Internet Gridlock

Een obscure blogger filmt zijn driejarige dochtertje het verhaal reciteren van de eerste Star Wars-film. Hij naait de beste delen aan elkaar, inclusief het wijze advies. Praat niet terug tegen Darth Vader; hij haalt ze op en plaatst ze op de website voor het delen van video's YouTube. Zeven miljoen mensen downloaden het bestand. Een afgestudeerde student van de University of Minnesota met een onwaarschijnlijk diepe stem filmt zichzelf terwijl hij een geestdodend repetitief sociaal protestlied zingt Chocolade regen : 23 miljoen downloads. Een zelf-beschreven inspirerende komiek filmt de zes minuten durende dansroutine dat sluit zijn presentaties af, die de geschiedenis van de populaire dans van Elvis tot Eminem samenvat: 87 miljoen downloads.

Star Wars: Aflevering IV volgens een driejarige.

Videodownloads zuigen bandbreedte op in een ongekend tempo. Een kort tijdschriftartikel kan online zes minuten duren om te lezen. Het kijken naar The Evolution of Dance duurt ook zes minuten, maar je moet 100 keer zoveel gegevens downloaden. Alleen al The Evolution of Dance heeft het equivalent van 250.000 dvd's aan gegevens over het internet verzonden.

Dit verhaal maakte deel uit van ons nummer van juli 2008

• Zie de rest van het probleem
• Abonneren

En YouTube is slechts het topje van de ijsberg. Fans van Kwijt of Het kantoor kan gemiste afleveringen bekijken op netwerkwebsites. Netflix streamt nu video's naar zijn abonnees via internet, en zowel Amazon als de iTunes-muziekwinkel van Apple verkopen online films en afleveringen van tv-programma's. Peer-to-peer-netwerken voor het delen van bestanden zijn geëvolueerd van het overzetten van nummers van vier minuten naar een uur lang Sopranen afleveringen. En al deze video's zijn van hogere kwaliteit - en dus meer bandbreedte-intensief - dan die van YouTube.

Afgelopen november haalde een IT-onderzoeksbureau genaamd Nemertes de krantenkoppen door te melden dat het internetverkeer met ongeveer 100 procent per jaar toenam en dat in de Verenigde Staten de vraag van gebruikers in 2010 de netwerkcapaciteit zou overtreffen. Andrew Odlyzko, die de Minnesota Internet Traffic Studies leidt programma aan de Universiteit van Minnesota, is van mening dat het groeipercentage dichter bij 50 procent ligt. In dat tempo, zegt hij, zouden de verwachte verbeteringen in de standaard netwerkapparatuur gelijke tred moeten houden met de toename van het verkeer.

Maar als de werkelijke verkeersgroei ergens tussen de schattingen van Nemertes en Odlyzko ligt, of als high-definition video online populair wordt, dan zou verkeersopstopping op internet veel vaker kunnen voorkomen. En de manier waarop congestie wordt verlicht, zal gevolgen hebben voor de principes van openheid en vrijheid die het internet zijn gaan kenmerken.

Wiens bits winnen?
Internet lijkt veel op een snelweg, maar niet, in tegenstelling tot wat vaak wordt gedacht, een snelweg. Het is meer een vierbaans rijksweg met verkeerslichten om de vijf mijl of zo. Een datapakket kan met de snelheid van het licht door een optische vezel laaien, maar af en toe bereikt het een kruispunt waar het de mogelijkheid heeft om af te takken langs een andere vezel. Daar komt het een doos tegen die een internetrouter wordt genoemd en die hem vertelt welke kant hij op moet. Bij weinig verkeer kan het pakketje met nauwelijks snelheidsverlies over het kruispunt. Maar als er te veel pakketten tegelijkertijd de kruising bereiken, moeten ze in de rij gaan staan ​​en wachten tot de router ze doorstuurt. Als het wachten te lang wordt, heb je congestie.

Het transmissiecontroleprotocol, of TCP, een van de twee fundamentele protocollen van internet, bevat een algoritme voor het afhandelen van congestie. Kortom, als een bepaalde datalink overbelast raakt, vertelt TCP alle computers die er pakketten over verzenden om hun transmissiesnelheden te halveren. De afzenders verhogen vervolgens langzaam hun tarieven - totdat het weer overbelast raakt. Maar als de transmissiesnelheid van uw computer voortdurend wordt gehalveerd, kunt u veel minder bandbreedte krijgen dan de advertenties van uw breedbandprovider u beloofden.

Soms is dat geen probleem. Als u een video downloadt om later te bekijken, kan het zijn dat u uw computer een paar uur laat staan ​​en geen 10 minuten congestie merkt. Maar als je streaming audio gebruikt om naar een live World Series-game te luisteren, kan elke kleine audiopop of -sprong irritant zijn. Als een router gewoon kon zien welk soort verkeer dat was, zou hij de vertragingsgevoelige pakketten erdoorheen kunnen wuiven en de andere tijdelijk tegenhouden, en iedereen zou blij zijn.

Maar het idee dat een internetprovider (ISP) waardeoordelen zou vellen over de pakketten die over zijn netwerk reizen, maakt veel mensen ongerust. Het internet, zoals de naam bedoeld was om te impliceren, is niet een enkel netwerk. Het is een netwerk van netwerken, waarvan de gemiddelde gebruiker nog nooit heeft gehoord. Een pakket dat lange afstanden aflegt, moet vaak meerdere netwerken doorkruisen. Als ISP's zich gaan bezighouden met het discrimineren tussen pakketten, wat weerhoudt hen er dan van om de pakketten van hun eigen klanten voorrang te geven, ten koste van die van hun concurrenten? Stel dat een ISP samenwerkt met of eigenaar is van een webservice, zoals een zoekmachine of een sociale netwerksite. Of stel dat het een aparte dienst aanbiedt, zoals telefoon of televisie, die concurreert met internetdiensten. Als het sommige pakketten beter kan behandelen dan andere, heeft het de middelen om een ​​oneerlijk voordeel te behalen ten opzichte van zijn eigen rivalen, of zijn partners of zijn dochterondernemingen.

Het idee dat internet eerlijk moet zijn - dat het geen favorieten moet kiezen onder gebruikers, serviceproviders, applicaties en soorten inhoud - staat algemeen bekend als netneutraliteit. En het is een principe dat de laatste tijd veel in het nieuws is geweest, na de kennelijke schending ervan door Comcast, de op een na grootste ISP in de Verenigde Staten.

Afgelopen zomer werd duidelijk dat Comcast opzettelijk het peer-to-peer-verkeer vertraagt ​​dat via zijn netwerk wordt verzonden door programma's die gebruikmaken van het populaire bestandsdelingsprotocol BitTorrent. De Federal Communications Commission stemde ermee in om dit te onderzoeken tijdens een reeks hoorzittingen die begin 2008 werden gehouden aan de universiteiten van Harvard en Stanford.

Het was niet BitTorrent Inc. dat een klacht had ingediend bij de FCC, maar eerder een bedrijf genaamd Vuze, gevestigd in Palo Alto, CA, dat het BitTorrent-protocol gebruikt - volkomen legaal - om high-definition video via internet te distribueren. Als videodistributeur concurreert Vuze, hoe scheef ook, met Comcast. Door specifiek de prestaties van BitTorrent-verkeer te verslechteren, voerde Vuze aan, gaf Comcast zichzelf een oneerlijk voordeel ten opzichte van een kleinere rivaal.

Tijdens de hoorzitting van Harvard betoogde David Cohen, Executive Vice President van Comcast dat zijn bedrijf alleen had gehandeld tijdens perioden van ernstige congestie, en dat het alleen het verkeer had gestoord dat naar zijn netwerk werd geüpload door computers die niet tegelijkertijd downloads uitvoerden. Dat was een goede indicatie, zei Cohen, dat de computers onbeheerd waren. Door de uploads te vertragen, zei hij, deed Comcast de afwezige gebruikers geen pijn en verbeterde het de prestaties van andere applicaties die via het netwerk werden uitgevoerd drastisch.

Wat de motivaties van Comcast ook zijn geweest, de ontmoeting met Vuze illustreert grafisch het conflict tussen congestiebeheer en het principe van netneutraliteit. Een operator die alleen de kosten van zijn service beheert door congestie te beheersen, moet mogelijk zware gebruikers terugdringen, zegt Bob Briscoe, hoofdonderzoeker bij BT's Networks Research Center in Ipswich, Engeland. Een operator die winnaars wil kiezen en ervoor kiest om te zeggen dat deze bepaalde applicatie een verliezer is, kan dezelfde applicaties ook terugdraaien. En het is heel moeilijk om het verschil tussen de twee te zien.

Voor veel voorstanders van netneutraliteit is de gemakkelijke uitweg uit dit dilemma voor ISP's om de capaciteit van hun netwerken te vergroten. Maar ze hebben weinig zakelijke prikkels om dat te doen. Waarom zou ik een verbetering in mijn platform aanbrengen als iemand anders het geld gaat verdienen? zegt David Clark, een senior onderzoekswetenschapper aan het Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory van het MIT, die van 1981 tot 1989 de belangrijkste protocolarchitect van internet was. Vuze verkoopt HD-televisie met bijna geen kapitaaluitgaven, zegt Clark. Moet een ISP miljoenen of miljarden uitgeven aan hardware-upgrades zodat Vuze televisie kan gaan leveren via mijn infrastructuur zonder enige kapitaalkosten, en ik krijg hier geen inkomsten uit? Voor ISP's die ook televisiediensten aanbieden, is de situatie erger. Als een toename van de netwerkcapaciteit diensten zoals Vuze helpt marktaandeel te winnen, kan de enorme kapitaalinvestering van de ISP de inkomsten zelfs verminderen. Als video niet langer een product is, kan [de ISP] de prijs verhogen omdat het via pakketten wordt geleverd, zegt Clark, dat hij geen bedrijfsmodel heeft.

Zoals Clark opmerkte tijdens de Harvard FCC-hoorzitting, hebben ISP's de mogelijkheid om kapitaaluitgaven te dekken door zware gebruikers meer in rekening te brengen dan lichte gebruikers. Maar tot nu toe hebben de meesten van hen zich tegen die benadering verzet. Wat ze niet wilden doen, is per byte in rekening brengen, zegt Odlyzko, of anders hebben ze limieten voor het gebruik - slechts zoveel gigabytes, waarboven je wordt getroffen door een straftarief. De industrie is vreemd genoeg gehecht aan dit one-size-fits-all-model, zegt Timothy Wu, een professor aan de Columbia Law School aan wie over het algemeen wordt toegeschreven dat hij de term netwerkneutraliteit heeft bedacht. Ze hebben mensen gewend aan een onbeperkt prijsprogramma, zegt Wu, en het is moeilijk om van tariefplannen te veranderen.

Bij afwezigheid van een verandering in de prijsstructuren zitten ISP's die zowel congestie willen beheersen als de regelgevers tevreden willen houden, in een lastig parket. Kan technologie hen helpen om eruit te komen?

het laatste stukje
Voor Bob Briscoe van BT is het misleidend om te praten over de oneerlijke technieken voor congestiebeheer van ISP's, omdat congestiebeheer op internet nooit eerlijk. Computers vertellen dat ze hun datasnelheid moeten halveren in het licht van congestie, zoals het TCP-protocol doet, is alleen eerlijk als al die computers in gelijke mate bijdragen aan de congestie. Maar in het internet van vandaag slokken sommige toepassingen de bandbreedte agressiever op dan andere. Als mijn applicatie vier keer zoveel bandbreedte gebruikt als de jouwe, en we allebei onze transmissiesnelheden halveren, gebruik ik nog steeds twee keer zoveel bandbreedte als jij aanvankelijk was. Bovendien, als mijn vraatzucht de oorzaak is van de congestie, word je gestraft voor mijn hebzucht. In het ideale geval zouden we iedereen de vrijheid willen geven om precies te gebruiken wat ze wilden, zegt Briscoe. Het probleem is dat congestie de limiet vormt voor de vrijheid van andere mensen die mijn vrijheid veroorzaakt.

Briscoe heeft een schema voorgesteld waarin hebzuchtige applicaties voor het grootste deel zoveel bandbreedte kunnen opslokken als ze willen, terwijl lichte internetgebruikers hun downloadsnelheden zullen zien toenemen, zelfs als het netwerk overvol is. De truc is simpelweg om elke internetabonnee een maandelijks quotum van datapakketten met hoge prioriteit toe te wijzen die een onevenredig groot stuk bandbreedte krijgen tijdens perioden van congestie. Zodra mensen hun quota hebben uitgeput, kunnen ze internet blijven gebruiken; ze zullen gewoon overgeleverd zijn aan de verkeerssituatie.

Gebruikers zullen dus pakketten met hoge prioriteit willen behouden. Een browser kan zien hoe groot een download is voordat deze begint, zegt Briscoe, en standaard zou de browser de pakketten met hoge prioriteit alleen voor kleine bestanden gebruiken. Voor technisch onderlegde gebruikers die bij een enkele gelegenheid prioriteit willen geven aan een groot bestand, kan een klein configuratiescherm hen echter toestaan ​​​​om naar binnen te gaan, net zoals u naar binnen kunt gaan en de parameters van uw netwerkstack kunt wijzigen als u dat echt wilt.

Alleen gebruikers de mogelijkheid bieden om zelf verkeersprioriteiten in te stellen, is volgens Briscoe voldoende om de zorgen over netwerkneutraliteit weg te nemen. Ik vermoed dat 95 procent van de klanten, als ze de keuze zouden krijgen tussen dat zelf te doen of dat de ISP het voor hen doet, gewoon zouden zeggen: oh, sod it, do it for me, zegt Briscoe. Het belangrijkste is dat ze zijn gevraagd. En ze hadden het zelf kunnen doen. En ik denk dat die 5 procent die klagen degenen zijn die zouden willen dat ze gevraagd werden.

In het schema van Briscoe zouden gebruikers meer kunnen betalen voor grotere quota van pakketten met hoge prioriteit, maar dit zou niet neerkomen op het soort gebruikslimiet of straftarief waar ISP's volgens Odlyzko op hun hoede voor zijn. Elke internetabonnee zou nog steeds onbeperkte downloads krijgen. Sommigen zouden gewoon betere service krijgen tijdens perioden van congestie.

Om te bepalen welke pakketten meetellen voor het quotum van een gebruiker, moeten ISP's natuurlijk weten wanneer het netwerk overbelast is. En dat blijkt ingewikkelder dan het klinkt. Als een Comcast-abonnee in New York en een EarthLink-abonnee in Californië gegevens uitwisselen, reizen hun pakketten over verschillende netwerken: die van Comcast, EarthLink en andere daartussenin. Als er congestie is op een van die netwerken, kunnen de verzendende en ontvangende computers het zien, omdat sommige van hun pakketten verloren gaan. Maar als de congestie zich op het netwerk van Comcast bevindt, weet EarthLink er niets van en vice versa. Dat is een probleem als de ISP's verantwoordelijk zijn voor het volgen van de pakketquota van hun klanten.

Briscoe stelt voor dat wanneer de verzendende en ontvangende computers congestie op de verbinding tussen hen herkennen, ze dit aan hun ISP's aangeven door hun pakketten te markeren - een enkel bit van 0 naar een . Natuurlijk kunnen hackers proberen het systeem te bespelen door hun computers te herprogrammeren zodat ze ontkennen dat ze congestie hebben ondervonden terwijl ze dat echt hebben gedaan. Maar een computer waarvan de congestieclaims consequent in strijd zijn met die van alle anderen, zal gemakkelijk te achterhalen zijn. Het afdwingen van eerlijkheid is waarschijnlijk niet het grootste probleem voor het plan van Briscoe.

Iedereen het erover eens zijn is dat. Een internetpakket bestaat uit een payload (een deel van de webpagina, video of telefoongesprek dat wordt verzonden) en een header. De header bevat de internetadressen van de afzender en ontvanger, samen met andere informatie die routers en de ontvangende computer vertelt hoe het pakket moet worden afgehandeld. Toen de architecten van internet het internetprotocol (IP) ontwierpen, gaven ze de pakketheader een aantal extra bits, voor gebruik door nog onvoorstelbare services. Al die extra stukjes zijn verkaveld, behalve één. Dat is het beetje dat Briscoe wil gebruiken.

Onder netwerkingenieurs hebben de ideeën van Briscoe veel aandacht en veel steun getrokken. Maar het laatste beetje is moeilijk te verkopen, en dat weet hij. Het moeilijke [deel] om het te doen, is om het eens te worden dat het moet gebeuren, zegt hij. Want als je IP wilt veranderen, omdat de helft van de wereld nu bovenop IP wordt gebouwd, is het alsof je ruzie maakt om te veranderen - ik weet het niet, de regels van cricket of zoiets.

Op een dag zou het internet een benadering kunnen gebruiken die veel lijkt op die van Briscoe om congestie te beheersen. Maar die dag is waarschijnlijk nog jaren weg. Een bandbreedtecrisis is dat misschien niet.

Vreemde bedgenoten
De meesten zijn het erover eens dat de recente piek in internetverkeer te wijten is aan videodownloads en peer-to-peer bestandsoverdrachten, maar niemand weet zeker hoeveel verantwoordelijkheid iedereen draagt. ISP's kennen de verkeersdistributies voor hun eigen netwerken, maar ze maken ze niet bekend, en de distributie van een bepaalde ISP weerspiegelt mogelijk niet die van internet als geheel. Videodownloads nemen echter geen bandbreedte in beslag zoals veel peer-to-peer-programma's. En we weten dat peer-to-peer-verkeer het type is waar Comcast zich aan vastklampte.

Niettemin zijn ISP's en peer-to-peer-netwerken geen natuurlijke antagonisten. Een BitTorrent-download kan veel bandbreedte gebruiken, maar het gebruikt het veel efficiënter dan een traditionele download; daarom is het zo snel. In principe kunnen peer-to-peer-protocollen helpen de serverbelasting over een netwerk te verdelen, waardoor knelpunten worden geëlimineerd. Het probleem, zegt Mung Chiang, universitair hoofddocent elektrotechniek aan de Princeton University (en lid van TR35 van vorig jaar), is de wederzijdse onwetendheid die ISP's en peer-to-peer-netwerken in naam van netneutraliteit in stand hebben gehouden.

ISP's vertrouwen niet alleen op het TCP-protocol om congestie aan te pakken. Ze beheren actief hun netwerken, identificeren verstopte links en routeren verkeer om hen heen. Tegelijkertijd zijn computers met BitTorrent constant op zoek naar nieuwe peers die gegevens sneller kunnen uploaden en laten ze peers vallen wiens transmissie traag is geworden. Het probleem is volgens Chiang dat peer-to-peer-netwerken veel sneller reageren op congestie dan ISP's. Als een aantal computers met peer-to-peer-programma's verkeer via dezelfde link verzenden, kunnen ze allemaal zien dat hun downloads vertragen, dus gaan ze op zoek naar nieuwe peers. Tegen de tijd dat de ISP besluit om de overbelaste verbinding te routeren, is het peer-to-peer-verkeer mogelijk ergens anders naartoe verhuisd: de ISP heeft een wijd open pijp effectief afgesloten. Erger nog, het nieuwe routeringsplan kan ertoe leiden dat verkeer via links wordt verzonden die sindsdien overbelast zijn geraakt.

Maar, zegt Chiang, stel dat de netwerkoperator de contentdistributeur iets vertelt over zijn netwerk: de route die ik gebruik, de metriek die ik gebruik, de manier waarop ik mijn routes update. Of andersom: de contentdistributeur zegt iets over de manier waarop hij met servers omgaat of peers selecteert. Netwerkefficiëntie verbetert.

Een brancheconsortium genaamd de P4P-werkgroep, geleid door Verizon en het peer-to-peerbedrijf Pando uit New York, onderzoekt precies zo'n mogelijkheid. Verizon en Pando hebben een protocol getest met de naam P4P, gemaakt door Haiyong Xie, een promovendus in computerwetenschappen aan de Yale University. Met P4P leveren zowel ISP's als peer-to-peer-netwerken abstracte informatie over hun netwerklay-outs aan een centrale computer, die de informatie combineert om een ​​nieuwe, gehybridiseerde netwerkkaart te produceren. Peer-to-peer-netwerken kunnen de kaart gebruiken om knelpunten te voorkomen.

Tijdens de proef liet het P4P-systeem Verizon-klanten die de Fios-glasvezelkabelservice en het Pando peer-to-peer-netwerk gebruiken, drie tot zeven keer zo snel bestanden downloaden als ze anders hadden kunnen doen, zegt Laird Popkin, Pando's chief technology officer . Tot op zekere hoogte was dat omdat het protocol beter was in het vinden van peers die deel uitmaakten van het netwerk van Verizon, in tegenstelling tot een extern netwerk.

Rechtstreeks bang?
Elke technische poging om congestie te bestrijden stuit echter op het principe van netneutraliteit. Hoewel BitTorrent Inc. een kernlid is van de P4P-werkgroep, blijft de chief technology officer, Eric Klinker, wantrouwend staan ​​tegenover het idee dat peer-to-peer-netwerken en ISP's informatie zouden delen. Hij maakt zich zorgen dat een protocol als P4P een ISP in staat zou kunnen stellen zijn netwerktopologie verkeerd voor te stellen in een poging om het verkeer lokaal te houden, zodat het geen toegangsprijzen hoeft te betalen om verkeer over andere netwerken te sturen.

Zelfs het voorstel van David Clark dat ISP's hun klanten eenvoudigweg kosten in rekening brengen op basis van gebruik, zou de neutraliteit kunnen bedreigen. Zoals Mung Chiang opmerkt, zou een ISP die ook tv-services verkocht zijn kosten kunnen verhogen, zodat klanten die veel high-definition internet-tv keken, altijd meer zouden betalen dan ze zouden hebben gehad voor kabelabonnementen. Dus de vraag die bij elke discussie over congestie en neutraliteit opdoemt, is: moet de overheid ingrijpen om ervoor te zorgen dat iedereen eerlijk speelt?

Ondanks alle zorgen van Klinker over P4P, lijkt BitTorrent te hebben geconcludeerd dat dit niet het geval is. In februari had Klinker zich aangesloten bij vertegenwoordigers van Vuze en verschillende actiegroepen in een openbare goedkeuring van de netneutraliteitswetgeving, voorgesteld door congreslid Ed Markey uit Massachusetts. Eind maart echter, na de hoorzittingen van Harvard, brachten BitTorrent en Comcast een gezamenlijk persbericht uit waarin ze aankondigden dat ze zouden samenwerken om methoden voor peer-selectie te ontwikkelen die congestie verminderen. Comcast zou een protocolonafhankelijke benadering van congestiebeheer hanteren - alleen gericht op gebruikers van zware bandbreedte, niet op bepaalde applicaties - en zou de hoeveelheid bandbreedte die beschikbaar is voor zijn klanten voor uploads vergroten. BitTorrent was het er ondertussen mee eens dat deze technische problemen kunnen worden opgelost door middel van privé zakelijke discussies zonder tussenkomst van de overheid.

De FCC, zegt Clark, zal ongetwijfeld iets doen als de industrie de huidige impasse niet oplost. Maar, voegt hij eraan toe, het is mogelijk dat het middelste antwoord hier is dat waakzaamheid van de regelgevers de markt een discipline oplegt die ervoor zorgt dat de markt de oplossing vindt.

Dat zou welkom nieuws zijn voor Chiang. Vaak wordt overheidswetgeving opgesteld door mensen die technologie misschien niet zo goed kennen, zegt hij, en daarom hebben ze de neiging om een ​​deel van de haalbaarheid en realiteit van de technologie te negeren.

Maar Timothy Wu is van mening dat regels voor netwerkneutraliteit kunnen worden geschreven op een niveau van algemeenheid dat geen innovatie-dodende beperkingen oplegt aan de markt, terwijl de FCC nog steeds de ruimte krijgt om overtreders te straffen. Er is voldoende precedent, zegt hij, voor brede verbodsbepalingen die federale agentschappen van geval tot geval interpreteren. In het arbeidsrecht hebben we een algemene regel die zegt dat je niet mag discrimineren, maar in werkelijkheid hebben we het feit dat je niet mag discrimineren tenzij je een goede reden hebt, zegt hij. Misschien moet iemand Arabisch spreken om een ​​spion te zijn. Maar zeggen dat je blank moet zijn om eten te serveren is niet hetzelfde.

Uiteindelijk zijn de problemen van internet echter altijd het beste collectief opgelost, door zijn lange geschiedenis, zegt Wu. Het wordt bij elkaar gehouden door mensen die redelijk zijn ... redelijk en deel uitmaken van een gigantische gemeenschap. Dat het überhaupt werkt is belachelijk.

Larry Hardesty is een Technologie beoordeling senior redacteur.

zich verstoppen