Optimierung der Internet-Routen in San Diego für schnelleren Zugriff

In der heutigen digitalen Welt ist es echt wichtig, online schnell an Informationen zu kommen. Die Netzwerke, die uns helfen, auf diese Infos zuzugreifen, müssen gut funktionieren, und wie schnell sie das tun, kann unser Erlebnis stark beeinflussen. In diesem Artikel schauen wir uns an, wie wir die Routen, die Daten im Internet nehmen, verbessern können, um Wartezeiten zu verkürzen.

#Das Problem mit den aktuellen Internet-Routen

Die Struktur des Internets besteht aus vielen Verbindungen zwischen verschiedenen Netzwerken oder Systemen. Diese Verbindungen sind nicht immer die besten, um Daten zu senden. Da jedes Netzwerk Geld sparen will, wählen sie oft den günstigsten Weg, was zu längeren und ineffizienten Routen führt. Zum Beispiel könnte jemand in San Diego, der auf einen Server an der University of California, San Diego (UCSD) zugreifen möchte, zuerst nach Los Angeles geleitet werden, obwohl der Server viel näher ist.

Um das zu verdeutlichen: Wenn wir uns die Daten von der Struktur des Internets anschauen, sehen wir, dass der Verkehr von San Diego zu UCSD oft über Los Angeles läuft, bevor er sein Ziel erreicht. Diese unnötige Umleitung führt zu langsameren Reaktionszeiten.

#Die Rolle der Internet Exchange Points (IXPs)

Internet Exchange Points (IXPs) sind Orte, die verschiedenen Internetanbietern (ISPs) helfen, sich zu verbinden. Los Angeles hat mehrere IXPs, was oft bedeutet, dass Daten aus San Diego zuerst zu diesen IXPs in LA reisen müssen, nur um dann wieder zurückzukommen, obwohl UCSD direkt in San Diego ist. Selbst wenn das UCSD-Netzwerk und lokale ISPs physisch nah beieinander sind, werden die Daten trotzdem über LA gesendet.

#Ziele der Forschung

Diese Studie hat drei Ziele:

1. Messen, wie schlecht die aktuellen Routing-Pfade sind und überprüfen, ob es bessere Wege gibt, Daten zu senden.
2. Genauer betrachten, welchen Weg die Daten nehmen, wenn jemand ausserhalb des Campus versucht, auf UCSD-Ressourcen zuzugreifen, und bestätigen, dass es über LA läuft.
3. Ein neues Netzwerk namens Overlay-Netzwerk testen, um zu sehen, ob es die Daten schneller senden kann, indem es die LA-Route überspringt.

#Was ist ein Overlay-Netzwerk?

Ein Overlay-Netzwerk wird auf einem bestehenden Netzwerk aufgebaut. Es schafft neue Pfade für Daten, die schneller sein könnten als die ursprünglichen Routen. Unsere Forschung konzentriert sich darauf, Overlay-Netzwerke zu nutzen, um Wartezeiten zu reduzieren, anstatt die Verbindung nur zuverlässiger zu machen.

#Datenanalyse von RIPE Atlas

Um zu sehen, wie gut das Internet funktioniert, nutzen wir Informationen von RIPE Atlas, das die Internetleistung überwacht. Wir haben von Januar bis Mai 2023 Daten über Pings (eine Methode, um zu messen, wie schnell eine Verbindung ist) gesammelt. Nachdem wir die Daten bereinigt hatten, um unvollständige Aufzeichnungen zu entfernen, konzentrierten wir uns darauf, wie schnell Daten innerhalb der USA reisen konnten.

In unserer Analyse schauten wir uns 10.000 verschiedene Messungen von verschiedenen Orten an, um zu sehen, wie gut Daten zwischen verschiedenen Punkten umgeleitet werden konnten, ohne die langsameren Routen zu benutzen. Wir entdeckten viele Fälle, in denen das Internet-Routing nicht optimal war und es bessere Möglichkeiten gab, Daten zu senden.

#Erste Ergebnisse in San Diego und UCSD

Im Rahmen unserer Studie führten wir praktische Tests durch, um die Zeit zu messen, die benötigt wird, um Daten von verschiedenen Orten in San Diego zu UCSD zu senden. Wir nutzten verschiedene Standorte, darunter den UCSD-Campus, Bibliotheken und den Flughafen. Indem wir überprüften, wie lange es dauerte, bis die Daten reisten, konnten wir feststellen, wo sie verlangsamt wurden.

Die Ergebnisse zeigten, dass fast der gesamte Verkehr, der auf den UCSD-Server geleitet wurde, über LA ging, was nicht ideal war. Wenn der Verkehr direkt von San Diego zu UCSD gesendet werden könnte, ohne über LA zu gehen, wäre es viel schneller.

#Entwurf eines Overlay-Netzwerks

Um dieses Problem zu umgehen, schlugen wir eine einfache Netzwerkstruktur vor, die den LA-IXP umgeht. Dieses Design bestand aus drei Hauptpunkten:

• Node A: Ein Gerät eines Nutzers, das mit einem ISP in San Diego verbunden ist.
• Node B: Ein Server, der sowohl mit dem San Diego ISP als auch dem UCSD-Netzwerk verbunden ist. Dieser Knoten fungiert als Brücke zwischen den beiden Netzwerken.
• Node C: Der tatsächliche UCSD-Server, den der Nutzer erreichen will.

Indem wir Node A mit Node B und dann Node B mit Node C verbinden, stellten wir uns ein Setup vor, das schnellere Kommunikation ermöglicht, ohne über LA gehen zu müssen.

#Herausforderungen und Test des Overlay-Netzwerks

Wir versuchten, diese Brücke aufzubauen, um zu sehen, ob sie die Geschwindigkeiten tatsächlich verbessern könnte. Wir verbanden sie sowohl mit dem UCSD-WLAN als auch mit einem Mobilfunknetz. Leider stiessen wir auf einige Probleme – hauptsächlich wegen der Notwendigkeit spezieller Genehmigungen, um die Serververbindung richtig einzurichten. Das machte es schwierig, unseren Plan in Echtzeit vollständig umzusetzen.

Stattdessen führten wir Tests durch, um die Round-Trip-Zeiten (RTTS) zwischen den einzelnen Knoten zu überprüfen und schätzten, wie die Verbindungszeiten wären, wenn das Overlay-Netzwerk eingerichtet wäre. Wir wollten zeigen, dass direkte Verbindungen bessere Ergebnisse liefern würden.

#Ergebnisse und gewonnene Erkenntnisse

Die Analyse der Daten offenbarte einige interessante Trends. Bei vielen Verbindungen fanden wir erhebliche Verzögerungen in den aktuellen Routen, die verbessert werden könnten. In unseren Studien betrachteten wir verschiedene Szenarien, in denen Daten zwischen verschiedenen Punkten im Land gesendet wurden. Zum Beispiel waren Verbindungen aus bestimmten Regionen viel schneller, wenn sie einen indirekten Weg über andere Städte nahmen, anstatt die lokalen Pfade zu nutzen.

Einige Verbindungen konnten um bis zu 200 Millisekunden oder mehr verbessert werden. Das deutete darauf hin, dass selbst wenn die nächstgelegene Route logisch erscheint, manchmal der beste Weg durch längere Distanzen führen kann.

#Fokus auf UCSD-Ressourcen

In unseren Tests, die sich auf UCSD konzentrierten, fanden wir heraus, dass fast der gesamte Verkehr, der auf den Hauptserver gerichtet war, über LA lief, anstatt lokal zu bleiben. Das war genau das, was wir mit unserem vorgeschlagenen Overlay vermeiden wollten. Unsere Daten zeigten, dass Verkehr, der direkt laufen sollte, unnötig verzögert wurde.

Wir stellten auch fest, dass während einige Verbindungen minimale Hops innerhalb San Diego hatten, andere viel mehr Hops benötigten, um dasselbe Ziel zu erreichen, nur wegen der Internetstruktur.

#Fazit und zukünftige Arbeiten

Nachdem wir die Daten genau betrachtet haben, bestätigten unsere Bemühungen, dass der lokale Verkehr in San Diego nach LA gesendet wird, anstatt in der Stadt zu bleiben, was es langsamer macht. Obwohl wir unsere Overlay-Lösung aufgrund von Einschränkungen nicht vollständig umsetzen konnten, deuteten die Daten darauf hin, dass das Beibehalten des Verkehrs vor Ort definitiv zu schnelleren Reaktionszeiten führen könnte.

Für die Zukunft werden die nächsten Schritte darin bestehen, dieses Konzept in grösserem Massstab zu testen. Indem wir mehr Datenpunkte sammeln und eine Echtzeitsituation einrichten, in der der Verkehr lokal in San Diego bleiben kann, können wir klarer die Vorteile dieser neu vorgeschlagenen Routen sehen. Insgesamt glauben wir, dass die Behebung dieser Routing-Ineffizienzen die Internetleistung für die Nutzer in der Region erheblich verbessern könnte.