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Drafting behind Akamai

Thomas GüntherSeminar Internet Routing

TU­BerlinWS 2007/08

basierend auf der gleichnamigen Arbeit vonA. Su, A. Kuzmanovic, D. Choffnes und F. Bustamante

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Motivation

• Overlay­Netzwerke– Unveränderbare IP bei beteiligten Knoten, deshalb 

Änderung der darüber liegenden Schichten– div. Einsatzbereiche, z. B. end­point multicast

• Allgemeines Problem– Aufbau einer Vorstellung für das darunterliegende 

Netzwerk– Passive und aktive Messungen

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Der eigene Ansatz

• Fakt– CDNs (z. B. Akamai) führen umfangreiche Netzwerk­ 

und Server­Messungen durch• Ergebnisse durch DNS binnen kurzer Zeit verbreitet

• Können Overlay­Netze die durch CDNs gesammelten Messungen nutzen?– Umfang eigener Messungen kann entscheidend 

gesenkt werden– Einsatz neuer Infrastruktur nicht erforderlich– Übernimmt Robustheit von DNS– Einfache Integration mit existierenden Systemen

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Schlüsselfragen

• Wie arbeitet Akamai?– DNS Übersetzung (Translation)– Wie viele (Web­)Replikationsserver sieht ein Client?– Auswirkung bei unterschiedlichen Websites

(z. B. Yahoo vs. NY Times)?– Dynamisierung bei DNS­Umleitungen?– Netzwerk­ oder Server­Einflüsse auf Latenzzeiten?

• Eine Beispielanwendung: one­hop source routing– Mapping von CDN­Servern auf Overlay Knoten– Low­overhead­Protokolle zur Ausnutzung von

CDN­Umleitungen

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Akamai Low­LevelDNS Server

Funktionsweise von Akamai

WebClient

Local DNS ServerPCWorld AuthoritativeDNS Server

PCWorld Web Server

AkamaiEdge Server

Root DNS Server

Top­Level Domain DNS Server

www.pcworld.com ?

www.pcworld.com ?www.pcworld.com ?

www.pcworld.com ?

http request/response

images.pcworld.com ?

CNAME: a1694.g.akamai.net

images.pcworld.com?

a1694.g.akamai.net ?

a1694.g.akamai.net ?

2 IP­Adressen von 

Akamai Edge Servern

2 IP­Adressen von Akamai Edge Servern

Bezug der Bilddateien

Akamai High­LevelDNS Server

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Messungen rund um Akamai• Zeitraum der Messungen: 2 Monate• 140 PlanetLab (PL) Knoten

– 50 US und Kanada, 35 Europa, 18 Asien,8 Südamerika, Rest zufällig im PL verteilt

• Alle 20 Sekunden ermitteln alle PL­Knoten per DNS­Anfrage zugehörige CNAME für– Yahoo, CNN, Fox News, NY Times, u. a.

PL Node

AkamaiEdge Server 2

AkamaiEdge Server 3

Akamai Low­LevelDNS Server .……

AkamaiEdge Server 1

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Tag

Nacht

Berkeley Purdue

Berkeley: PL­Knoten nahe bei Edge­Server(n): wenig Server, geringe StreuungPurdue:  PL­Knoten entfernt von Edge­Server(n): viele Server, große Streuung

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Servervielfalt für Yahoo

PL­Knoten und Serverin unmittelbarer Nähezueinander

Mehrheit der PL­Knotensieht 10 bis 50 Edge­Server

von Akamai hot­spots weit entferntePL­Knoten

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diverse Akamai Kunden

Amazon wird nahe UMass und LBNL nicht gehostet 

Yahoo und NYTimes werden in U. Oregon nicht gehostet

FEMA wird (insgesamt) kaum gehostet

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Umleitungsdynamik

50 %40

 s

80 %

100 

s

Berkeley (typischer PL­Knoten):

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Schlüsselfragen

• Wie arbeitet Akamai?– DNS Translation– Wieviele (Web­)Replikationsserver sieht ein Client?– Auswirkung bei unterschiedlichen Websites

(z. B. Yahoo vs. NY Times)?– Dynamisierung bei DNS­Umleitungen?– Netzwerk­ oder Server­Einflüsse auf Latenzzeiten?

• Eine Beispielanwendung: one­hop source routing– Mapping von CDN­Servern auf Overlay Knoten– Low­overhead­Protokolle zur Ausnutzung von

CDN­Umleitungen

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Methodik zur Netzwerk­ vs. Serverlatenz

Planet Lab Knoten

Akamai Low­LevelDNS Server

10 beste Akamai 

Edge Server

………

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Korrelieren CDN­Umleitungenmit Netzwerk­Latenzzeiten?  (1)

• Rang = r1+r2­1 16 = perfekte Korrelation 0 = schlechte Korrelation

MIT und Amsterdam korrelieren hervorragend

Brasilien korreliert nur gering

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Korrelieren CDN­Umleitungenmit Netzwerk­Latenzzeiten?  (2)

97% sind besserals Durchschnitt

70% sind unter den besten 10% aller Pfade

CNN korreliertgering

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Akamai­gesteuertes One­Hop­Routing

S

A1

An

A2

……..

Z

DNS Server

Umleitungsdynamikausreichend klein

 zur Netzwerksteuerung

En

E2

E1

Durch Netzwerk­Konditionengesteuerte Umleitungen

Möglichkeiten für CDN­to­overlay mapping

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Methodik

Start

Akamai Low­LevelDNS Server

Ziel

Direkter PfadAkamai Pfad 3

Akamai Pfad 1

…….....

Akamai Pfad 10

Akamai Pfad 2

Akamai Pfad 1

Akamai Pfad 2

Akamai Pfad 3

Akamai Pfad 10

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Akamai­gesteuertes Source­Routing

Direktpfade besserals Akamai­Pfade

25% Akamai­Pfade besser alsdirekte PfadeAkamai­ und Direkt­

Pfade mit gleicher Performance

Experiment: US (6), Europa (3), Asien (3), Südamerika (2)

ca. 50% der besten One­Hop­Pfadesind besser als Direktpfade

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Pfad­Teilung

• Gewonnene Erkenntnis– Nicht immer ist Akamai­gesteuerter Pfad besser als 

direkter Pfad

• Für Praktische Nutzung relevant– Wie oft sind Auswahlentscheidungen zwischen 

direktem und Akamai­Pfad zu treffen?– Welchen Akamai­Pfad verwenden?

• den ersten (der beiden) von Akamai gelieferten(FAS = First Akamai Server)

• den besseren (der beiden) von Akamai gelieferten(BTAS = Best of the Two Akamai Servers)

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Ergebnisse der Pfad­Teilung

Direkter Pfad allein bewirkt 78% des 

Performancegewinns

Updatefrequenz: 2 Stundendanach Performanceangleichung

BTAS besser als FAS

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Fazit

• Messungen der CDNs werden weiterverwertet• Reverse­engineering von Akamai

– DNS Umleitungen sind ausreichend kurz– Starke Korrelation zu aktuellen Netzwerk­Konditionen– Alle Clients sehen große Anzahl an Pfaden

• CDN­gesteuertes one­hop source routing– 25% aller Akamai­Pfade übertreffen direkte Pfade– 50% der besten Akamai­Pfade übertreffen direkte Pfade– Pfad­(Auf­)Teilungsalgorithmen mit geringem Overhead möglich

• Dienst eines globalen Internet­“Wetterberichtes” für wenig bzw. keine Kosten realisierbar