这项研究解释了一个自治系统 (AS) 的故障如何影响特定区域的全球连接，特别是当涉及到该国最大的互联网服务提供商 (ISP) 时。网络级别的互联网连接是由自治系统之间的交互驱动的。随着 AS 之间的替代路由数量增加，容错能力就会提高，并且特定国家/地区的互联网稳定性也会提高。然而，某些路径变得比其他路径更重要，并且拥有尽可能多的替代路径最终是确保系统可靠性（在AS意义上）的唯一方法。
任何AS的全球连接性，无论是小型互联网提供商还是拥有数百万服务消费者的国际巨头，都取决于其通往一级提供商的路径的数量和质量。通常，Tier-1 是指提供全球 IP 传输服务以及与其他 Tier-1 运营商连接的国际公司。然而，某个精英俱乐部没有义务维持这种联系。只有市场才能激励这些企业无条件地相互联系，提供高质量的服务。这是否足够激励？我们将在下面有关 IPv1 连接的部分中回答这个问题。
如果 ISP 失去了自己的第 1 层连接之一，则该连接可能在世界某些地区无法使用。
衡量互联网可靠性
想象一下 AS 经历了严重的网络性能下降。我们正在寻找以下问题的答案：“该地区有多少比例的应用服务器可能会失去与一级运营商的连接，从而失去全球可用性”？
研究方法论为什么要模拟这样的情况呢？严格来说，当 BGP 和域间路由世界处于设计阶段时，创建者假设每个非中转 AS 至少有两个上游提供商，以确保在其中一个发生故障时的容错能力。然而，实际上一切都完全不同 - 超过 45% 的 ISP 只有一个到传输上游的连接。中转 ISP 之间的一组非常规关系进一步降低了整体可靠性。那么，交通 ISP 是否正在衰落？答案是肯定的，而且这种情况经常发生。在这种情况下，正确的问题是：“特定 ISP 何时会出现连接性能下降的情况？”如果这些问题对某人来说似乎很遥远，那么值得记住墨菲定律：“一切可能出错的事情都将出错。”
为了模拟类似的场景，我们连续第三年运行相同的模型。同年，我们不仅仅重复以前的计算 - 我们显着扩大了我们的研究范围。按照以下步骤评估 AS 的可靠性：
- 对于全球每个AS，我们利用AS关系模型获取到Tier-1运营商的所有替代路径，这是Qrator.Radar产品的核心；
- 使用IPIP地理数据库，我们将每个AS的每个IP地址映射到其对应的国家；
- 对于每个AS，我们计算了其与所选区域对应的地址空间的份额。这有助于过滤掉 ISP 可能在某个国家/地区的交换点存在但在整个地区没有存在的情况。一个说明性的例子是香港，亚洲最大的互联网交易所 HKIX 的数百名成员交换流量，而在香港互联网领域的存在为零；
- 在获得该地区 AS 的明确结果后，我们评估该 AS 可能发生故障对其他 AS 及其所在国家的影响；
- 最终，对于每个国家/地区，我们发现影响该地区其他自治系统比例最大的特定自治系统。外国 AS 将不予考虑。
IPv4可靠性
下面您可以看到在单个 AS 故障时的容错可靠性方面排名前 20 的国家/地区。实际上，这意味着该国家拥有良好的互联网连接，该百分比反映了如果最大的 AS 发生故障，将失去全球连接的 AS 的比例。
要闻速览：
- 美国从第 11 位下降 7 位至第 18 位；
- 孟加拉国跌出前 20 名；
- 乌克兰上升 8 位至第 4 位；
- 奥地利跌出前20；
- 有两个国家重返前 20 名：意大利和卢森堡，分别在 2017 年和 2018 年退出前 XNUMX 名。
可持续发展排名每年都会发生有趣的变化。去年我们写过，自20年以来，前2017名国家的整体表现没有太大变化。值得注意的是，我们年复一年地看到全球可靠性和整体可用性提高的积极趋势。为了说明这一点，我们比较了所有 4 个国家的 IPv4 总体可持续性评级 233 年来的平均变化和中值变化。
截至 10 年 5 月，成功将对单一 AS 的依赖度降至 2019% 以下（高弹性的标志）的国家数量比去年增加了 35 个，达到 XNUMX 个国家细分市场。
因此，作为我们研究期间观察到的最重要趋势，我们发现全球网络（无论是 IPv4 还是 IPv6）的弹性均显着增强。
IPv6 弹性
多年来我们一直在重申，IPv6 与 IPv4 工作方式相同的错误假设是 IPv6 开发和实施过程中的一个基本结构性问题。
去年我们写过关于对等互连战争不仅在 IPv6 中持续存在，而且在 IPv4 中也持续存在，其中 Cogent 和 Hurricane Electric 彼此不进行通信。今年，我们惊讶地发现去年的另一对竞争对手德国电信和 Verizon US 于 6 年 2019 月成功建立了 IPv1 对等互连。你不太可能找到任何提及它的地方，但这是一个巨大的进步——两家大型一级提供商已经停止了争斗，并最终使用我们都希望进一步发展的协议建立了点对点连接。
为了确保完全连接和最高可靠性，通往一级运营商的路径必须始终存在。我们还计算了一个国家中由于对等互连战争而仅在 IPv1 中实现部分连接的 AS 的百分比。结果如下：
一年后，IPv4 仍然比 IPv6 更加可靠。 4年IPv2019的平均可靠性和稳定性为62,924%，IPv54,53的平均可靠性和稳定性为6%。 IPv6 仍然有很大比例的国家/地区全球可用性较差，即部分连接的比例很高。
与去年相比，我们看到三个大国的明显进步，特别是在部分互联互通层面。去年，委内瑞拉占33%，中国占65%，阿联酋占25%。尽管委内瑞拉和中国显着改善了各自的互联互通，解决了部分互联网络的严峻挑战，但阿联酋在这一领域却缺乏积极动力。
宽带接入和PTR记录
重申我们自去年以来一直在问自己的问题：“一个国家的领先供应商对区域可靠性的影响是否总是比其他任何人或任何其他供应商都大？”，我们开发了一个额外的指标以供进一步研究。也许特定区域最重要的（按客户群计算）互联网提供商不一定是在提供全球连接方面最重要的自治系统。
去年，我们确定提供商实际重要性的最准确指标可以基于 PTR 记录的分析。它们通常用于反向 DNS 查找：使用 IP 地址，可以识别关联的主机名或域名。
这意味着 PTR 可以测量单个运营商地址空间中的特定设备。由于我们已经知道世界上每个国家/地区最大的 AS，因此我们可以计算这些提供商网络中的 PTR 记录，确定它们在该地区所有 PTR 记录中的份额。值得立即做出免责声明：我们仅计算 PTR 记录，并没有计算没有 PTR 记录的 IP 地址与有 PTR 记录的 IP 地址的比率。
因此，下面我们专门讨论存在 PTR 记录的 IP 地址。创建它们并不是一般规则，这就是为什么有些提供商包含 PTR 而其他提供商则不包含的原因。
我们展示了如果与指定国家/地区最大的（按 PTR 计算）自治系统断开连接，则有多少具有指定 PTR 记录的 IP 地址将被断开连接。该图反映了该地区支持 PTR 的所有 IP 地址的百分比。
让我们将 20 年 IPv4 排名中最受信任的 2019 个国家与 PTR 排名进行比较：
显然，考虑 PTR 记录的方法给出了完全不同的结果。在大多数情况下，不仅该区域的中心AS发生变化，而且该AS的不稳定百分比也完全不同。在所有可靠的区域中，从全球可用性的角度来看，支持PTR的IP地址因AS故障而断开的数量要高出数十倍。
这可能意味着领先的国家 ISP 始终拥有最终用户。因此，我们必须假设该百分比代表在发生故障时将被切断的 ISP 用户和客户群部分（如果不可能切换到替代提供商）。从这个角度来看，各国似乎不再像从过境的角度来看那样可靠。我们将前 20 个 IPv4 与 PTR 评级值进行比较后可能得出的结论留给读者。
各个国家的变化详情
像往常一样，在本节中，我们从一个非常特殊的 AS174 条目开始 - Cogent。去年，我们概述了其对欧洲的影响，其中 AS174 被认为对 IPv5 弹性指数排名前 20 的国家中的 4 个国家至关重要。今年，Cogent 在可靠性方面仍保持在前 20 名之列，但发生了一些变化 - 特别是在比利时和西班牙，AS174 已被取代为最关键的 AS。 2019 年，比利时的名称变为 AS6848 - Telenet，西班牙的名称变为 AS12430 - Vodafone。
现在，让我们仔细看看两个历史上弹性得分较高的国家，它们在过去一年中发生了最重大的变化：乌克兰和美利坚合众国。
首先，乌克兰在IPv4排名中的地位大幅提升。欲了解详情，我们向乌克兰互联网协会董事会成员 Max Tulyev 求助，了解该国过去 12 个月发生的详细情况：
“我们在乌克兰看到的最显着的变化是数据传输成本的下降。这使得大多数盈利的互联网公司能够在我们的境外获得多个上游连接。 Hurricane Electric 在市场上特别活跃，在没有直接合同的情况下提供“国际运输”，因为他们不会从交易所中删除前缀 - 他们只是在本地 IXP 上宣布客户范围。”
乌克兰的主要 AS 已从 AS1299 Telia 更改为 AS3255 UARNET。 Tulyev 先生解释说，UARNET 以前是一个教育网络，现在已成为一个活跃的交通网络，特别是在乌克兰西部。
现在让我们转移到地球的另一个地方——美国。
我们的主要问题很简单——美国经济韧性下降11级的具体细节是什么？
2018 年，美国排名第七，如果 AS7 失败，该国 4,04% 的地区可能会失去全球可用性。我们的 209 年报告深入了解了一年前美国发生的变化：
“但最大的新闻是在美国发生的事情。连续两年（2016 年和 2017 年）我们将 Cogent 的 AS174 视为该市场的游戏规则改变者。现在情况已不再如此——2018 年，AS 209 CenturyLink 取代了它，使美国在 IPv7 排名中上升了三位，达到第七位。”
2019 年的结果显示，美国排名第 18 位，其弹性得分下降至 6,83%，变化超过 2,5%，通常足以跌出 IPv20 弹性排名前 4 名。
我们联系了 Hurricane Electric 创始人 Mike Leber，征求他对这一情况的评论：
“随着全球互联网的不断发展，这是一个自然的变化。每个国家的 IT 基础设施都在不断发展和现代化，以支持不断变化和发展的信息经济。生产力可改善客户体验和收入。本地 IT 基础设施可提高生产力。这些是宏观技术经济力量。”
分析世界最大经济体正在发生的事情总是很有趣，特别是当我们观察到可靠性评级大幅下降时。提醒一下，去年我们注意到在美国 Cogent 的 AS174 已被 CenturyLink 的 AS209 取代。今年，CenturyLink 失去了国家关键 AS 的地位，被另一个独立系统 Level3356 的 AS3 取代。这并不奇怪，因为自 2017 年接管以来，这两家公司实际上代表一个组织。从现在起，CenturyLink 连接完全依赖于 Level3 连接。可以得出结论，可靠性整体下降与3年底Level2018/CenturyLink网络上发生的一起事件有关，当时4个身份不明的网络数据包导致美国大片地区互联网中断数小时。这一事件无疑影响了 CenturyLink/Level3 向全国最大的参与者提供交通服务的能力，其中一些参与者可能已转向其他交通提供商或只是使其上下游连接多样化。然而，尽管如此，Level3 仍然是美国最重要的连接提供商，其关闭可能会导致依赖这种传输的近 7% 的本地自治系统缺乏全球可用性。
意大利凭借相同的 AS20 Fastweb 以第 17 位重返前 12874 名，这可能是该提供商的路径质量和数量显着提高的结果。毕竟，2017年意大利与他一起跌至第21位，退出前20名。
2019年，去年才进入前20名但直接跃升至第5位的新加坡再次获得了新的关键ASN。去年我们试图解释东南亚地区的变化。今年，新加坡的关键AS已从去年的AS3758 SingNet更改为AS4657 Starnet。通过这一变化，该地区仅下降了一位，在 6 年的排名中跌至第六位。
根据我们的方法，中国从 113 年的第 2018 位跃升至 78 年的第 2019 位，IPv5 强度变化约 4%。在IPv6方面，中国的部分连接率已从去年的65,93%下降到今年的20%多一点。 IPv6中的主ASN从9808年中国移动的AS2018变更为4134年的AS2019。在IPv4中，中国电信旗下的AS4134多年来一直至关重要。
与此同时，在 IPv6 方面，中国互联网在 20 年可持续发展排名中下降了 2019 位，从去年的 10% 下降到 23,5 年的 2019%。
或许，这一切都只说明了一件简单的事情——中国电信正在积极完善基础设施，仍然是中国与外部互联网的主要通信网络。
随着网络安全风险不断增加，事实上，有关互联网基础设施受到攻击的新闻不断涌现，所有政府、私营和上市公司，但最重要的是普通用户，现在是时候仔细评估自己的立场了。必须认真、诚实地审查与区域连通性相关的风险，分析真实的可靠性水平。 DNS 表示，如果大型全国性关键服务提供商遭受大规模攻击，即使脆弱性评级的值很低，也可能会导致真正的可用性问题。还不要忘记，如果完全失去连接，外界将与该区域内的服务和数据断开连接。
我们的研究清楚地表明，竞争性的 ISP 和运营商市场最终将变得更加稳定，并且能够抵御特定区域内甚至区域外的风险。如果没有竞争性市场，一个 AS 的故障可能并且将会导致一个国家或更广泛地区的大部分用户失去网络连接。
来源： habr.com