Towards a dynamic Internet interconnection ecosystem for improved wide-area traffic delivery

Abstract

Traffic delivery is a fundamental aspect of the Internet today as most of the traffic relates to applications such as streaming and gaming, which have strict service requirements. As a consequence, in recent years, peering infrastructures such as Internet eXchange Points and colocation facilities have emerged as crucial elements of the Internet topology. Today, these facilities provide physical interconnection for hundreds to thousands of Autonomous Systems, creating rich connectivity environments. Despite the potential benefits, any pair of Autonomous Systems needs first to agree on exchanging traffic. By interviewing and surveying more than 100 network operators, we discovered that most interconnection agreements are established through ad-hoc and lengthy processes heavily influenced by personal relationships and brand image. As such, Autonomous Systems often prefer long-term contracts at the expense of a potential mismatch between actual delivery performance and current traffic dynamics. Autonomous Systems may also miss interconnection opportunities because their operators do not have a personal relationship or do not have information to build their opinion about the other AS. We argue that peering infrastructures have a considerable unexplored potential to allow network operators to be more responsive to the Internet traffic dynamics and improve wide-area traffic delivery performance, since, in addition to the rich connectivity, their peering ports have substantial amounts of spare capacity during most time. To unleash this potential, we propose Dynam-IX, a Dynamic Interconnection eXchange. Dynam-IX allows network operators to build trust cooperatively and implement traffic engineering policies to exploit the plentiful interconnection opportunities at peering infrastructures quickly while preserving the privacy of peering policies. Dynam-IX offers a protocol to automate the interconnection process, an intent abstraction to express interconnection policies, a legal framework to digitally handle contracts, and a distributed tamper-proof ledger to create trust among Autonomous Systems. To evaluate our approach, we build a prototype and show that an AS can establish tens of agreements per minute with negligible storage and network overheads for Autonomous Systems and the peering infrastructure. We also show that Dynam-IX scales to the size of the largest peering infrastructures, demonstrating its practicality.

Entrega de tráfego é um aspecto fundamental da Internet atual uma vez que a maior parte do tráfego está relacionada à aplicações como streaming e jogos, as quais possuem requisitos estritos de serviço. Em consequência, nos últimos anos, infraestruturas de peering como pontos de troca de tráfego e pontos de interconexão emergiram como elementos cruciais na topologia da Internet. Hoje em dia, estes locais fornecem conecitividade física para centenas ou até mesmo milhares de sistemas autônomos, criando ambientes ricos em conecitividade. Apesar do benefícios, qualquer par de sistemas autônomos precisa primeiro concordar em trocar tráfego. Através de entrevistas e uma pesquisa com mais de 100 operadores de rede nós descobrimos que a maior parte dos acordos de interconexão são estabelecidos através de um processo manual e demorado que é largamente influenciado por relações pessoais e reconhecimento de marcas. Desta forma, sistemas autônomos seguidamente preferem estabelecer contratos de longa duração ao custo de uma potencial discrepância entre a efetiva entrega de tráfego e a dinâmica atual de tráfego. Sistemas autônomos podem também perder oportunidades de interconexão porque seus operadores não possuem relações pessoais ou não possuem informações para construir sua opinião a respeito do outro sistema autônomo. Nós argumentamos que infraestruturas de peering possuem um considerável potencial ainda não explorado para permitir que operadores de rede sejam mais responsivos à dinâmica de tráfego da Internet e possam com isso aprimorar a entrega de tráfego na Internet, uma vez que, além da rica conecitividade, as infraestruturas de peering também possuem uma quantidade considerável de capacidade ociosa durante a maior parte do tempo. Para habilitar este potencial nós propomos o Dynam-IX, um ponto de interconexão dinâmico. O Dynam-IX permite que operadores de rede construam confiança de forma cooperativa e implementem políticas de engenharia de tráfego que exploram as oportunidades de interconexão das infraestruturas de peering de forma rápida enquanto mantém a privacidade das políticas de interconexão. O Dynam- IX oferece um protocolo para automatizar o processo de interconexão, uma abstração de intenções para expressar políticas de interconexão, um arcabouço de contratos para lidar com aspectos legais digitalmente e uma base de dados distribuída e não-adulterável para criar confiança entre os sistemas autônomos. Para avaliar nossa proposta nós construímos um protótipo e mostramos que um sistema autônomo pode estabelecer dezenas de acordos de interconexão em um minuto com sobrecarga negligível de armazenamento e de rede para os sistemas autônomos e para a infraestrutura de peering. Nós também mostramos que o Dynam-IX escala para o tamanho das maiores infraestruturas de peering, demonstrando assim a sua viabilidade.