Análise da centralidade de rotas na internet: uma caracterização topológica baseada em grafos de sistemas autônomos

Abstract

O presente estudo insere-se no contexto da análise de grandes redes e da infraestrutura crítica da Internet, especificamente voltado à topologia formada pelas interconexões entre Sistemas Autônomos via Border Gateway Protocol. O tema central, portanto, é a caracterização topológica e a análise de centralidade de rotas, investigando como a estrutura de conectividade global evoluiu para um cenário de Internet Flattening (achatamento da Internet) e os impactos dessa configuração na robustez e na soberania do tráfego de dados. O problema de pesquisa reside na identificação de uma centralização oculta dessa infraestrutura, onde um número reduzido de sistemas pode controlar desproporcionalmente o fluxo de informações, o que resulta na criação de pontos únicos de falha e riscos sistêmicos à segurança e disponibilidade da rede. Diante disso, a justificativa para este estudo fundamenta-se na necessidade de monitoramento contínuo da resiliência da rede mundial frente a falhas catastróficas e na validação de métricas que quantificam a influência de grandes provedores de conteúdo. Nesse sentido, o objetivo geral estabelecido é analisar a centralidade de rotas na Internet em nível de Sistema Autônomo, comparando as topologias do Protocolo de Internet versão 4 (IPv4) e versão 6 (IPv6) a fim de identificar os nós críticos de intermediação de tráfego. Sua execução envolve a coleta de tabelas de roteamento globais do repositório público Route Views, a modelagem da rede como grafos direcionados e o processamento matemático das métricas de Centralidade de Intermediação e Coeficiente de Gini. Como resultados, verificou-se que o Coeficiente de Gini do IPv4 permaneceu acima de 98% em todos os 101 meses analisados, com os cinco maiores Sistemas Autônomos concentrando, em média, 55,1% do poder de intermediação entre os 100 mais centrais amostrados por snapshot. O Level 3/Lumen (AS3356) figurou no Top 5 do IPv4 em 72,3% do período total, enquanto a Hurricane Electric (AS6939) dominou o protocolo IPv6 em 78,7% dos snapshots válidos. O fenômeno do Internet Flattening foi confirmado empiricamente pela presença crescente de provedores de CDN e segurança, como a Cloudflare, entre os maiores intermediadores globais, demonstrando que a concentração de poder na infraestrutura crítica da Internet é estrutural, persistente e matematicamente verificável.

This study is situated within the context of large-scale network analysis and the critical infrastructure of the Internet, specifically focusing on the topology formed by interconnections between Autonomous Systems through the Border Gateway Protocol (BGP). The central theme is the topological characterization and route centrality analysis, investigating how the global connectivity structure has evolved toward an Internet Flattening scenario and the impacts of this configuration on the robustness and sovereignty of data traffic. The research problem lies in identifying a hidden centralization within this infrastructure, where a small number of systems may exert disproportionate control over information flows, resulting in the creation of single points of failure and systemic risks to network security and availability. In this context, the justification for this study is based on the need for continuous monitoring of the Internet’s resilience against catastrophic failures, as well as on the validation of metrics capable of quantifying the influence of major content providers. Accordingly, the main objective is to analyze route centrality in the Internet at the Autonomous System level by comparing Internet Protocol version 4 (IPv4) and version 6 (IPv6) topologies in order to identify critical traffic-intermediating nodes. The methodology involves collecting global routing tables from the public Route Views repository, modeling the network as directed graphs, and mathematically processing Betweenness Centrality and Gini Coefficient metrics. The results demonstrated that the IPv4 Gini Coefficient remained above 98% in all 101 analyzed months, with the five largest Autonomous Systems concentrating, on average, 55.1% of the intermediation power among the top 100 most central nodes sampled per snapshot. Level 3/Lumen (AS3356) appeared in the IPv4 Top 5 in 72.3% of the total period, while Hurricane Electric (AS6939) dominated the IPv6 protocol in 78.7% of valid months. The Internet Flattening phenomenon was empirically confirmed by the growing presence of CDN and security providers, such as Cloudflare, among the largest global intermediaries, demonstrating that the concentration of power in the critical Internet infrastructure is structural, persistent, and mathematically verifiable.