Como siguiente actividad a través del blog de la asignatura se propone el análisis de la siguiente problemática relativa al ancho de banda de Internet:  

Anteriores crisis en Internet

Internet es un estándar en evolución que ha sufrido múltiples problemas para su crecimiento y continúa haciéndoles frente a día de hoy. El aumento del FTP (File Transfer Protocol) causó el “colapso por congestión” de 1986 debido a que la Internet en aquel momento carecía de un mecanismo funcional que evitase la congestión. Esto fue parcheado en 1987 por Van Jacobson (co-autor de traceroute y tcpdump entre otras) con su algoritmo para evitar la congestión que asignaba de forma equitativa los recursos de la red a las aplicaciones. A pesar de que han aparecido nuevas y más eficientes formas de control de la congestión, el algoritmo de Van Jacobson se ha mantenido durante más de 20 años.A mediados de los 90, el aumento de la navegación web había convertido la “World Wide Web” a la “World Wide Wait” debido a que la primera generación de navegadores web no se había para la utilización de los recursos de forma optimizada hasta el paso de HTTP de la versión 1.0 a la 1.1.

La crisis de hoy en Internet

Hoy nos enfrentamos a un nuevo problema. Las aplicaciones P2P (Peer-to-Peer) están provocando un nuevo colapso por congestión ya que la difusión (broadcast) de video (incluso con las novedades ofrecidas desde la BBC y RTVE) está migrando hacia un modelo de VoD (Video on Demand) a través de Internet. Debido a las lagunas existentes en el estándar TCP, un pequeño porcentaje de usuarios que utilizan P2P están apropiándose de la inmensa mayoría de la capacidad de la red a expensas de todos los demás consumidores. Aplicaciones interactivas como la navegación web o aplicaciones de tiempo real como la voz sobre IP están siendo degradadas innecesariamente no por las operadoras sino por los usuarios de P2P.En Japón, con una de las infraestructuras de acceso de banda ancha a Internet más rápida del mundo, donde muchos hogares tienen acceso a 100 Mbps o incluso 1000 Mbps mediante fibra óptica se enfrentan al mismo colapso inducido por la congestión P2P. Esto ha hecho que su gobierno haya dedicado bastantes recursos durante los últimos dos años para estudiar el tema. Recientemente, el Ministerio japonés de Asuntos Internos y Comunicaciones publicó un estudio que muestra que tan sólo el 1% de usuarios de banda ancha utilizando P2P de Japón contabiliza (en adelante, “canibaliza”) con aproximadamente el 47% del uso de Internet de todo Japón. Por otra parte, sólo el 10% de Japón de usuarios de banda ancha utilizando P2P “canibaliza”, en promedio, el 75% de toda la utilización global de todo Internet.  

Esto sería como si 10 pasajeros de un avión de 100 asientos ocupasen 75 asientos y obligaran a los otros 90 pasajeros a compartir los 25 asientos restantes. Uno de esos 10 pasajeros podría tener hasta 47 asientos, mientras que los otros 9 tendrían hasta 28 escaños.  Es perfectamente aceptable que 10 personas ocupen 75 asientos (equipaje de mano, abrigos, portátiles,…) mientras únicamente haya 25 personas en el avión que se conformen con un único asiento sin embargo es completamente injusto cuando hay 90 pasajeros, que han pagado al igual que los primeros su billete, poder sentarse únicamente en 25 asientos. Habría que decirle a esas 10 personas que utilicen los espacios a sus pies para las bolsas a fin de que otros pasajeros puedan sentarse. Sin embargo, en Internet no es tan fácil para todo el mundo ver lo que realmente pasa, los “caníbales” del ancho de banda gritan “discriminación” y persuaden a la comunidad a retratarse como las víctimas del mal y a pensar que están siendo privados de sus derechos civiles. Si alguien se atreve a decelerar su consumo excesivo de alguna manera, ponen demandas de billones de dólares (y para eso hace falta tener los recursos necesarios). Pero no hay nada neutral o imparcial en lo que estos grupos están pidiendo y no son tan protectores de los derechos de los consumidores como se jactan a sí mismos de ser.

La injusticia del control de congestión TCP

Entonces, ¿cómo puede ser que esta situación de extrema injusticia sea posible cuando el control de congestión TCP supuestamente ha sido justo durante estos 20 años? ¿Por qué no se explica en la carrera? Es porque el algoritmo de Jacobson fue diseñado únicamente para el problema del FTP de la década de los 80, no los problemas de los 90 y más allá. Sólo trata de equilibrar el caudal de cada flujo TCP, sin tener en cuenta cuántos flujos TCP abrir puede la aplicación de un mismo usuario. Aunque el algoritmo de Jacobson funcionó con las primeras aplicaciones de Internet que sólo utilizan un flujo TCP activo a la vez, es totalmente ineficaz para las aplicaciones de hoy.

En 1999, la primera aplicación P2P llamada “Swarmcast” apareció en Internet y comenzó a explotar esta laguna. Cuando una aplicación P2P abre múltiples flujos TCP, cada flujo TCP corre con la misma prioridad que los demás flujos TCP. Esto significa que una persona que utiliza 4 flujos TCP recibe 4 veces más ancho de banda en una red congestionada que una persona que utiliza el flujo TCP normal y único por aplicación. Junto con el hecho de que las aplicaciones P2P funcionan sin parar durante todo el día, mientras que las aplicaciones normales sólo transmiten y reciben datos durante un pequeño porcentaje del tiempo respecto de las 24 horas de un día, es fácil ver cómo sólo el 1% de los usuarios, utilizando P2P, tienen la capacidad de consumir casi la mitad de todos los recursos.

Arreglando la “injusticia de TCP”

Gracias al trabajo de Frank Kelly, de la Universidad de Cambridge, y Bob Briscoe, investigador jefe en BT, el asunto de la “injusticia de TCP” está ahora ante la IETF (Internet Engineering Task Force). Briscoe ha emitido un draft IETF con la declaración del problema y que resuelve las lagunas en TCP. Enlazando con el contenido del blog de la asignatura AIRC, Briscoe también demostró hace un par de años que el afamado Teorema de Metcalfe no es del todo cierto.Por desgracia, introducir cambios fundamentales en las normas a nivel TCP es sumamente difícil y conllevaría mucho tiempo.

Incluso cuando otros mecanismos de control contra la congestión de TCP mejores que el de Van Jacobson como el ECN (Explicit Congestion Notification) se estandarizaron en 2001, todavía no hemos visto ningún despliegue en el mundo real porque no podemos forzar a actualizar cada dispositivo de los miles de millones ya instalados. Ya no estamos en el momento en que unos cuantos miles de administradores del sistema pudieron parchear con el algoritmo de Jacobson los únicamente 30000 nodos de todo Internet allá en 1987.  

En el mundo real, es muy poco probable que un único “seeder” P2P de BitTorrent no sea egoísta respecto al ancho de banda que utiliza. Cualquiera que saturando la subida sin parar y mediante el uso de múltiples flujos TCP está, por definición, “canibalizando” una proporción mucho mayor de ancho de banda que nadie. Incluso si un usuario P2P manualmente restringe su consumo de ancho de banda a una fracción del pico de carga y sólo proporciona “semillas” durante 12 horas al día, la cantidad de recursos utilizados también bloquea cualquier otra aplicación. Como se muestra en el gráfico anterior, sólo la ventaja de la persistencia por sí sola permite a un cliente de BitTorrent disponer de un orden de magnitud mayor en el ancho de banda de subida que cualquier otra aplicación.  

¿Cómo podemos hacer frente a la crisis de forma inmediata?

La realidad es que no podemos esperar un cambio significativo en el protocolo TCP para el futuro previsible, por no hablar de desplegar tal actualización en todo el mundo. La solución debe encontrarse en la red en sí misma, porque no podemos esperar que los usuarios normales parcheen sus computadoras para comportarse más educadamente aunque dicho parche sea aprobado y estandarizado. La red debe aplicar y hacer cumplir la justicia o de lo contrario tenemos un estado de anarquía donde los deseos de unos pocos limitan la mayor parte de la capacidad que pagan todos los usuarios. La primera generación de soluciones utiliza la estrategia de descartar tráfico para neutralizar las cantidades de ancho de banda desproporcionadamente elevadas que consumen las aplicaciones P2P. Esta regulación no es siempre el método más preciso y no se puede utilizar en todas las topologías de red pero es barato de desplegar y utilizar, cuando es eficaz.

Otras soluciones de primera generación como Sandvine, utilizadas por las empresas de cable, ocasionalmente dan falsos positivos pero esos errores se corrigen rápidamente tan pronto como se identifican.El mayor problema con estas soluciones de primera generación es que no pueden identificar a todos los “caníbales” del ancho de banda y pueden ser engañados por las técnicas de ofuscación de protocolos. También es cierto que es mucho menos que ideal forzar una paralización total de un “seeder” de P2P BitTorrent aunque sea sólo durante los minutos congestionados del día en lugar de decelerar su actividad. Sin embargo, ralentizar a un determinado “caníbal” del ancho de banda requiere cambios más drásticos en la infraestructura de red, en contraposición con el mecanismo de Sandvine, que no afecta a la infraestructura de red, que emite resets TCP de vez en cuando para detener la siembra de P2P.

Free Press y la EFF afirman que sería mejor si los propios usuarios controlaran ellos mismos, en forma de incentivos económicos, su acceso a Internet. Pero eso sería mucho más draconiano, ya que los usuarios tendrían que cerrar manualmente sus aplicaciones P2P durante 12 horas al día frente a que automáticamente el proveedor de servicios de Internet reseteara las semillas P2P durante unos pocos minutos a la vez que no se afecta el tráfico de carga y descarga de P2P.La crisis inmediata es aún más problemática para la industria inalámbrica, donde el espectro y el ancho de banda son aún más escasos y la capacidad es compartida entre un mayor número de usuarios que en una red de de cable DOCSIS. Una opción que se utiliza hoy en día es avisar por adelantado a los clientes que las aplicaciones P2P no son compatibles con el servicio.

Los pequeños operadores inalámbricos funcionando en bandas sin licencia en el espectro de 2,4 GHz tiene tan poco espectro (y además compartido) y la capacidad de sus conexiones de interconexión con Internet son tan caros que no pueden permitirse el lujo de soportar la carga de los costes de ancho de banda del paso de contenidos de otras las empresas a través de ellos. No sólo son los costes de ancho de banda a través de ellos en el marco del modelo de distribución P2P, los costes son amplificados por un orden de magnitud, porque el ancho de banda en las zonas rurales cuesta mucho más que el ancho de banda concentrado en los “datacenters”. Estos pequeños proveedores de servicios de Internet inalámbrica son muchas veces los únicos proveedores de servicios de Internet en esas zonas debido a que las grandes empresas no quieren dar serviciio a esas zonas menos lucrativas.

A medida que la tecnología madura y la gestión de la red se vuelve más sofisticada, las empresas que son más susceptibles de sufrir congestión por P2P (las que utilizan medios compartidos de transmisión como cable coaxial o inalámbricos) se están comprometiendo a implementar nuevas tecnologías agnósticas de protocolos y hacer cumplir la equidad de ancho de banda en tiempo real y por usuario. Estas nuevas tecnologías evitan falsos positivos o falsos negativos y lo que es más importante, no se les puede engañar con técnicas de ofuscación por protocolo porque sólo les basta con fijarse en los patrones de uso de ancho de banda. Así responden a los “caníbales” del ancho de banda desacelerando sus conexiones en lugar de reseteando sus conexiones TCP.

El CTO de Comcast, Tony Werner, explicó que cualquier enlace congestionado en su red consta de un 2% de los usuarios “canibalizando” aproximadamente la mitad de la capacidad total a expensas de todos los demás y esto es coherente con los datos del gobierno de Japón. La nueva tecnología que Comcast está experimentando sobre la aceleración por prioridades hace que ese 2% puedan utilizar hasta aproximadamente el 25% de todos los recursos y explican que eso sería suficiente para aliviar la congestión de todos los demás. Cuando la red no está congestionada, ese 2% de usuarios pueden reanudar sus aplicaciones P2P tanto como les plazca. BitTorrent Corporation sabe que el modelo de acceso a Internet medido mediante planes de servicios promovido por Free Press daña severamente el uso de su aplicación y su modelo de negocio y ésta es la razón por la que que están trabajando junto a los proveedores de servicios de Internet. BitTorrent empezará a etiquetar claramente su propio tráfico P2P en lugar de ocultar sus cabeceras de protocolo como la mayoría de los clientes P2P para que los operadores de red puedan gestionarles adecuadamente. BitTorrent también está trabajando estrechamente con el grupo de trabajo P4P encargado de formular criterios de selección a los clientes P2P más eficiente según la cercanía a sus pares en lugar de al azar con el objetivo de reducir al mínimo la carga en la red. Por último, KK BitTorrent, la filial de BitTorrent en el mercado japonés, fue parte de un reciente grupo de trabajo de proveedores de servicios de Internet y desarrolladores de aplicaciones en Japón que ha desarrollado una guía de “mejores prácticas” para la configuración del reconocimiento de tráfico frente a la mera adición de la capacidad de la red ya que ha quedado demostrado que no es la forma de corregir un problema como éste surgido a partir de un tipo de aplicación diseñada para consumir toda la capacidad disponible en la red.

¿Cómo definir lo que es una “razonable gestión de la red”?

La “no-gestión” de la red es seguramente la peor forma de gestionar una red, ya que permite un 10% de los usuarios puedan utilizar el ancho de banda de forma que el 90% de los usuarios se quedan únicamente con el 25% de los recursos.

¿Qué importa si se trata de una pequeña minoría de usuarios los que realizan la mencionada “canibalización” o una empresa?

¿No es acaso mayor la cantidad de daño que están perpetrando a un ingente número de abonados?

Free Press sostiene que un acceso a Internet contabilizado pero agnóstico por protocolo por usuario, o la “no-gestión de la red” (aunque reseteando paquetes al azar), serían mejores que la regulación de protocolos que emplean los métodos de priorización mediante resets TCP. Si bien todos podemos estar de acuerdo en que debemos avanzar en el modelo de gestión de red agnóstico por protocolo por usuario se base en la equidad y sería perjudicial para la inmensa mayoría de los consumidores si insistimos en su perfección de inmediato prohibiendo hoy algo que sería en su mayor parte justo y razonable para la mayoría. El mercado ya se está moviendo hacia una nueva red con técnicas de gestión avanzadas y debemos darle la oportunidad de madurar.
  

La gestión de la red asegura una convivencia armoniosa

Como ha demostrado la experiencia con la banda ancha en Japón, nunca vamos a tener suficiente ancho de banda por lo que no es ésta la forma de salir de la congestión. La gestión de la red puede garantizar una convivencia armoniosa, donde las aplicaciones P2P y las tradicionales e incluso las interactivas y en tiempo real pueden obtener lo que precisan. Con demasiada frecuencia, los defensores (habitualmente no-técnicos) de la neutralidad de red confunden el rendimiento de la red con la prioridad en la red cuando en realidad no tienen nada que ver unos con otros.

Las aplicaciones P2P siempre consumen la mayor parte del volumen de tráfico, sin embargo pueden tener todo el volumen del mundo, incluso aunque tengan la menor prioridad. Las aplicaciones interactivas y/o en tiempo real fundamentalmente tienen un bajo volumen de requisitos y no hay razón por la que no deberían tener la máxima prioridad. No hay ninguna diferencia para una aplicación P2P si envían en una ráfaga de mayor prioridad paquetes interactivos o en tiempo real ya que no por ello van a conseguir llegar antes. Las aplicaciones interactivas y/o en tiempo real sólo precisan una pequeña cantidad fija de datos para transportar por lo que la cantidad de datos que deben desplazar las grandes transferencias de archivos P2P se mantiene constante independientemente de la prioridad otorgada a las cargas útiles más pequeñas.

Las transferencias de archivos P2P seguirán terminando en la misma cantidad de tiempo tanto si iba a tardar una hora o un día, sin embargo tener mayor prioridad diferencia completamente a la aplicación interactiva y/o en tiempo real porque un ser humano está a la espera de una respuesta inmediata y la voz o las aplicaciones de juegos no pueden tolerar que los retrasos sean algo más que una décima de segundo.Por lo tanto, con la gestión de la red, las aplicaciones en segundo plano como P2P pueden obtener todo el volumen de tráfico que precisan en el mismo momento oportuno sin necesidad de imponer medidas draconianas de precios.

Las aplicaciones interactivas y/o en tiempo real obtienen la prioridad necesaria a fin de que no verse “ahogadas” por las aplicaciones P2P, pero sin la gestión de la red, independientemente de cuánta capacidad inyectemos en el problema, las aplicaciones P2P no funcionarán mucho más rápido sino que ahogarán a las aplicaciones interactivas y/o en tiempo real de Internet.

Conclusión

La industria de la gestión de redes está haciendo un gran esfuerzo para mejorar la gestión del tráfico de red. La industria se enfrenta a una dura colina hasta hasta conseguir educar a los consumidores sobre los servicios que ofrecen, sus limitaciones y sus condiciones de uso, porque no todos somos ingenieros dedicados a las redes de telecomunicaciones. Quizás el peor efecto secundario de la actual controversia sobre la gestión de P2P es el gran número de falsas y engañosas noticias acerca de la ingeniería de red que se han convertido en parte del debate público. Debemos ser especialmente conscientes de la necesaria labor de educación del gran público hacia una verdadera comprensión de Internet y sus propiedades únicas en comparación con la red telefónica tradicional.