Internet Gridlock

En obskur blogger filmer sin tre-årige datter recitere plottet af den første Star Wars-film. Han syr de bedste dele sammen – inklusive vismandsrådet. Tal ikke tilbage til Darth Vader; han fårcha - og lægger dem op på videodelingswebstedet YouTube. Syv millioner mennesker downloader filen. En ph.d.-studerende fra University of Minnesota med en usandsynlig dyb stemme filmer sig selv synge en sindslidende gentagen social protestsang kaldet Chokoladeregn : 23 millioner downloads. En selvbeskrevet inspirerende komiker filmer de seks minutter lange danse rutine der afslutter hans præsentationer, som opsummerer historien om populær dans fra Elvis til Eminem: 87 millioner downloads.

Star Wars: Episode IV ifølge en tre-årig.

Videodownloads suger båndbredde op med en hidtil uset hastighed. En kort magasinartikel kan tage seks minutter at læse online. At se The Evolution of Dance tager også seks minutter – men det kræver, at du downloader 100 gange så meget data. Alene The Evolution of Dance har sendt data, der svarer til 250.000 dvd'er på tværs af internettet.

Denne historie var en del af vores juli 2008-udgave

• Se resten af ​​problemet
• Abonner

Og YouTube er kun toppen af ​​isbjerget. Fans af Faret vild eller Kontoret kan se mistede episoder på netværkets websteder. Netflix streamer nu videoer til sine abonnenter over internettet, og både Amazon og Apples iTunes-musikbutik sælger film og episoder af tv-shows online. Peer-to-peer fildelingsnetværk er gradueret fra at overføre fire minutter lange sange til timelange Sopraner episoder. Og alle disse videoer er af højere kvalitet – og dermed mere båndbreddeintensive – end YouTubes.

I november sidste år skabte et it-forskningsfirma ved navn Nemertes overskrifter ved at rapportere, at internettrafikken voksede med omkring 100 procent om året, og at brugerefterspørgslen i USA ville overstige netværkskapaciteten i 2010. Andrew Odlyzko, der driver Minnesota Internet Traffic Studies program ved University of Minnesota, mener, at vækstraten er tættere på 50 pct. Med den hastighed, siger han, burde forventede forbedringer i standardnetværksudstyr holde trit med trafikstigninger.

Men hvis den reelle trafikvækst er et sted mellem Nemertes og Odlyzkos estimater, eller hvis high-definition video tager fart online, kan trafikpropper på internettet blive meget mere almindelige. Og måden, hvorpå trængsel afhjælpes, vil have betydning for principperne om åbenhed og frihed, som er kommet til at præge internettet.

Hvis bits vinder?
Internettet er meget som en motorvej, men ikke, i modsætning til hvad mange tror, ​​en supermotorvej. Det er mere som en firesporet statsvej med trafiklys hver femte miles eller deromkring. En pakke data kan flamme ned af en optisk fiber med lysets hastighed, men en gang imellem når den et kryds, hvor den har mulighed for at forgrene sig ned ad en anden fiber. Der støder den på en boks kaldet en internetrouter, som fortæller den, hvilken vej den skal gå. Hvis trafikken er let, kan pakken køre gennem krydset med næsten ingen hastighedstab. Men hvis for mange pakker når krydset på samme tid, skal de stå i kø og vente på, at routeren fører dem igennem. Når ventetiden bliver for lang, har du trængsel.

Transmissionskontrolprotokollen eller TCP – en af ​​internettets to grundlæggende protokoller – inkluderer en algoritme til håndtering af overbelastning. Grundlæggende, hvis et givet datalink bliver overbelastet, fortæller TCP alle computere, der sender pakker over det, om at halvere deres transmissionshastigheder. Afsenderne skruer derefter langsomt deres priser op igen - indtil tingene bliver overbelastet igen. Men hvis din computers transmissionshastighed konstant bliver halveret, kan du ende med meget mindre båndbredde, end din bredbåndsudbyders annoncer lovede dig.

Nogle gange er det ikke et problem. Hvis du downloader en video for at se senere, kan du forlade din computer i et par timer og ikke bemærke 10 minutters overbelastning. Men hvis du bruger streaming af lyd til at lytte til et live World Series-spil, kan hver lille lyd-pop eller springe over være irriterende. Hvis en router bare kunne fortælle, hvilken slags trafik der var hvilken, kunne den vifte de forsinkelsesfølsomme pakker igennem og midlertidigt holde de andre tilbage, og alle ville være glade.

Men ideen om, at en internetudbyder (ISP) ville foretage værdivurderinger om de pakker, der rejser over sit netværk, gør mange mennesker urolige. Internettet, som navnet skulle antyde, er ikke et enkelt netværk. Det er et netværk af netværk, hvoraf de fleste den gennemsnitlige bruger aldrig har hørt om. En pakke, der rejser lange afstande, skal ofte gennem flere netværk. Når ISP'er først er begyndt at skelne mellem pakker, hvad skal forhindre dem i at give deres egne kunders pakker prioritet til skade for deres konkurrenter? Antag, at en internetudbyder har indgået partnerskab med – eller ejer – en webtjeneste, såsom en søgemaskine eller et socialt netværkssted. Eller antag, at det tilbyder en separat tjeneste – som telefon eller fjernsyn – der konkurrerer med internettjenester. Hvis den kan behandle nogle pakker bedre end andre, har den midlerne til en uretfærdig fordel i forhold til sine egne rivaler, sine partneres eller sine datterselskabers.

Ideen om, at internettet skal være retfærdigt - at det ikke skal vælge favoritter blandt brugere, tjenesteudbydere, applikationer og typer indhold - er generelt kendt som netneutralitet. Og det er et princip, der har været meget i nyhederne på det seneste, efter dets tilsyneladende overtrædelse af Comcast, den næststørste internetudbyder i USA.

Sidste sommer blev det klart, at Comcast bevidst bremsede peer-to-peer-trafik sendt over sit netværk af programmer, der bruger den populære fildelingsprotokol BitTorrent. Federal Communications Commission indvilligede i at undersøge sagen i et sæt høringer afholdt på Harvard og Stanford Universiteterne i begyndelsen af ​​2008.

Det var ikke BitTorrent Inc., der havde klaget til FCC, men snarere et firma kaldet Vuze, baseret i Palo Alto, Californien, som bruger BitTorrent-protokollen – helt lovligt – til at distribuere high-definition video over internettet. Som videodistributør er Vuze i konkurrence, dog skæv, med Comcast. Ved specifikt at forringe ydeevnen af ​​BitTorrent-trafik, hævdede Vuze, gav Comcast sig selv en uretfærdig fordel i forhold til en mindre rival.

Ved Harvard-høringen hævdede Comcasts administrerende vicepræsident David Cohen, at hans firma kun havde handlet i perioder med alvorlig overbelastning, og at det kun havde forstyrret trafik, der blev uploadet til dets netværk af computere, der ikke samtidig udførte downloads. Det var en god indikation, sagde Cohen, at computerne var uden opsyn. Ved at bremse uploadsene, sagde han, skadede Comcast ikke de fraværende brugere, og det forbedrede dramatisk ydeevnen af ​​andre applikationer, der kørte over netværket.

Uanset hvad Comcasts bevæggrunde måtte have været, illustrerer dets indkøring med Vuze grafisk konflikten mellem håndtering af overbelastning og princippet om netneutralitet. En operatør, der bare administrerer omkostningerne ved sin tjeneste ved at håndtere overbelastning, kan meget vel blive nødt til at drosle tunge brugere tilbage, siger Bob Briscoe, chefforsker ved BTs Networks Research Center i Ipswich, England. En operatør, der ønsker at udvælge vindere og vælger at sige, at denne bestemte applikation er en taber, kan også skrue de samme applikationer tilbage. Og det er meget svært at se forskel på de to.

For mange tilhængere af netneutralitet er den nemme vej ud af dette dilemma, at internetudbydere øger kapaciteten på deres netværk. Men de har ringe forretningsmæssige incitament til at gøre det. Hvorfor skal jeg tilføje en forbedring på min platform, hvis en anden skal tjene pengene? siger David Clark, en seniorforsker ved MIT's Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory, som fra 1981 til 1989 var internettets chefprotokolarkitekt. Vuze sælger HD-tv med næsten ingen kapitaludgifter overhovedet, siger Clark. Skal en internetudbyder bruge millioner – eller milliarder – på hardwareopgraderinger, så Vuze kan komme ind i branchen med at levere tv over min infrastruktur uden nogen som helst kapitalomkostninger, og jeg får ingen indtægter fra dette? For internetudbydere, der også tilbyder tv-tjenester, er situationen værre. Hvis en stigning i netværkskapacitet hjælper tjenester som Vuze med at vinde markedsandele, kan internetudbyderens massive kapitaludlæg faktisk reducere dens indtægter. Hvis video ikke længere er et produkt, kan [ISP'en] markere, fordi det bliver leveret over pakker, siger Clark, at han ikke har nogen forretningsmodel.

Som Clark påpegede ved Harvard FCC-høringen, har internetudbydere mulighed for at afholde kapitaludgifter ved at opkræve tunge brugere mere, end de opkræver lette brugere. Men indtil videre har de fleste af dem modsat sig den tilgang. Det, de har været tilbageholdende med at gøre, er at opkræve pr. byte, siger Odlyzko, eller også have lofter på forbruget - kun så mange gigabyte, ud over hvilket du bliver ramt af en straftakst. Industrien er mærkeligt nok knyttet til denne model, der passer til alle, siger Timothy Wu, en professor ved Columbia Law School, der generelt er krediteret for at opfinde begrebet netværksneutralitet. De har vænnet folk til et alt-du-kan-spise-prisprogram, siger Wu, og det er svært at ændre prisplaner.

Uden en ændring i prisstrukturerne, er internetudbydere, der både ønsker at håndtere overbelastning og holde regulatorer glade, i klemme. Kan teknologi hjælpe med at få dem ud af det?

Det sidste stykke
For BTs Bob Briscoe er tale om internetudbyderes urimelige teknikker til håndtering af overbelastning vildledende, fordi håndtering af overbelastning på internettet var aldrig retfærdig. At bede computere om at halvere deres datahastigheder i lyset af overbelastning, som TCP-protokollen gør, er kun rimeligt, hvis alle disse computere bidrager lige meget til overbelastningen. Men på nutidens internet sluger nogle applikationer båndbredden mere aggressivt end andre. Hvis min applikation bruger fire gange så meget båndbredde som din, og vi begge halverer vores transmissionshastigheder, bruger jeg stadig dobbelt så meget båndbredde, som du havde i starten. Desuden, hvis min frådseri er det, der forårsagede overbelastningen i første omgang, bliver du straffet for min grådighed. Ideelt set ville vi give alle frihed til at bruge præcis, hvad de ville, siger Briscoe. Problemet er, at trængsel repræsenterer grænsen for andre menneskers frihed, som min frihed forårsager.

Briscoe har foreslået en ordning, hvor grådige applikationer for det meste kan suge så meget båndbredde op, som de vil, mens lette internetbrugere vil se deres downloadhastigheder stige – selv når netværket er overbelastet. Tricket er simpelthen at tildele enhver internetabonnent en månedlig kvote af højprioriterede datapakker, der får en uforholdsmæssig stor del af båndbredden i perioder med overbelastning. Når folk har opbrugt deres kvoter, kan de blive ved med at bruge internettet; de vil bare være prisgivet trafikforholdene.

Så brugere vil spare på pakker med høj prioritet. En browser kan fortælle, hvor stor en download er, før den starter, siger Briscoe, og som standard ville browseren være indstillet til kun at bruge de højprioriterede pakker til små filer. For teknologikyndige brugere, der ønskede at prioritere en stor fil ved en enkelt lejlighed, kan et lille kontrolpanel dog tillade dem at gå ind, ligesom du kan gå ind og ændre parametrene for din netværksstak, hvis du virkelig vil.

Bare det at give brugerne mulighed for selv at sætte trafikprioriteter, mener Briscoe, er nok til at dæmpe bekymringer om netværksneutralitet. Jeg formoder, at 95 procent af kunderne, hvis de fik valget mellem at gøre det selv, eller at internetudbyderen gjorde det for dem, ville bare sige: Åh, så gør det for mig, siger Briscoe. Det vigtige er, at de blev spurgt. Og de kunne have gjort det selv. Og jeg tror, ​​at de 5 procent, der klager, er dem, der ville ønske, de blev spurgt.

I Briscoes ordning kunne brugerne betale mere for større kvoter af højprioriterede pakker, men dette ville ikke svare til den slags forbrugsloft eller straftakst, som Odlyzko siger, at internetudbydere er på vagt over for. Hver internetabonnent vil stadig få ubegrænsede downloads. Nogle ville bare få bedre service i perioder med overbelastning.

For at bestemme, hvilke pakker der tæller med i en brugers kvote, skal internetudbyderne selvfølgelig vide, hvornår netværket er overbelastet. Og det viser sig at være mere kompliceret, end det lyder. Hvis en Comcast-abonnent i New York og en EarthLink-abonnent i Californien udveksler data, rejser deres pakker over flere forskellige netværk: Comcasts, EarthLinks og andre imellem. Hvis der er overbelastning på et af disse netværk, kan de afsendende og modtagende computere fortælle, fordi nogle af deres pakker går tabt. Men hvis overbelastningen er på Comcasts netværk, kender EarthLink ikke til det, og omvendt. Det er et problem, hvis internetudbyderne er ansvarlige for at spore deres kunders pakkekvoter.

Briscoe foreslår, at når de afsendende og modtagende computere genkender overbelastning på forbindelsen mellem dem, angiver de det til deres internetudbydere ved at markere deres pakker - spejlvende en enkelt bit fra 0 til en . Selvfølgelig kunne hackere forsøge at spille systemet ved at omprogrammere deres computere, så de nægter, at de er stødt på overbelastning, når de virkelig har. Men en computer, hvis påstande om overbelastning konsekvent er i modstrid med alle andres, vil være let at pirre ud. At håndhæve ærlighed er nok ikke det største problem for Briscoes ordning.

At få alle til at blive enige om det. En internetpakke består af en nyttelast – en del af websiden, videoen eller telefonopkaldet, der transmitteres – og en header. Headeren indeholder internetadresserne på afsenderen og modtageren sammen med anden information, der fortæller routere og den modtagende computer, hvordan pakken skal håndteres. Da internettets arkitekter designede internetprotokollen (IP), gav de pakkehovedet en masse ekstra bits til brug for endnu uanede tjenester. Alle de ekstra stykker er blevet pakket ud – undtagen én. Det er den smule, Briscoe gerne vil bruge.

Blandt netværksingeniører har Briscoes ideer tiltrukket sig meget opmærksomhed og megen støtte. Men det sidste er svært at sælge, og han ved det. Det svære ved at gøre det er at få det aftalt, at det skal gøres, siger han. For når du vil ændre IP, fordi halvdelen af ​​verden nu bygges oven på IP, er det som at argumentere for at ændre – jeg ved det ikke, reglerne for cricket eller noget.

En dag vil internettet måske bruge en tilgang, der ligner Briscoes, til at håndtere overbelastning. Men den dag er nok år væk. En båndbreddeknas er muligvis ikke.

Mærkelige sengekammerater
De fleste er enige om, at den seneste stigning i internettrafik skyldes videodownloads og peer-to-peer filoverførsler, men ingen er sikker på, hvor meget ansvar hver enkelt bærer. Internetudbydere kender trafikfordelingerne for deres egne netværk, men de afslører dem ikke, og en given internetudbyders distribution afspejler muligvis ikke internettet som helhed. Videodownloads øger dog ikke båndbredden på den måde, som mange peer-to-peer-programmer gør. Og vi ved, at peer-to-peer-trafik er den type, som Comcast greb ned på.

Ikke desto mindre er internetudbydere og peer-to-peer-netværk ikke naturlige antagonister. En BitTorrent-download kan bruge meget båndbredde, men den bruger den meget mere effektivt end en traditionel download gør; det er derfor det er så hurtigt. I princippet kunne peer-to-peer-protokoller hjælpe med at fordele serverbelastning på tværs af et netværk og eliminere flaskehalse. Problemet, siger Mung Chiang, lektor i elektroteknik ved Princeton University (og medlem af sidste års TR35), er den gensidige uvidenhed, som internetudbydere og peer-to-peer-netværk har opretholdt i netneutralitetens navn.

Internetudbydere er ikke kun afhængige af TCP-protokollen til at håndtere overbelastning. De administrerer aktivt deres netværk, identificerer tilstoppede links og dirigerer trafik omkring dem. Samtidig søger computere, der kører BitTorrent, konstant efter nye peers, der kan uploade data hurtigere og droppe peers, hvis transmissioner er blevet træge. Problemet er ifølge Chiang, at peer-to-peer-netværk reagerer på overbelastning meget hurtigere end internetudbydere gør. Hvis en flok computere, der kører peer-to-peer-programmer, sender trafik over det samme link, kan de alle se deres downloads blive langsommere, så de vil gå på udkig efter nye peers. På det tidspunkt, hvor internetudbyderen beslutter sig for at rute rundt om den overbelastede forbindelse, kan peer-to-peer-trafikken være flyttet et andet sted hen: internetudbyderen har effektivt lukket et vidt åbent rør af. Endnu værre, dens nye routingplan kan ende med at sende trafik over links, der siden er blevet overbelastet.

Men, siger Chiang, antag, at netværksoperatøren fortæller indholdsdistributøren noget om sit netværk: den rute, jeg bruger, den metrik, jeg bruger, den måde, jeg opdaterer mine ruter på. Eller omvendt: indholdsdistributøren siger noget om den måde, den behandler servere på eller udvælger peers. Netværkseffektiviteten forbedres.

Et industrikonsortium kaldet P4P Working Group – ledet af Verizon og peer-to-peer-virksomheden Pando i New York – undersøger netop en sådan mulighed. Verizon og Pando har testet en protokol kaldet P4P, skabt af Haiyong Xie, en ph.d.-studerende i datalogi ved Yale University. Med P4P leverer både internetudbydere og peer-to-peer-netværk abstrakt information om deres netværkslayout til en central computer, som blander informationen til at producere et nyt, hybridiseret netværkskort. Peer-to-peer-netværk kan bruge kortet til at undgå flaskehalse.

I forsøget lod P4P-systemet Verizon-kunder, der brugte Fios fiberoptiske kabel-tjenesten og Pando peer-to-peer-netværket, downloade filer tre til syv gange så hurtigt, som de ellers kunne have gjort, siger Laird Popkin, Pandos teknologichef. . Til en vis grad skyldtes det, at protokollen var bedre til at finde peers, der var en del af Verizons netværk, i modsætning til et fjernnetværk.

bange straight?
Ethvert teknisk forsøg på at besejre overbelastning støder dog til sidst op imod princippet om netneutralitet. Selvom BitTorrent Inc. er et kernemedlem af P4P Working Group, er dens teknologichef, Eric Klinker, fortsat usikker på ideen om, at peer-to-peer-netværk og internetudbydere ville dele information. Han bekymrer sig om, at en protokol som P4P kan tillade en internetudbyder at misrepræsentere sin netværkstopologi i et forsøg på at holde trafikken lokal, så den ikke skal betale adgangsgebyrer for at sende trafik på tværs af andre netværk.

Selv David Clarks forslag om, at internetudbydere blot opkræver deres kunder efter brug, kunne true neutraliteten. Som Mung Chiang påpeger, kunne en internetudbyder, der også solgte tv-tjenester, differentiere sine gebyrer, så kunder, der så meget high-definition internet-tv, altid ville ende med at betale mere, end de ville have for kabelabonnementer. Så spørgsmålet, der rejser sig over enhver diskussion om trængsel og neutralitet, er, Behøver regeringen at gribe ind for at sikre, at alle spiller fair?

Til trods for alle Klinkers bekymringer om P4P, synes BitTorrent at have konkluderet, at det ikke gør. I februar havde Klinker sluttet sig til repræsentanter for Vuze og flere aktivistgrupper i en offentlig godkendelse af netneutralitetslovgivningen foreslået af Massachusetts kongresmedlem Ed Markey. I slutningen af ​​marts, efter Harvard-høringerne, udsendte BitTorrent og Comcast imidlertid en fælles pressemeddelelse, hvori de annoncerede, at de ville samarbejde om at udvikle metoder til peer-selektion, der reducerer overbelastning. Comcast ville tage en protokol-agnostisk tilgang til håndtering af overbelastning – kun målrettet mod brugere med stor båndbredde, ikke særlige applikationer – og ville øge mængden af ​​båndbredde, der er tilgængelig for sine kunder til uploads. BitTorrent er i mellemtiden enige om, at disse tekniske problemer kan løses gennem private forretningsdiskussioner uden behov for statslig indgriben.

FCC, siger Clark, vil gøre noget, der er ingen tvivl, hvis industrien ikke løser det nuværende dødvande. Men, tilføjer han, det er muligt, at det midterste svar her er, at årvågenhed fra tilsynsmyndighederne vil pålægge markedet en disciplin, der vil få markedet til at finde løsningen.

Det ville være en kærkommen nyhed for Chiang. Ofte bliver regeringslovgivning lavet af folk, der måske ikke kender teknologien så godt, siger han, og derfor har de en tendens til at ignorere noget af teknologiens gennemførlighed og realiteter.

Men Timothy Wu mener, at reglerne om netværksneutralitet kunne skrives på et niveau af generel karakter, der ikke pålægger markedet nogen innovationsdræbende restriktioner, mens FCC stadig giver mulighed for at straffe overtrædere. Der er rigelig præcedens, siger han, for brede forbud, som føderale agenturer fortolker fra sag til sag. I ansættelsesretten har vi en generel regel, der siger, at man ikke skal forskelsbehandle, men i virkeligheden har vi det, at man ikke må forskelsbehandle, medmindre man har en god grund, siger han. Måske skal nogen tale arabisk for at være spion. Men at sige, at man skal være hvid for at servere mad, er ikke det samme.

I sidste ende har internettets problemer dog altid været bedst løst kollektivt gennem dets lange historie, siger Wu. Det holdes sammen af ​​mennesker, der er rimelige ... rimelige og en del af et kæmpe fællesskab. At det overhovedet virker er latterligt.

Larry Hardesty er en Teknologigennemgang seniorredaktør.

skjule