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? ¡ • Important ¡for ¡regulators, ¡consumers, ¡ISPs ¡ • NoQon ¡of ¡performance ¡is ¡fuzzy ¡ – What ¡metrics ¡should ¡we ¡measure? ¡ – How ¡to ¡measure ¡them? ¡ 2 ¡ Broadband ¡Internet ¡Performance: ¡A ¡View ¡from ¡the ¡Gateway ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ACM ¡SIGCOMM, ¡Toronto., ¡August ¡2011 ¡

Accurate ¡Measurements ¡are ¡Difficult ¡ Home ¡Network: ¡AT&T ¡DSL ¡ ¡ 6 ¡Mbps ¡Down, ¡512 ¡Kbps ¡Up ¡ Last ¡Mile ¡ ISP ¡Network ¡ speedtest.net: ¡4.4 ¡Mbps, ¡140 ¡Kbps ¡ Netalyzr: ¡4.8 ¡Mbps, ¡430 ¡Kbps ¡ End ¡host ¡measurements ¡are ¡not ¡con/nuous, ¡ and ¡affected ¡by ¡ confounding ¡factors ¡ 3 ¡ Broadband ¡Internet ¡Performance: ¡A ¡View ¡from ¡the ¡Gateway ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ACM ¡SIGCOMM, ¡Toronto., ¡August ¡2011 ¡

The ¡Case ¡For ¡the ¡Gateway ¡ Home ¡Network: ¡AT&T ¡DSL ¡ ¡ 6 ¡Mbps ¡Down, ¡512 ¡Kbps ¡Up ¡ Last ¡Mile ¡ ISP ¡Network ¡ speedtest.net: ¡4.4 ¡Mbps, ¡140 ¡Kbps ¡ Netalyzr: ¡4.8 ¡Mbps, ¡430 ¡Kbps ¡ Gateway: ¡5.6 ¡Mbps, ¡460 ¡Kbps ¡ Gateway ¡enables ¡periodic ¡measurements, ¡and ¡ can ¡account ¡for ¡confounding ¡factors ¡ 4 ¡ Broadband ¡Internet ¡Performance: ¡A ¡View ¡from ¡the ¡Gateway ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ACM ¡SIGCOMM, ¡Toronto., ¡August ¡2011 ¡

ContribuQons ¡ • Study ¡of ¡access ¡networks ¡from ¡the ¡gateway ¡ • Insight ¡into ¡how ¡to ¡benchmark ¡performance ¡ – Effect ¡of ¡measurement ¡technique, ¡traffic ¡shaping ¡ – Effect ¡of ¡access ¡link ¡properQes, ¡home ¡equipment ¡ • Insight ¡into ¡broadband ¡performance ¡ – Consistency ¡of ¡performance ¡ – Loss, ¡ji`er, ¡Qme-­‑of-­‑day ¡effects ¡ 5 ¡ Broadband ¡Internet ¡Performance: ¡A ¡View ¡from ¡the ¡Gateway ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ACM ¡SIGCOMM, ¡Toronto., ¡August ¡2011 ¡

The ¡Deployments ¡ Last ¡Mile ¡ Internet ¡ SamKnows/BISmark ¡ Nearby ¡Server ¡ • Breadth: ¡The ¡FCC/SamKnows ¡study ¡ – 4,000 ¡gateways, ¡16 ¡ISPs, ¡mulQple ¡service ¡plans ¡ • Depth: ¡The ¡BISmark ¡study ¡ – 16 ¡gateways ¡in ¡Atlanta, ¡on-­‑demand ¡measurements ¡ • DuraQon: ¡Dec ¡2010 ¡– ¡Jan ¡2011 ¡ 6 ¡ Broadband ¡Internet ¡Performance: ¡A ¡View ¡from ¡the ¡Gateway ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ACM ¡SIGCOMM, ¡Toronto., ¡August ¡2011 ¡

Results: ¡Overview ¡ • Throughput ¡measurement ¡technique ¡depends ¡ on ¡usage ¡scenario ¡ • Traffic ¡shaping ¡is ¡highly ¡variable ¡across ¡users ¡ • Access ¡link ¡characterisQcs ¡affect ¡performance ¡ • Modem ¡buffers ¡induce ¡high ¡latency ¡ 7 ¡ Broadband ¡Internet ¡Performance: ¡A ¡View ¡from ¡the ¡Gateway ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ACM ¡SIGCOMM, ¡Toronto., ¡August ¡2011 ¡

Results: ¡Overview ¡ • Throughput ¡measurement ¡technique ¡depends ¡ on ¡usage ¡scenario ¡ • Traffic ¡shaping ¡is ¡highly ¡variable ¡across ¡users ¡ • Access ¡link ¡characterisQcs ¡affect ¡performance ¡ • Modem ¡buffers ¡induce ¡high ¡latency ¡ 8 ¡ Broadband ¡Internet ¡Performance: ¡A ¡View ¡from ¡the ¡Gateway ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ACM ¡SIGCOMM, ¡Toronto., ¡August ¡2011 ¡

InterpreQng ¡Throughput ¡Results ¡ Different ¡techniques ¡measure ¡different ¡ ¡ aspects ¡of ¡throughput ¡ 9 ¡ Broadband ¡Internet ¡Performance: ¡A ¡View ¡from ¡the ¡Gateway ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ACM ¡SIGCOMM, ¡Toronto., ¡August ¡2011 ¡

Results: ¡Overview ¡ • Throughput ¡measurement ¡technique ¡depends ¡ on ¡usage ¡scenario ¡ • Traffic ¡shaping ¡is ¡highly ¡variable ¡across ¡users ¡ • Access ¡link ¡characterisQcs ¡affect ¡performance ¡ • Modem ¡buffers ¡induce ¡high ¡latency ¡ 10 ¡ Broadband ¡Internet ¡Performance: ¡A ¡View ¡from ¡the ¡Gateway ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ACM ¡SIGCOMM, ¡Toronto., ¡August ¡2011 ¡

Traffic ¡Shaping: ¡PowerBoost ¡ • Cable ¡companies ¡adverQse ¡“PowerBoost” ¡ – Short ¡bursts ¡of ¡high ¡bandwidth ¡ • Non-­‑existent ¡in ¡DSL ¡ 11 ¡ Broadband ¡Internet ¡Performance: ¡A ¡View ¡from ¡the ¡Gateway ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ACM ¡SIGCOMM, ¡Toronto., ¡August ¡2011 ¡

Traffic ¡Shaping ¡Varies ¡Across ¡Users ¡ Short-­‑term ¡throughput ¡significantly ¡different ¡ from ¡sustainable ¡throughput ¡ 12 ¡ Broadband ¡Internet ¡Performance: ¡A ¡View ¡from ¡the ¡Gateway ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ACM ¡SIGCOMM, ¡Toronto., ¡August ¡2011 ¡

Results: ¡Overview ¡ • Throughput ¡measurement ¡technique ¡depends ¡ on ¡usage ¡scenario ¡ • Traffic ¡shaping ¡is ¡highly ¡variable ¡across ¡users ¡ • Access ¡link ¡characterisQcs ¡affect ¡performance ¡ • Modem ¡buffers ¡induce ¡high ¡latency ¡ 13 ¡ Broadband ¡Internet ¡Performance: ¡A ¡View ¡from ¡the ¡Gateway ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ACM ¡SIGCOMM, ¡Toronto., ¡August ¡2011 ¡

Latency ¡Measurements ¡ Parameter ¡ What ¡it ¡captures ¡ End-­‑to-­‑end ¡ ¡ Latency ¡to ¡nearby ¡server ¡ Last-­‑mile ¡ Latency ¡to ¡edge ¡of ¡ISP ¡network ¡ Under ¡Load ¡ Buffer ¡delays ¡due ¡to ¡cross ¡traffic ¡ 14 ¡ Broadband ¡Internet ¡Performance: ¡A ¡View ¡from ¡the ¡Gateway ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ACM ¡SIGCOMM, ¡Toronto., ¡August ¡2011 ¡

Impact ¡of ¡Last-­‑mile ¡on ¡Latency ¡ Cable ¡ISPs ¡ DSL ¡ISPs ¡ DSL ¡last-­‑mile ¡latencies ¡can ¡be ¡very ¡high ¡ 15 ¡ Broadband ¡Internet ¡Performance: ¡A ¡View ¡from ¡the ¡Gateway ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ACM ¡SIGCOMM, ¡Toronto., ¡August ¡2011 ¡

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 ¡ ¡ 16 ¡ Broadband ¡Internet ¡Performance: ¡A ¡View ¡from ¡the ¡Gateway ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ACM ¡SIGCOMM, ¡Toronto., ¡August ¡2011 ¡

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 ¡ 30 ¡ 10 ¡ Latency ¡(ms) ¡ Interleaving ¡creates ¡a ¡trade-­‑off ¡between ¡ latency ¡and ¡throughput ¡ 17 ¡ Broadband ¡Internet ¡Performance: ¡A ¡View ¡from ¡the ¡Gateway ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ACM ¡SIGCOMM, ¡Toronto., ¡August ¡2011 ¡