封锁一年：2019冠状病毒的浪潮如何影响网络流量
1.背景＋介绍
新冠疫情导致政府严格封锁经济和社会活动，人们的工作娱乐由线下转向互联网，互联网需求剧增。本文通过在互联网的核心和边缘的多个位置收集和分析互联网流量数据，旨在研究新冠流行第一年流量和应用程序需求的变化以及互联网如何反应。
互联网用户行为的变化通常是逐渐发生的，对于这种变化行业的反应是增加对网络基础设施的投资，但大流行期间变化发生得太快，几乎没有时间做出反应。为了了解新常态，研究总体流量变化以及在短时间内变得非常流行的特定应用程序的需求变化，从欧洲的一家大型互联网服务提供商(ISP)，欧洲和美国的三个互联网交换点(IXPs)，以及欧洲的一家移动运营商和一个大都市学术网络(REDIMadrid)等收集和分析网络流量数据，总结了对2020年春季浪潮（2020年2月至2020年6月）的观察，然后扩展了对2020年秋季浪潮（2020年9月至 2021年2月）的研究。主要观察总结如下：
2020秋季封锁期间，ISP/IXPs流量激增，经济重新开放后都出现了增速情况，年交通流量增幅高于以往；流量增长高峰时段发生变化；与远程工作相关的流量激增。REDIMadrid校园网络在2020年春季封锁后工作日交通量大幅下降，但在2020年秋季封锁期间有所增加。
2.数据集
主要的一级互联网服务提供商（ISP——大型中欧互联网服务提供商，并运营一个一级中转网络）的主干和对等点，互联网的核心——即全球三个互联网交换点（IXPs——互联设施，在这里网络成为成员，并通过IXP的基础设施与其他成员交换流量。主要考虑位于中欧的最大IXP、位于南欧的第二IXP和位于美国东海岸的第三IXP），以及边缘（一个城市大学网络和一个移动运营商）。
REDIMadrid学术网络，连接了马德里地区的16所独立大学和研究中心；移动运营商的每个有利位置的大流行之前和期间的交通流量。
3.网络流量的变化
观察2020春秋最严格的封锁期之前、期间和之后的整体变化。
图1.2019.1~2021.2的ISP、IXPs和移动运营商优势点的标准化聚合流量(通过使用每个相应优势点的 2020 年1月第一周的流量来规范化）。
3.1宏观观测
春季封锁后预计一年内的流量增长仅在几周内发生。欧洲移动运营商流量下降，用户转向WIFI。严格封锁措施会导致流量大幅增加。经济开放会使得ISP、IXPs流量有所下降，移动运营商有所增加；封锁会导致ISP、IXPs再次飙升，移动运营商下降，除了假日。2020年ISP、IXPs年增长率高于预期，移动运营商低于预期。2021.2有类似趋势。2021.1、2南欧的恶劣天气促进了ISP、IXPs互联网流量的增加。
图2.2018-2021期间ISP阅读标准化下载流量变化较上年百分比。
春运同样使得流量增长。良好天气条件、封锁政策放松，流量增长与往年类似。封锁政策会导致激增。本文选取的数据集范围有足够的资源和大量网络供应、弹性经验，但资源有限的较小网络可能无法应对需求的突然变化，事实上在欠发达地区已经出现了性能下降的情况。
3.2互联网使用模式的巨大转变
工作日模式：高峰在晚上；周末模式：主要活动在上午九点至十点左右。3月份的封锁使得这个工作日交通模式向连续周末模式转变。
图3.分类为周末类和工作日类的标准化流量（如果分类与实际的工作日或者周末一致则显示为蓝色，否则显示为橙色）
封锁会导致分类基本正确的模式就发生巨大变化，几乎所有日子都被归为类似周末的日子。假期同样会导致这种变化。当对策放松，向周末模式转变不那么主导。2020秋季浪潮实施第一次封锁时，这一模式被打破，尤其是IXPs。在2021年的头两个月，ISP 和IXPs都出现了混合模式。
3.3对流量不对称性的影响
住宅流量并不对称，下载流量通常比上传流量高很多倍，因为一般来说用户使用应用程序时发送的比接受的少。
图4.2019年10月至2021年2月底的汇聚上传流量
上传、下载流量的比率在封锁之后显著下降，在工作日更低。由此可见，上传流量的相对增长比下载流量增长高。我们将这归因于远程工作和电话会议应用程序的增加。ISP通常分配给终端用户的上游容量比下游容量要少。如果我们看到终端用户的需求持续变化，将更多的流量推向互联网，ISP可能需要调整他们对用户线路的处理方式。
4.应用程序流量变化
4.1应用程序类流量变化
图5可视化了2020.3、2020.6、2020.12和2021.1的第二周，与2020.2.20-26进行比较。每个子图显示了与2020.2的基准周相比各个类别每小时总流量的变化（白色区域表示缺失的数据）：
大封锁导致会议、视频、游戏应用程序使用量剧增，并且不分时段，不像以往多在晚上和周末，说明用户的工作活动、私人活动都转移到了网上并且更多人休闲时不外出。
大学网络出现很高的流量增长，ISP趋势更明显。可能归功于一些欧洲教育网络提供的视频会议解决方案。2020年12月和2021年1月，大多数学术合作和教学活动都转移到了网上。这与周末活动的小规模激增是一致的。
4.2 VPN流量变化
在家办公对VPN的要求更高，因为需要访问公司内部网络中受防火墙保护的资源。
图6.中欧IXP从2020.2-2021.1的五周数据.
2月显示之前的，作为基线。3月第一次封锁之后工作时间VPN大幅增加，当可以重返工作岗位时出现回落，但仍高于基线。这期间VPN流量份额保持稳定，表明无论应用程序是什么，总体流量都会增加。假期会导致整体流量增长，VPN流量份额略有下降。春季比秋季增加更多，表明，在中欧，春季和秋季相比有更多的人在家工作。
4.3从REDIMadrid看
图7.2020/2(宣布停课前一周)~2021/1的六周内交通量正常化情况
封城后的工作日内流量大幅下降，因为用户不再从校园内使用网络，周六有所增加。工作日和周末的流量模式在总量方面变得更加相似。2021年1月14日至2021年1月21日由于菲洛梅纳暴风雪造成了两周多的严重行动限制，校园无法进入，所有讲座都被取消。在封锁前几天输入流量高达输出流量的15倍在工作日期间，在封锁期间，这一比例下降到2或3倍左右，传统的周末与工作日的差别也消失了。这种不对称可能是因为学生和研究人员连接到大学托管的服务来访问教学资源，从而增加了输出流量。学生和工作人员不再从大学访问互联网，进入流量减少。在线授课和远程工作导致VPN、电子邮件和Web流量连接与2020年2月27日相比处于较高水平。与移动设备紧密相关的流量在2020年2021年比2020年4月增加了一倍。然而，与covid -19之前相比仍然相当低。
5.结论
新冠的冲击之下人们对流量的需求剧增并因此产生了新常态。互联网能够处理这些负载归功于寻找有效路由的原始设计理念，云服务提供的灵活性和弹性，以及云服务提供商不断增加的连通性。ISP能够非常迅速地增加容量，是因为在设计、操作和供应网络方面采用了最佳实践，这有助于平稳过渡到新常态。
观察结果强调了关注流量工程的重要性，不要只关注Hypergiant流量和流行的流量类，而要考虑远程工作的“基本”应用程序。