Maximale netwerksnelheid van (WAN) verbindingen

Dalende kosten, hogere snelheden

De kosten van netwerkinterfaces worden steeds lager. Een lagere snelheid dan Gbps is al bijna niet meer acceptabel. Met de uitrol van steeds snellere WAN verbindingen, zijn bij gebruikers de verwachtingen vaak hoog. Consumenten hebben tegenwoordig eenvoudig toegang tot FTTH verbindingen op Gbps snelheid.
Er zitten sterke beperkingen aan de snelheden die gehaald kunnen worden met standaard applicaties en protocollen. Dit is geen gevolg van de keuze in provider of hardware, maar wordt veroorzaakt door de gebruikte protocollen.

UDP of TCP

De twee belangrijkste protocollen waarover communicatie via internet plaatsvindt, zijn UDP en TCP. Beide hebben zeer verschillende eigenschappen en voor de meeste applicaties is snel duidelijk welke de voorkeur heeft. Wikipedia heeft een heldere vergelijking tussen UDP en TCP.

• TCP - Veel overhead en betrouwbaar, bijvoorbeeld voor bestanden (ftp), webverkeer (http).
• UDP - Lage overhead zonder garanties, bijvoorbeel voor streaming audio (voip) en video.

Vanwege de betrouwbaarheid wordt voor veel protocollen TCP gebruikt. De applicatie kan dan op de netwerklaag vertrouwen voor het datatransport, bijvoorbeeld tussen een client en een server.

Latency of afstand

Alle afstanden zijn uiteindelijk terug te vertalen naar latency. Het is niet relevant wat de fysieke afstand is tussen twee locaties. Alleen de onderlinge latency is belangrijk om de maximale netwerksnelheid te bepalen. Dat geldt zowel voor verbindingen over koper of over glasvezel.

Netwerken op lichtsnelheid

Zoals Scotty al aangaf, `I cannae change the laws of physics`. Er zijn testen gedaan met licht door een dun luchtkanaal, maar vanwege hogere demping zitten we de komende tijd nog vast aan glas als medium. De lichtsnelheid in glasvezel is ca. 200.000 km per seconde. We kunnen daardoor snel bepalen wat de te verwachten latency is als gevolg van het glasvezeltraject.
Straal/radioverbindingen komen wel in de buurt van de lichtsnelheid. Verbindingen over langere afstanden gaan meestal via glasvezel. Zowel DSL als kabelmodem hebben een glasvezel backbone.

• 200km (retour Amsterdam - Enschede) ~ 1ms
• 800km (retour Amsterdam - Londen) ~ 4ms
• 1600km (retour Amsterdam - Dublin) ~ 8ms
• 4000km (retour Amsterdam - Reykjavik) ~ 20ms
• 12.000km (retour Amsterdam - New-York ~ 60ms

Maximale TCP-bandbreedte

Binnen het tcp-protocol geld binnen de meeste besturingssystemen een maximale buffergrootte van 64KB. Wanneer deze hoeveelheid data verstuurd is, moet de zender wachten totdat de ontvangst bevestigd is. Dit geeft de belangrijkste limiet aan de netwerksnelheden bij verschillende latencies.

• 60ms geeft een maximale bandbreedte van 9Mbps
• 20ms geeft een maximale bandbreedte van 26Mbps
• 10ms geeft een maximale bandbreedte van 51Mbps
• 5ms geeft een maximale bandbreedte van 105Mbps

De berekende snelheden zijn onafhankelijk van de snelheid van de netwerkverbinding.

Hoe kan het sneller?

Er zijn diverse optimalisaties. De buffergrootte kan omhoog, er kunnen meerdere tcp-streams worden gebruikt, waardoor de gebuiker een hogere snelheid ervaart. Tevens zijn er ontwikkelingen om op basis van UDP nieuwe protocollen te ontwikkelen.
Naast ontwikkelingen om zaken sneller te maken dient men ook rekening te houden met vertragende factoren zoals switches, routers, firewalls. Al deze apparatuur kan latency toevoegen en vooral packetanalyse van firewalls kan latency toevoegen.

TCP verbindingen langzaam over grote afstanden

Het basisprincipe dat door een beperkte TCP-buffersize er een maximale bandbreedte gehaald kan worden blijft staan en is voor de komende tijd een belangrijk feit om rekening me te houden.