Navegación web que se siente instantánea, aunque no lo es

Si la pandemia de coronavirus impulsó su vida en línea, probablemente haya estado allí: tal vez esté usando el chat de video para hacer el trabajo o conectarse con amigos lejanos. No importa cuánto ancho de banda tenga, el retraso entre una persona que habla y el resto escucha las palabras significa que siguen hablando unos sobre otros.

Es la molesta demora cuando presionas reproducir en tu servicio de transmisión y tu película o programa de televisión tarda una eternidad en cargarse. O cuando estás a punto de alcanzar un nuevo nivel en un videojuego, pero tu controlador no registra tus movimientos a tiempo.

Esa fracción de segundo, menos que un abrir y cerrar de ojos, se denomina latencia de red. Es el tiempo en milisegundos que tarda una señal en hacer un viaje de ida y vuelta desde su computadora a un servidor y viceversa. Cuanto mayor es la distancia, más tiempo se tarda en hacer el viaje.

Los milisegundos pueden no parecer gran cosa. Pero en Internet puede sentirse como caminar por el barro. Incluso puede hacer que los usuarios pierdan interés o lleven su negocio a otra parte.

Google descubrió que si los resultados de búsqueda se ralentizan cuatro décimas de segundo, sus usuarios realizan ocho millones de búsquedas menos al día. Y según Amazon, incluso los retrasos más pequeños (una décima de segundo adicional) le costarían a la empresa un 1 % en ventas, la asombrosa cifra de cientos de millones de dólares al año.

El científico informático de Duke, Bruce Maggs, cree que podemos hacerlo mejor. Hace unos años, él y sus colegas decidieron asumir un desafío: construir un Internet a la velocidad de la luz.

Se preguntaron si podían obtener datos de un lado a otro más rápidamente, ¿podrían hacer que la navegación web se sintiera más fluida y fluida, incluso instantánea?

El equipo presentó su enfoque el 6 de abril en el 19º Simposio USENIX sobre diseño e implementación de sistemas en red (NSDI ’22) en Renton, Washington.

En un proyecto codirigido por Brighten Godfrey en la Universidad de Illinois, Gregory Laughlin en Yale y Ankit Singla en ETH Zurich, el equipo visualiza una red que se extiende por los EE. UU. y responde de 10 a 100 veces más rápido que Internet normal.

Si se implementa en las 120 ciudades más grandes, podría dar al 85% de los estadounidenses la opción de conectarse a grandes distancias casi en tiempo real, como si estuvieran en la misma habitación.

El problema es que Internet de hoy no está optimizado para la velocidad, dijo Maggs.

Dada la velocidad de la luz, en teoría, los datos deberían poder transmitirse a una velocidad máxima de 300.000 kilómetros por segundo. Eso es un alucinante 670 millones de millas por hora.

A ese ritmo, el tráfico de Internet debería poder cubrir las 2800 millas entre Los Ángeles y la ciudad de Nueva York en 15 milisegundos.

Pero la realidad es mucho más lenta. Maggs y su equipo demostraron que mover incluso pequeñas cantidades de datos a través de Internet, por ejemplo, simplemente descargar una página web, a menudo lleva entre 37 y 100 veces más de lo esperado.

«Debería ser más rápido, ¿verdad?» dijo Maggs.

Un gran culpable detrás de la demora, dicen, es la forma en que se enruta el tráfico de Internet.

Cada vez que consulta el correo electrónico, busca información en Google o navega por las redes sociales, los datos se envían y reciben a través de cientos de miles de kilómetros de cables de fibra óptica enterrados, delgadas hebras de vidrio que se agrupan y transmiten datos como pulsos de luz.

Pero este sistema puede ser ineficiente. Los cables enterrados tienen que zigzaguear alrededor de las montañas y serpentear por el paisaje mientras siguen carreteras y vías férreas, los giros y vueltas cuestan un tiempo precioso.

El tráfico de Internet que viaja de Suecia a Croacia, una distancia en automóvil de aproximadamente 1,300 millas, podría tomar un desvío oceánico de 8,000 millas a través de un enrutador en la ciudad de Nueva York primero.

«Las rutas de fibra casi nunca siguen una línea recta entre dos ubicaciones», dijo Maggs.

Agregue a eso el hecho de que los proveedores de Internet a menudo enrutan los datos a lo largo de la ruta que es la más barata, no la más rápida, incluso retrocediendo para ahorrar dinero.

«Eso significa que el camino será más indirecto», dijo Maggs.

Hay otra cosa que se interpone en el camino. Cuando la gente habla de la velocidad de la luz, normalmente se refiere a la velocidad de la luz en el vacío. Cuando la luz pasa a través de un medio que no sea el vacío, como el aire, el agua o el vidrio, se ralentiza.

La velocidad de la luz en el vacío es de 300.000 kilómetros por segundo, pero se reduce a dos tercios de esa velocidad en el vidrio de sílice, que es de lo que están hechos los cables de fibra óptica normales.

«Todas estas cosas se combinan y se multiplican entre sí», dijo Maggs. Por eso, cuando se trata del tiempo de respuesta en la autopista de la información, el límite de velocidad cósmico está lejos de ser una realidad. Pero los investigadores encontraron que una pequeña esquina se acerca:

A principios de la década de 2010, se creó una red personalizada para reducir unas milésimas de segundo el tiempo que tardan los operadores financieros en enviar datos entre la Bolsa Mercantil de Chicago y las bolsas de valores de Nueva Jersey, aproximadamente 700- ruta de una milla que atraviesa seis estados.

Esa cantidad de tiempo es imperceptible para los humanos. Pero es suficiente para dar a las empresas comerciales una ventaja sobre sus rivales en el mercado de valores, donde recibir datos incluso un milisegundo antes puede marcar la diferencia entre obtener ganancias o perder.

Al analizar esta red especializada, el equipo se preguntó si podrían usar enfoques similares para reducir los retrasos en Internet en todo el país.

Parte de la ventaja de la red comercial radica en cómo se transportan los datos, dijo Maggs.

En lugar de cables enterrados, reduce los tiempos de negociación mediante el uso de transmisiones de radio por microondas para transportar datos por el aire, donde las señales pueden viajar un 50 % más rápido que la luz a través de la fibra.

La red también ahorra tiempo con un atajo. A diferencia de los cables de fibra, que tienen que sortear obstáculos mientras siguen la disposición del terreno, las señales de microondas no se doblan: se transmiten en línea recta. Eso hace que las rutas sean más cortas, lo que les permite ir y venir entre Nueva Jersey y Windy City en ocho milésimas de segundo.

En las pruebas, los investigadores encontraron que la red basada en microondas de los comerciantes financieros era confiablemente más rápida que la fibra, incluso con mal tiempo, cuando la lluvia puede debilitar la señal entre las torres.

La tecnología tiene décadas de antigüedad. La investigación del equipo mostró que algo similar (torres equipadas con antenas que envían señales de microondas de un lado a otro) podría construirse entre las ciudades más grandes de los EE. UU. o Europa, y podría reducir el retraso al 5% de lo que es posible a la velocidad de la luz.

Asumiendo un presupuesto hipotético de 3000 torres espaciadas aproximadamente a una distancia de 40 a 60 millas, el equipo descubrió la mejor manera de transmitir señales de torre a torre a lo largo de los caminos más cortos posibles, y sin cosas como colinas, edificios o árboles que se interpongan en el camino.

Descubrieron que solo enrutar los datos a lo largo de rutas más directas haría posible hacer clic en un enlace a un sitio web y enviar la solicitud a un servidor tres veces más rápido.

Y a un costo estimado de 81 centavos por gigabyte, el valor potencial de dicha red superaría con creces su precio. Los análisis de costo-beneficio del equipo sugieren que para una compañía como Google, entregar resultados de búsqueda 200 milisegundos más rápido significaría $87 millones adicionales al año en ganancias.

Pero lo más emocionante de esto, dicen los investigadores, es la posibilidad de que las personas separadas por cientos de millas sientan que están interactuando y compartiendo información en línea en tiempo real.

Los estudios sugieren que los retrasos de menos de 30 milisegundos pasan demasiado rápido para que la mayoría de las personas lo noten. Si los científicos pudieran reducir los tiempos de retraso a menos que eso, podrían hacerlos virtualmente imperceptibles.

«No estamos diciendo que podamos hacer que Internet funcione a la velocidad de la luz», dijo Maggs. Esto se debe a que, si bien la transmisión de microondas puede ser más rápida que la fibra, en términos de capacidad de carga, no puede competir.

Pero para las aplicaciones en las que el tiempo lo es todo, una red de este tipo podría reducir el retraso a un costo menor que los servicios existentes.

Para los jugadores en línea, que constantemente envían y reciben datos para jugar juntos en tiempo real, el enrutamiento del tráfico a través de su red podría reducir los tiempos de retraso a un tercio de lo que es posible con el Internet actual.

En el caso de su esposa música, dijo Maggs, ella y sus colegas de la costa oeste podían tocar juntos sincronizados a través de Internet y escucharse como si estuvieran en la misma sala de conciertos, sin notar ningún retraso.

«Sería como decidir cuándo usar la Oficina Postal de EE. UU. y cuándo usar Federal Express», dijo Maggs. «Hay una gran diferencia en el costo y el rendimiento. Tendrías que elegir solo las cosas donde la latencia realmente importa».

Si solo está transmitiendo películas, es posible que no le importe. Pero para Maggs, que solía jugar juegos multijugador en línea cuando era niño, «cuando estoy enviando mi comando al servidor de juegos, donde acabo de presionar F para disparar mis fásers, quiero que vaya lo más rápido posible». puede.»