

Amer. N.AustralieEuropeAmer. LM. OrientAsieAfriqueMonde

0 20% 50% 80%

Millions

d’utilisateurs

Année

1500

1000

500

2,09 milliards

mars 2011

Exemple: La Chine• La Chine n’était pas connectée à Internet jusqu’en

mai 1994• La première connexion permanente était à IHEP/Pékin en

utilisant une liaison satellite via SLAC

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www.computerworld.com.au/article/128099/china_celebrates_10_years_being_connected_internet

Où sont-ils ?

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• Villes connectées à Internet

Utilisateurs d’internet en 2002

2,8% de croissance/an~¼ pop mondiale l’utilisePays développés le satureLes pays en dev. rattrapent73% pénétration au USA43% utilisateurs en Asie

Bande passante

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Qu’est ce qui est disponible?

8Capacité

Source: TelegeographyCapacity

Qui utilise encore le satellite?

9

Terrestrial

GEOS

Min

RT

T (

ms)

GEOS (Satellite à orbite géostationnaire)

Bonne couverture mais cher en $/Mbps

50 fois plus cher qu’aux USA> 800% du salaire moyen mensuel c.f. 20% aux USA

ET beaucoup de latence min RTT > 450ms, souvent bien plus à cause de la congestion

Facile à détecter –signature claire

Types de paquets et tailles

10

11

Taille de paquet• Principalement 3 tailles: POURQUOI?

Taille de paquet (octets)

Pro

babi

lité

cum

ulée

%

Paquets

octets

Moy ~ 420 octets, médian ~ 80 octets

Mesuré en Février 2000 au Ames Internet eXchange

~ 84 million de paquets < 0,05% fragmentés

Proche du minimum=telnet et ACKs, 1500 (max Ethernet payload, e.g. FTP, HTTP); ~ 560 octets pour les implémentations de TCP n’utilisant pas la MTU discovery

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Usage des protocoles d’Internet• Il y a 3 principaux

protocoles utilisés sur Internet:– UDP (sans connexion,

datagrammes, best effort )

– TCP (orienté connexion, délivrance ordonnée assurée)

– ICMP (Internet Control Message Protocol)

Période Fev-Mai 2001

Flu

x/10

min

InO

ut

Aujourd’hui TCP domine

Flux/protocols à SLAC

TCP

UDP

ICMP

Routage

13

14

Sauts (Hops)• Nombre de sauts entre 4 sites (Japon, S. Cal, N.

Cal, E. Canada - 10-15 sauts en moyenne)

Nombre de sauts

Faible dépendance du RTT sur le nombre de sauts

95%

50%

5%

RT

T

Sauts

15

Force de la connectivité• Angle = longitude du siège de l’AS dans les entrées WHOIS• Radius=1-log(outdegree(AS)+1)/(maxoutdegree + 1)

– Outdegree = number of next Hops As’ accepting traffic• Bleu foncé & rouge = plus de connexions

• Tous les AS dans le top 15 sont aux USA – Excepté un au Canada

• Peu de liens entre ISPs en Europe et Asie

Une position moins centrale pour les USAwww.nytimes.com/2008/08/30/business/30pipes.html

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• Inventé aux USA• Les 30 première années

la majorité du trafic passait par les USA

• 70%=>20% en 10 ans• Pas de contrôle central• Patriot act => stockage

des informations en dehors des USA

• Investissement fort de la Chine, l’Inde et le Japon

• Situation plus équitable• Plus dur pour la CIA !

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Les routes sont asymétriques• Min, 50% & 90%

RTTs mesurés par une étude

• A révélé de grandes disparités entre RTTs

• Peut être dû à des chemins différents dans les 2 sens, ou à différentes charges sur les liens

Advanced vers U. Chicago

RT

T m

sR

TT

ms U. Chicago vers Advanced

Flux

18

19

Taille des flux

Distribution lourde, in ~ out, flux UDP plus court que les TCP, paquets ~ octets75% TCP-in < 5ko / 75% TCP-out < 1,5ko (<10 paquets)UDP 80% < 600 octets (75% < 3 paquets), ~10 * plus de TCP que d’UDPTop UDP = AFS (>55%), Real (~25%), SNMP(~1.4%)On peut grossièrement caractériser cela en une loi de puissance avec pente & interception

SNMP

RealA/V

AFS Serveur de fichier

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Durée des flux

• 60% des flux TCP durent moins d’une seconde– On s’attendait à ce qu’ils durent plus longtemps– Mais 60% des flux UDP durent plus de 10 secondes –

Peut être dû à l’usage intensif d’AFS au SLAC– Une autre étude (CAIDA) reporte que les flux UDP

durent moins longtemps que les flux TCP

TCP outbound flows

Temps d’activité en secondes

Mesuré avec netflowFlux restreints à 30 minutes

Applications

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Web

22Mi 2012 IE < 50% - Chrome dépassera Firefox

Usages• Le P2P fait face à des poursuites légales (RIAA)• Tendance à la vidéo et aux réseaux sociaux

– La vidéo à la demande double tout les 2 ans (2008-13)

• iPhones (désormais accessoirement un téléphone)– Le trafic des mobiles double chaque année

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Yahoo

GoogleFacebook

YouTube

Croissance de la vidéo• Le trafic P2P, encore majoritaire aujourd’hui,

diminuera en tant que pourcentage global du trafic

24

• La vidéo sur internet, en direct et en téléchargement, occupe une part croissante de la bande passante et atteindra presque 60% du trafic internet en 2014

Utilisation d’internet et causes

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Enterprise& tier 1

asert.arbornetworks.com/2009/08/the-internet-after-dark

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Caractéristiques des usages du Web• La taille des objets varie de site à site, de serveur à

serveur et en fonction de l’heure– En 2000 des valeurs moyennes typiques sont entre 1 500

et 4 000 octets par objet• Cela dépend aussi du type d’objet, des ordres de grandeurs

sont ~100 ko a qq. Mo pour une petite vidéo, ~100 ko pour du postscript & audio, html applets & image ~ 1 000 Kb

Bytes

• La taille moyenne des pages web a triplé en 5 ans (2003-2008)

• www.websiteoptimization.com/speed/tweak/average-web-page/

Pourquoi une telle augmentation?• Nouveau utilisateurs (accès facilité, plus de diffusion)• Nouvelles applications: You-Tube, recherche climatique…• Nouveaux outils de développement: Manuel Génération

automatique• Web 2: Ajax, Javascript, CSS• Haut débit Contenus plus élaborés/attractifs possibles

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• Application sur le web• e.g. email, calendrier,

albums photos, jeux...

28Tracé du trafic mensuel d’ESnet, Janvier 1990 – Décembre 2008

0.0

0.1

1.0

10.0

100.0

1000.0

10000.0

100000.0

Jan,

90

Jan,

91

Jan,

92

Jan,

93

Jan,

94

Jan,

95

Jan,

96

Jan,

97

Jan,

98

Jan,

99

Jan,

00

Jan,

01

Jan,

02

Jan,

03

Jan,

04

Jan,

05

Jan,

06

Jan,

07

Jan,

08

Jan,

09

Jan,

10

observation, 1990-2008

.1, 1, 10, 100, 1000

Exponential fit and projection 2 years forward

Impact sur les réseaux - Historique du trafic sur ESnet

Tér

aoct

ets

/ moi

s Oct 19931 TBy/mo.

Aug 1990100 MBy/mo.

Jul 199810 TBy/mo.

38 months

57 months

40 months

Nov 2001100 TBy/mo.

Apr 20061 PBy/mo.

53 months

Le trafic sur ESnet est en moyenne multiplié par 10 tous les 47 mois

July 201010 PBy/mo.

Performance par les métriques

29

30

De quoi depend la performance?• La performance d’internet de bout en bout vue par

les applications dépend de:– RTT (Round Trip Time - Temps d’aller retour)– Perte de paquets (losses)– Gigue (Jitter)– L’accessibilité– Les goulot d’étranglement– Implémentation/configurations– Du besoin des applications

• Des données présentes dans les paquets

mse

c.

ITU G.114 300 ms RTT seuil pour la voix

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RTT de SLAC vers le mondeRTT ~ distance/(0.6*c) + hops * router delayRouter delay = queuing + clocking in & out + processing

2/3 des pays sont Ok pour la voix, le reste est principalement en Afrique

Quel est le probleme avec > 300 ms?

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RTT de Californie vers le monde

Longitude (degrés)

300ms

300 ms

RTT (ms.)

Fré

quen

ce

RT

T (

ms)

Source = Palo Alto CA, Cote O.

Cot

e E

. US

Cot

e O

. US

Eur

ope

& A

mér

ique

du

Sud Europe

0.3*0.6c

Bre

sil

Cot

e E

.

Données fournies par le CAIDA Skitter project

Pourquoi ces distributions?

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Longitude

RT

T (

ms)

Mesuré depuis le Japon

RTT du Japon vers le monde

Gigue (Jitter)• Variation du RTT, différentes manières de le mesurer

• “Jitter” = IQR(ipdv); ipdv(i) =RTT(i) – RTT(i-1)• Principalement aux extrémités, donc souvent indépendant

des distances• Fort impact les petits flux (VoIP, vidéo, temps réel)• Haptics (Chirurgie à distance) < 1 ms; H.323 < 40 ms avec buffer

34Gigue internet depuis SLAC vers le monde Sept.08

On peut améliorer la voix avec des buffers anti-gigue, e.g 70 ms de cache pour faciliter le transfert

Mais….

Pertes de paquets• Sur les bons liens c’est

souvent dû à la congestion

• Atténuation du signal dB, équipements sans fil

• Souvent au « last mile »

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• Indépendant de la distance

• Fort impact• Temps réel, jeux,

voix, frappe dupliquée

• 1% de perte suffisent à perturber la VoIP

Débit dérivé (Derived Throughput)

36 36

Retard par rapport a l'Europe:

5 ans: Russie, Amérique Latine, Moyen Orient6 ans: Asie du SE9 ans: Asie du Sud12 ans: Asie centrale16 ans: AfriqueCentral Asia, and

Africa are in Danger of Falling

Even Farther behind

In 10 years at the current rate

Africa will be 1000 times worse

than Europe

Derived throughput ~ 8 * 1460 /(RTT * sqrt(loss))Mathis et. al

1993

Où est le meilleur débit?

37

Voix sur IP• Affectée par:

– Pertes, RTT, gigue

• Qualité mesurée par le score MOS (Mean Opinion Score)

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– On peut calculer le MOS à partir du RTT, des pertes et de la gigue– Score MOS: 1=Mauvais; 2=Pauvre; 3=Acceptable; 4=Bon; 5=excellent – La VoIP nécessite raisonnablement un MOS entre 3,5 et 4,2– La Russie et l’Amérique latine ont fait de gros progrès en 2002 en passant du

satellite au terrestre.– USA, Europe, Asie de l’E, Russie et Moyen Orient ont tous un MOS > 3.5

– Bien: Asie du S.E, Moyen: Asie du Sud - l’Asie Centrale progresse– L’Afrique commence à émerger

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Besoins des applications• Basé sur ITU Y1541 & Stanford (Haptics)

• Le seuil de perte de 0,001 pour la VoIP était auparavant 0,25 mais c’était en assumant des pertes aléatoires– En pratiques les pertes sont souvent regroupées

• Perte de paquet dans les mémoires des routeurs• Perte de synchronisation dans les circuits, reconvergence du

spanning tree, changement de routes

Application Temps réel

VoIP WAN connectivity

Web free services

Flux video

Haptics (Chirurgie a

distance)

1 way delay 150ms 150ms 1000ms undefined 400ms 160ms

‘jitter” 50ms 1000ms undefined 17ms 1ms

Loss 10-3 10-3 10-3 undefined 10-5 0.1

Et ensuite?• Terminaux mobiles• 40G (transatlantique, US), cœur de réseaux à 100Gb• Bande passante dédiée à la demande (couches 1 &

2)– Réservation d’un chemin à une certaine bande passante

pour un certain temps– Utilisation de la QoS– HEP, radio astronomie, recherche climatique

• IPv6

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Questions & liens

• www.internetworld.stats.com• www-iepm.slac.stanford.edu/pinger• www.slac.stanford.edu/comp/net/wan-mon/

tutorial.html • www.slac.stanford.edu/xorg/icfa/icfa-net-paper-jan0

9/report-jan09.doc

• http://www.cablemap.info/

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Comparaison avec les indices de développementAbv. Name Organization Countries

Date of Data

GDPGross Domestic Product per capita CIA  229 2001-2006

HDI Human Development Index UNDP 175 2004

DAI Digital Access Index ITU 180 1995-2003

NRI Network Readiness IndexWorld Economic Forum 120 2007

TAITechnology Achievement Index UNDP 72 1995-2000

DOI Digital Index ITU 180 2004-2005OI Index ITU 139 1996-2003

CPI Corruption Perception IndexTransparency Organization 180 2007

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Choose most: up-to-date, countries, important factorsHDI & DOI