Améliorer la précision de l'analyse des performances des réseaux de câbles sous-marins

Le réseau de câbles sous-marins (SCN) constitue une partie gigantesque, essentielle et d'une opacité surprenante d'Internet.

Composée de plus de 600 systèmes de câbles sous-marins, cette infrastructure Internet de base achemine environ 99 % de l'ensemble du trafic Internet intercontinental et s'étend sur plus d'un million de kilomètres.

Malgré son ampleur et son importance, le SCN est considéré comme une «boîte noire mystérieuse ». Les réseaux câblés sont détenus par des acteurs privés, et les opérateurs publient rarement des données sur leurs performances. Or, les pannes peuvent paralyser des régions entières, et les réparations sont souvent longues et coûteuses. De plus, des géants de la technologie tels qu’Amazon, Google, Meta et Microsoft s’empressent d’investir des milliards dans l’extension du SCN.

En résumé, il n’a jamais été aussi urgent que la communauté scientifique et les décideurs politiques comprennent mieux le fonctionnement de cette infrastructure.

Les défis actuels liés à la surveillance des câbles sous-marins

Il existe certes des « boîtes à outils » accessibles au public permettant de surveiller les chemins de routage sur Internet, mais celles-ci posent leurs propres défis techniques.

Une méthode courante pour surveiller Internet consiste à utiliser la commande « traceroute », qui envoie une requête vers une destination et renvoie le temps aller-retour (RTT), c'est-à-dire la latence du trajet aller-retour. L'envoi d'une requête traceroute entre des routeurs situés sur des continents différents pourrait sembler permettre de déterminer la latence du câble sous-marin qui les relie, mais la réalité est bien plus complexe.

Les plateformes de mesure telles que RIPE Atlas déploient dans le monde entier des serveurs de mesure dédiés capables de lancer des sondes « traceroute », mais bon nombre de ces routeurs sont situés plus à l’intérieur des terres, loin des points d’atterrissage des câbles sous-marins. Cette distance supplémentaire peut introduire du bruit : les fibres terrestres peuvent sembler faire partie de la portion sous-marine d’une mesure, et les routeurs intermédiaires peuvent traiter les sondes plus lentement que le trafic standard. Pire encore, une sonde peut emprunter un chemin de retour complètement différent à travers le réseau, voire traverser un autre câble sous-marin, rendant le temps de transit aller-retour (RTT) pratiquement impossible à interpréter.

Avant même de pouvoir commencer les mesures, il faut également résoudre le problème fondamental consistant à déterminer quelles sources de mesure sont les mieux adaptées à la surveillance de quels câbles. Les câbles sous-marins partagent souvent des points d'atterrissage et appartiennent aux réseaux du même opérateur, ce qui nous confronte à la tâche difficile de démêler cet enchevêtrement.

Compte tenu de ces défis, nous avons besoin non seulement de meilleures techniques de mesure, mais aussi d'une méthode plus efficace pour choisir les points de mesure et extraire des informations pertinentes à partir de données bruitées.

Des mesures plus proches de la source…

Afin d'identifier les routeurs ou les points d'observation idéaux pour lancer les mesures, nous avons tout d'abord consulté des données publiques détaillant la propriété des câbles sous-marins, l'emplacement des points d'atterrissage et celui des points de présence (PoP) côtiers situés à proximité.

Les PoP peuvent être considérés comme les aéroports internationaux d’Internet, où divers réseaux se rejoignent pour échanger du trafic. Nous avons constaté que les points d’observation situés au plus près d’un PoP côtier offrent un accès plus rapide aux câbles sous-marins et réduisent au minimum le bruit additif affectant nos mesures. Pour surveiller un câble au sein d’un réseau spécifique, nous avons recherché un point d’observation exploité par ce même réseau ou échangeant du trafic avec celui-ci.

La validation de nos résultats à l'aide des ensembles de données de référence fournis par nos collègues d'ESNet a révélé qu'aucun point d'observation ne permettait à lui seul d'avoir une vue parfaite d'un câble sous-marin. Chacun « voit » le câble à travers une combinaison qui lui est propre de particularités de routage et de congestion locale.

Afin d'éliminer les biais individuels, nous avons calculé la moyenne du signal sur l'ensemble des points d'observation et nous nous sommes basés sur cette valeur pour estimer la latence minimale réelle du câble sous-marin.

…Améliore la précision des résultats jusqu’à 88 %

Nous avons identifié des points d'observation permettant de surveiller 64 segments de câbles sous-marins répartis sur plus de 32 réseaux de fournisseurs de services couvrant toutes les grandes régions du monde (figure 1). En moyenne, nous avons recensé plus de sept points d'observation par câble.

Notre technique d'estimation a généré des valeurs s'écartant de moins de 9,5 % par rapport aux six ensembles de données de référence, ce qui représente une amélioration pouvant atteindre 88 % par rapport à la méthode naïve. Plus important encore, notre méthode de calcul de la moyenne entre différents points d'observation est très résistante à la congestion passagère et aux changements de trajectoires de retour.

Grâce à cette méthodologie, nous pouvons établir des profils précis du comportement des câbles sous-marins en utilisant des infrastructures accessibles au public, ce qui permet de mettre en lumière, pour les chercheurs et les décideurs, les propriétés autrefois cachées du réseau de câbles sous-marins (SCN), sans avoir à recourir à des données propriétaires ni à des dispositifs de mesure spécialisés.

Pour en savoir plus sur nos travaux de recherche, consultez notre article publié dans NINES.

Mia Weaver est doctorante à l'université du Wisconsin-Madison, sous la direction du professeur Paul Barford. Ses travaux portent sur la mesure du trafic Internet et les algorithmes de contrôle de la congestion.