Author basilguo@163.com

Date Aug. 11, 2023

Description 高级计算机网络：互联网连接以及IXP

CSE390高级计算机网络学习之Internet Connectivity + IXP（Internet eXchange Point）。课件有点老，2014年，现在情形还需看论文才能知道吧。不过我也只是学习IXP而已。

Internet Connectivity

互联网是全球最大的端到端网络，也是最大的分布式系统。互联网的核心是一些tier1的ISP，连接了内容、用户以及区域性ISP。互联网现在的标准是TCP/IP，TCP/IP网络协议栈是分层的，但网络却是在趋于扁平化的。

网络最大的价值在于寻址编址以及可达性。想要理解网络就要学会测量网络，诚如Kelvin爵士所说：“If you can not measure it, you can not improve it.”

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但是网络测量是一项极其困难的工作，有很多先行工作关注在路由器和AS拓扑、ISP或个人流量学习等，但是却对域间流量缺乏认知。

而且网络变化极快，2010年一篇发表在SigComm的文章：Internet inter-domain traffic对互联网域间流量进行了测量，有几个发现值得探讨

  1. 2007年全球最顶级的10个域间流量来源还是tier1的ISP，但是2009年Google和Comcast就跻身到了前十，Google以5.2%的占比排名第3，Comcast以3.12%的占比排名第6，而且排名最高的tier1 ISP的流量，一个显著的部分就是transit的Google流量。由此可见，域间流量变化之迅猛：互联网内容提供商的域间流量将会超越tier1 ISP。

  2. 2007年1000个AS贡献了互联网50%的流量，而2009年150个AS就贡献了50%的流量，可见流量越来越集中，也很符合马太效应了。2009年全球由RIR分配的AS累计也达到了3万多个，虽然可能很多还没有真正用于实际网络中，但这占比有点夸张了。 image.png

  3. 还有一个显著的市场表现：投资Internet Transit的回报逐年下降，投资互联网广告的回报平稳上升。这无一不再展示着互联网域间流量的变化。

这个变化就和互联网交换节点IXP的涌现有关。从前的网络是需要hop-by-hop转发的，stub AS的流量要经过transit AS，然后就得要给transit AS付费。而经过IXP的转发，ISP和用户都节省了时间和金钱开销。很多顶级内容提供商都具备更多的“度”，也就是他们的AS具有更多的邻居。

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这个变化导致了新型互联网的出现：从分层向扁平化的过度。

网络测量

互联网的拓扑，也就是互联网的逻辑连接，实际上很少会关注于物理拓扑上，是一幅图，节点是AS，边是AS之间的连接。AS之间的连接有两种方式：Customer-Provier以及Peer-Peer。

测量互联网拓扑的方式有：

  • 被动测量：例如BGP路由监测，可以测量拓扑收敛性以及每个邻居提供的可见性数量。
  • 主动测量：例如Traceroute，但是能够测量出来IP而非AS；例如TransitPortal。

被动测量：BGP Route Monitors

这种方式需要自治域的参与，例如RouteViews项目，从多个观测点的参与者AS接收BGP宣告，BGP宣告中包含起源AS以及AS-PATH，这样就可以将BGP宣告组成一个拓扑。但是这其实可能也暴露了商业关系决定的路由策略。我们之前有提到AS之间的连接关系，其实就是一种商业关系。为了防止路由泄露和路由劫持，实际上路由宣告需要遵循无谷特性，以保证路由路径不会形成低谷。最简单的低谷就是一个Provider1（P1）的路由经由Customer1（C1）错误宣告给了Provider2（P2），这就形成了路由低谷。

通过BGP路由监测的方式还面临着其它挑战：例如BGP宣告并不完整反映连接关系。例如上述案例中，C1遵循无谷特性的路由宣告，那么实际上P2将不会知道C1和P1的连接。

主动测量：Traceroute

traceroute需要主机主动发起路由探测，所以如何获得大量可用的观测点是比较困难的。

在www.traceroute.org中，有几百台服务器在运行traceroute程序。这些服务器由ISP或其他网络运营商在管理维护。

RIPE NCC搞了Atlas，通过将一种特殊的硬件设备发给志愿者们来运行，相当于分发了几千枚探针以探测网络。【2023年8月11日查看：Connected: 12837 Disconnected: 2517 Abandoned: 19417，好像志愿者不是那么靠谱】

也有通过BitTorrent这种软件来测量网络的，例如Dasu。这倒是一个好的想法，P2P的网络很符合网络特性，也能探测到RouteViews探测不到的连接。不过估计要用户同意也是一个难事吧，不让用户知道就很麻烦了。

主动测量：Transit Portal

在上述两种测量方式中，只能探测到在使用中的路径，而不是完整的连接。而互联网还有很多冗余线路作为容灾备份。想要获取完整的连接，就需要发现这些备份连接。

Transit Portal的解决方案是研究者掌控AS和前缀，参与者组成AS的边界。每个参与者的BGPMux作为边界路由器，连接Transit Portal用户，发送BGP updates。反正有点复杂，没得看懂，得找相关研究才行，不过我不做网络测量，不看了。

IXP

AS之间连接，要么是Point of Presence（直连），这种方式创建新的连接很昂贵；要么是IXP（Internet eXchange Points），就是AS1-IXP-AS2的连接方式，要扩容比较简单，经济实惠。

IXP的工业界定义就是：A physical network infrastructure operated by a single entity with the purpose to facilitate the exchange of Internet traffic between Autonomous Systems，以及The number of Autonomous Systems connected should be at least three and there must be a clear and open policy for others to join。

查看世界IXP的地图，可以使用[这个网站]，教授课件就是突出一个资源丰富啊！

一个ISP内部就是一堆交换机和光缆的集合，后面有说是L2交换机，看图也像。不过不经夸啊，夸完下图网址打不开了。。。

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IXP存在，得以让AS之间互相peering。IXP有四种peering策略。

  • Open Peering：任何时间、任何地点，都可以作为peer，是最为常见的策略。
  • Selective Peering：有条件的peer。
  • Restrictive Peering：倾向于不和很多实体做peer
  • No Peering：这就是transit提供商。

有关IXP的系统流量吞吐可以去看维基百科: List of Internet exchange points by size，应该更新会比较勤快。

有趣的观察以及解惑：

  1. Myth1：Tier1 ISP不公开peer

    1. 实际上所有的tier1 ISP都是IXP成员，并且使用公开peering，但是他们通常使用restrictive peering策略，而大部分IXP成员使用open peering策略。毕竟定位以及利益不同，无可厚非。

  2. Myth2：在IXP建立peering非常费劲

    1. 实际上大部分IXP使得成员之间建立peering关系非常方便。

  3. Myth3：IXP peering连接是备份连接

    1. 实际上大部分IXP连接是真实流量的连接。都能看到流量经过。

  4. Myth4：IXP很无聊

    1. 实际上IXP和大的AS以及内容提供商没啥区别（as interesting as）

  5. Myth5：IXP和AS很大不同

    1. 实际上IXP和正常的AS越来越像了。