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1 Internet est-il performant ? Les Cottrell – SLAC École SIG et nouvelles Technologies, République Démocratique du Congo, 12-17 Septembre, organisée par.

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1 1 Internet est-il performant ? Les Cottrell – SLAC École SIG et nouvelles Technologies, République Démocratique du Congo, Septembre, organisée par lUniversité de Kinshasa Translated by Guillaume Cesieux, SLAC

2 2 Plan Caractéristiques dInternet –Utilisateurs, capacités, satellites, taille de paquets, protocoles, routage, flux Comment est-il utilisé –Applications etc. Quelle est la performance mondiale dInternet –Vue par de nombreuses mesures et métriques Les besoins des applications

3 Utilisateurs 3

4 Internet Usage growth Millions dutilisateurs Pénétration % Asie Europe Amer N. Amer L. Africa M. Orient AustrAsia Amer. N. Australie Europe Amer. L M. Orient Asie Afrique Monde 0 20% 50% 80% Millions dutilisateurs Année ,09 milliards mars 2011

5 Exemple: La Chine La Chine nétait pas connectée à Internet jusquen mai 1994 La première connexion permanente était à IHEP/Pékin en utilisant une liaison satellite via SLAC 5 au/article/128099/china_cel ebrates_10_years_being_co nnected_internet

6 Où sont-ils ? 6 Villes connectées à Internet Utilisateurs dinternet en ,8% de croissance/an ~¼ pop mondiale lutilise Pays développés le sature Les pays en dev. rattrapent 73% pénétration au USA 43% utilisateurs en Asie

7 Bande passante 7

8 Quest ce qui est disponible? 8 Capacité Source: Telegeography Capacity

9 Qui utilise encore le satellite? 9 Terrestrial GEOS Min RTT (ms) GEOS (Satellite à orbite géostationnaire) Bonne couverture mais cher en $/Mbps 50 fois plus cher quaux 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

10 Types de paquets et tailles 10

11 11 Taille de paquet Principalement 3 tailles: POURQUOI? Taille de paquet (octets) Probabilité cumulée % 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 nutilisant pas la MTU discovery

12 12 Usage des protocoles dInternet 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 Flux/10min In Out Aujourdhui TCP domine Flux/protocols à SLAC TCP UDP ICMP

13 Routage 13

14 14 Sauts (Hops) Nombre de sauts entre 4 sites (Japon, S. Cal, N. Cal, E. Canada sauts en moyenne) Nombre de sauts Faible dépendance du RTT sur le nombre de sauts 95% 50% 5% RTT Sauts

15 15 Force de la connectivité Angle = longitude du siège de lAS 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

16 Une position moins centrale pour les USA 16 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, lInde et le Japon Situation plus équitable Plus dur pour la CIA !

17 17 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 RTT ms U. Chicago vers Advanced

18 Flux 18

19 19 Taille des flux Distribution lourde, in ~ out, flux UDP plus court que les TCP, paquets ~ octets 75% TCP-in < 5ko / 75% TCP-out < 1,5ko (<10 paquets) UDP 80% < 600 octets (75% < 3 paquets), ~10 * plus de TCP que dUDP Top UDP = AFS (>55%), Real (~25%), SNMP(~1.4%) On peut grossièrement caractériser cela en une loi de puissance avec pente & interception SNMP Real A/V AFS Serveur de fichier

20 20 Durée des flux 60% des flux TCP durent moins dune seconde –On sattendait à ce quils durent plus longtemps –Mais 60% des flux UDP durent plus de 10 secondes – Peut être dû à lusage intensif dAFS au SLAC –Une autre étude (CAIDA) reporte que les flux UDP durent moins longtemps que les flux TCP TCP outbound flows Temps dactivité en secondes Mesuré avec netflow Flux restreints à 30 minutes

21 Applications 21

22 Web 22 Mi 2012 IE < 50% - Chrome dépassera Firefox

23 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 ( ) iPhones (désormais accessoirement un téléphone) –Le trafic des mobiles double chaque année 23 Yahoo Google Facebook YouTube

24 Croissance de la vidéo Le trafic P2P, encore majoritaire aujourdhui, 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

25 Utilisation dinternet et causes 25 Enterprise & tier 1 asert.arbornetworks.com/2009/08/the- internet-after-dark

26 26 Caractéristiques des usages du Web La taille des objets varie de site à site, de serveur à serveur et en fonction de lheure –En 2000 des valeurs moyennes typiques sont entre et octets par objet Cela dépend aussi du type dobjet, des ordres de grandeurs sont ~100 ko a qq. Mo pour une petite vidéo, ~100 ko pour du postscript & audio, html applets & image ~ Kb Bytes La taille moyenne des pages web a triplé en 5 ans ( ) erage-web-page/www.websiteoptimization.com/speed/tweak/av erage-web-page/

27 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 27 Application sur le web e.g. , calendrier, albums photos, jeux...

28 28 Tracé du trafic mensuel dESnet, Janvier 1990 – Décembre 2008 Impact sur les réseaux - Historique du trafic sur ESnet Téraoctets / mois Oct TBy/mo. Aug MBy/mo. Jul TBy/mo. 38 months 57 months 40 months Nov TBy/mo. Apr PBy/mo. 53 months Le trafic sur ESnet est en moyenne multiplié par 10 tous les 47 mois July PBy/mo.

29 Performance par les métriques 29

30 30 De quoi depend la performance? La performance dinternet de bout en bout vue par les applications dépend de: –RTT (Round Trip Time - Temps daller retour) –Perte de paquets (losses) –Gigue (Jitter) –Laccessibilité –Les goulot détranglement –Implémentation/configurations –Du besoin des applications Des données présentes dans les paquets

31 msec. ITU G ms RTT seuil pour la voix 31 RTT de SLAC vers le monde RTT ~ distance/(0.6*c) + hops * router delay Router 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?

32 32 RTT de Californie vers le monde Longitude (degrés) 300ms RTT (ms.) Fréquence RTT (ms) Source = Palo Alto CA, Cote O. Cote E. US Cote O. US Europe & Amérique du Sud Europe 0.3*0.6c Bresil Cote E. Données fournies par le CAIDA Skitter project Pourquoi ces distributions?

33 33 Longitude RTT (ms) Mesuré depuis le Japon RTT du Japon vers le monde

34 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 34 Gigue 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….

35 Pertes de paquets Sur les bons liens cest souvent dû à la congestion Atténuation du signal dB, équipements sans fil Souvent au « last mile » 35 Indépendant de la distance Fort impact Temps réel, jeux, voix, frappe dupliquée 1% de perte suffisent à perturber la VoIP

36 Débit dérivé (Derived Throughput) 36 Retard par rapport a l'Europe: 5 ans: Russie, Amérique Latine, Moyen Orient 6 ans: Asie du SE 9 ans: Asie du Sud 12 ans: Asie centrale 16 ans: Afrique Central 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

37 Où est le meilleur débit? 37

38 Voix sur IP Affectée par: –Pertes, RTT, gigue Qualité mesurée par le score MOS (Mean Opinion Score) 38 –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 lAmérique latine ont fait de gros progrès en 2002 en passant du satellite au terrestre. –USA, Europe, Asie de lE, Russie et Moyen Orient ont tous un MOS > 3.5 –Bien: Asie du S.E, Moyen: Asie du Sud - lAsie Centrale progresse –LAfrique commence à émerger

39 39 Besoins des applications Basé sur ITU Y1541 & Stanford (Haptics) Le seuil de perte de 0,001 pour la VoIP était auparavant 0,25 mais cétait 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 ApplicationTemps réel VoIPWAN connectivity Web free services Flux video Haptics (Chirurgie a distance) 1 way delay150ms 1000msundefined400ms160ms jitter50ms1000msundefined17ms1ms Loss10 -3 undefined

40 Et ensuite? Terminaux mobiles 40G (transatlantique, US), cœur de réseaux à 100Gb Bande passante dédiée à la demande (couches 1 & 2) –Réservation dun chemin à une certaine bande passante pour un certain temps –Utilisation de la QoS –HEP, radio astronomie, recherche climatique IPv6 40

41 Questions & liens www-iepm.slac.stanford.edu/pingerwww-iepm.slac.stanford.edu/pinger mon/tutorial.htmlwww.slac.stanford.edu/comp/net/wan- mon/tutorial.html jan09/report-jan09.docwww.slac.stanford.edu/xorg/icfa/icfa-net-paper- jan09/report-jan09.doc 41

42 Comparaison avec les indices de développement Abv.NameOrganizationCountries Date of Data GDP Gross Domestic Product per capita CIA HDIHuman Development IndexUNDP DAIDigital Access IndexITU NRINetwork Readiness Index World Economic Forum TAI Technology Achievement Index UNDP DOIDigital IndexITU OIIndexITU CPICorruption Perception Index Transparency Organization Choose most: up-to-date, countries, important factors HDI & DOI


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