Broadband Internet Performance: A View from the Gateway - PowerPoint PPT Presentation

Broadband ¡Internet ¡Performance: ¡ ¡ A ¡View ¡from ¡the ¡Gateway ¡ Srikanth ¡Sundaresan, ¡Walter ¡de ¡ ¡Donato, ¡ ¡ Nick ¡Feamster, ¡Renata ¡Teixeira, ¡ ¡ Sam ¡Crawford, ¡Antonio ¡Pescapè ¡ Georgia ¡Tech ¡ University ¡of ¡Napoli ¡ CNRS/UPMC ¡Sorbonne ¡Universités ¡ SamKnows ¡

What ¡Affects ¡Broadband ¡ Performance? ¡ • NoQon ¡of ¡performance ¡is ¡fuzzy ¡ – What ¡metrics ¡should ¡we ¡measure? ¡ – How ¡to ¡measure ¡them? ¡ • Important ¡for ¡regulators, ¡consumers, ¡ISPs, ¡content ¡ providers ¡ – 500ms ¡delay ¡causes ¡20% ¡decrease ¡in ¡Google ¡search ¡traffic ¡ 2 ¡ Broadband ¡Internet ¡Performance: ¡A ¡View ¡from ¡the ¡Gateway ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡IRTF ¡ANRP, ¡Atlanta, ¡November ¡2012 ¡

Accurate ¡Measurements ¡are ¡Difficult ¡ Last ¡Mile ¡ ISP ¡Network ¡ End ¡host ¡measurements ¡are ¡not ¡con/nuous, ¡ and ¡affected ¡by ¡ confounding ¡factors ¡ 3 ¡ Broadband ¡Internet ¡Performance: ¡A ¡View ¡from ¡the ¡Gateway ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡IRTF ¡ANRP, ¡Atlanta, ¡November ¡2012 ¡

The ¡Case ¡For ¡the ¡Gateway ¡ Measured ¡average: ¡2.85 ¡Mbps ¡Down, ¡ 338 ¡Kbps ¡Up ¡ Actual ¡Service ¡plan: ¡ AT&T ¡DSL ¡3 ¡Mbps ¡ Down, ¡384 ¡Kbps ¡Up ¡ Gateway ¡enables ¡periodic ¡measurements, ¡and ¡ can ¡account ¡for ¡confounding ¡factors ¡ 4 ¡ Broadband ¡Internet ¡Performance: ¡A ¡View ¡from ¡the ¡Gateway ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡IRTF ¡ANRP, ¡Atlanta, ¡November ¡2012 ¡

The ¡Deployments ¡ Last ¡Mile ¡ Internet ¡ SamKnows/BISmark ¡ Nearby ¡Server ¡ • Breadth: ¡The ¡FCC/SamKnows ¡study ¡ – 7,800 ¡gateways, ¡18 ¡ISPs, ¡mulQple ¡service ¡plans ¡ • Depth: ¡The ¡BISmark ¡study ¡ – 120+ ¡gateways ¡in ¡28 ¡countries ¡worldwide, ¡periodic ¡ and ¡on-­‑demand ¡measurements ¡ 5 ¡ Broadband ¡Internet ¡Performance: ¡A ¡View ¡from ¡the ¡Gateway ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡IRTF ¡ANRP, ¡Atlanta, ¡November ¡2012 ¡

Results: ¡Overview ¡ • Throughput: ¡ – Depending ¡on ¡technique, ¡results ¡can ¡vary ¡up ¡to ¡25% ¡ – Traffic ¡shaping ¡varies ¡across ¡users, ¡affects ¡results ¡ • Latency: ¡ – Access ¡link ¡characterisQcs ¡introduce ¡loss/latency/ throughput ¡trade-­‑offs ¡ – Modem ¡buffers ¡can ¡induce ¡latencies ¡up ¡to ¡10 ¡seconds ¡ • ApplicaQon ¡Performance ¡– ¡Web: ¡ – Latency ¡becomes ¡bodleneck ¡beyond ¡16 ¡Mbits/s ¡ 6 ¡ Broadband ¡Internet ¡Performance: ¡A ¡View ¡from ¡the ¡Gateway ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡IRTF ¡ANRP, ¡Atlanta, ¡November ¡2012 ¡

Results: ¡Overview ¡ • Throughput: ¡ – Depending ¡on ¡technique, ¡results ¡can ¡vary ¡up ¡to ¡25% ¡ – Traffic ¡shaping ¡varies ¡across ¡users, ¡affects ¡results ¡ • Latency: ¡ – Access ¡link ¡characterisQcs ¡introduce ¡loss/latency/ throughput ¡trade-­‑offs ¡ – Modem ¡buffers ¡can ¡induce ¡latencies ¡up ¡to ¡10 ¡seconds ¡ • ApplicaQon ¡Performance ¡– ¡Web: ¡ – Latency ¡becomes ¡bodleneck ¡beyond ¡16Mbits/s ¡ 7 ¡ Broadband ¡Internet ¡Performance: ¡A ¡View ¡from ¡the ¡Gateway ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡IRTF ¡ANRP, ¡Atlanta, ¡November ¡2012 ¡

InterpreQng ¡Throughput ¡Results ¡ Different ¡techniques ¡measure ¡different ¡ ¡ aspects ¡of ¡throughput ¡ 8 ¡ Broadband ¡Internet ¡Performance: ¡A ¡View ¡from ¡the ¡Gateway ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡IRTF ¡ANRP, ¡Atlanta, ¡November ¡2012 ¡

Traffic ¡Shaping: ¡PowerBoost ¡ • Cable ¡companies ¡adverQse ¡“PowerBoost” ¡ – Short ¡bursts ¡of ¡high ¡bandwidth ¡ • Non-­‑existent ¡in ¡DSL ¡ 9 ¡ Broadband ¡Internet ¡Performance: ¡A ¡View ¡from ¡the ¡Gateway ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡IRTF ¡ANRP, ¡Atlanta, ¡November ¡2012 ¡

Traffic ¡Shaping ¡Varies ¡Across ¡Users ¡ Short-­‑term ¡throughput ¡significantly ¡different ¡ from ¡sustainable ¡throughput ¡ ¡ 10 ¡ Broadband ¡Internet ¡Performance: ¡A ¡View ¡from ¡the ¡Gateway ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡IRTF ¡ANRP, ¡Atlanta, ¡November ¡2012 ¡

Results: ¡Overview ¡ • Throughput: ¡ – Depending ¡on ¡technique, ¡results ¡can ¡vary ¡up ¡to ¡25% ¡ – Traffic ¡shaping ¡varies ¡across ¡users, ¡affects ¡results ¡ • Latency: ¡ – Access ¡link ¡characterisQcs ¡introduce ¡loss/latency/ throughput ¡trade-­‑offs ¡ – Modem ¡buffers ¡can ¡induce ¡latencies ¡up ¡to ¡10 ¡seconds ¡ • ApplicaQon ¡Performance ¡– ¡Web: ¡ – Latency ¡becomes ¡bodleneck ¡beyond ¡16 ¡Mbits/s ¡ 11 ¡ Broadband ¡Internet ¡Performance: ¡A ¡View ¡from ¡the ¡Gateway ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡IRTF ¡ANRP, ¡Atlanta, ¡November ¡2012 ¡

Latency ¡Measurements ¡ Parameter ¡ What ¡it ¡captures ¡ End-­‑to-­‑end ¡ ¡ Latency ¡to ¡nearby ¡server ¡ Last-­‑mile ¡ Latency ¡to ¡edge ¡of ¡ISP ¡network ¡ Buffer ¡delays ¡due ¡to ¡cross ¡traffic ¡ Under ¡Load ¡ 12 ¡ Broadband ¡Internet ¡Performance: ¡A ¡View ¡from ¡the ¡Gateway ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡IRTF ¡ANRP, ¡Atlanta, ¡November ¡2012 ¡

Impact ¡of ¡Last-­‑mile ¡on ¡Latency ¡ Cable ¡ISPs ¡ DSL ¡ISPs ¡ DSL ¡last-­‑mile ¡latencies ¡can ¡be ¡very ¡high ¡– ¡ ¡ 20% ¡of ¡users ¡> ¡40ms ¡for ¡some ¡ISPs ¡ ¡ ¡ 13 ¡ Broadband ¡Internet ¡Performance: ¡A ¡View ¡from ¡the ¡Gateway ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡IRTF ¡ANRP, ¡Atlanta, ¡November ¡2012 ¡

DSL ¡Interleaving ¡Affects ¡Latency ¡ Fastpath ¡vs. ¡Interleaved ¡last-­‑mile ¡data ¡path ¡ 9 ¡ 8 ¡ 7 ¡ 6 ¡ 5 ¡ 4 ¡ 3 ¡ 2 ¡ 1 ¡ Fastpath ¡sends ¡data ¡in ¡order, ¡can ¡recover ¡from ¡single ¡losses ¡ Fastpath ¡is ¡suscepQble ¡to ¡bursty ¡loss ¡ 9 ¡ 6 ¡ 3 ¡ 8 ¡ 5 ¡ 2 ¡ 7 ¡ 4 ¡ 1 ¡ Extra ¡Delay ¡ Interleaving ¡sends ¡data ¡out-­‑of-­‑order, ¡can ¡recover ¡from ¡bursty ¡loss ¡ ¡ 14 ¡ Broadband ¡Internet ¡Performance: ¡A ¡View ¡from ¡the ¡Gateway ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡IRTF ¡ANRP, ¡Atlanta, ¡November ¡2012 ¡

Example: ¡Latency-­‑Throughput ¡ Tradeoff ¡ Both ¡users ¡have ¡ Throughput ¡(Mbits/s) ¡ same ¡service ¡plan ¡ User ¡2: ¡high ¡latency, ¡low ¡loss ¡ 2.5 ¡ Interleaving ¡ User ¡1: ¡low ¡latency, ¡high ¡loss ¡ decreases ¡loss, ¡ 2.2 ¡ increases ¡latency, ¡ improves ¡throughput ¡ 10 ¡ 30 ¡ Latency ¡(ms) ¡ Interleaving ¡creates ¡a ¡trade-­‑off ¡between ¡ latency ¡and ¡throughput ¡ 15 ¡ Broadband ¡Internet ¡Performance: ¡A ¡View ¡from ¡the ¡Gateway ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡IRTF ¡ANRP, ¡Atlanta, ¡November ¡2012 ¡

Modem ¡Buffers ¡are ¡Too ¡Large ¡ 10 ¡seconds! ¡ Service ¡plans ¡can ¡interact ¡badly ¡with ¡ ¡ modem ¡buffers ¡ 16 ¡ Broadband ¡Internet ¡Performance: ¡A ¡View ¡from ¡the ¡Gateway ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡IRTF ¡ANRP, ¡Atlanta, ¡November ¡2012 ¡