Revision as of 13:21, 25 October 2006

Velocidad de la red: Lo que debes saber antes de preguntar

por Froenchenko Leonid, lfroen@gmail.com

Prefacio

El propósito de este documento es clarificar algunos temas relacionados con la velocidad de la red que aparacen cada cierto tiempo en el aMule foro. Las causas por las que se realizan preguntas sobre " la red aMule" son varias:

• La velocidad que indica aMule no coincide con la de el ISP,
• Bajo rendimiento del aMule o de otras aplicaciones que utilizan la red en la misma computadora, o,
• Los factores clave que influyen sobre el rendimiento de la red cuando el aMule esta corriendo.

Este documento va dirigido a usuarios que desean adquirir un mayor conocimiento del funcionamiento de las redes en general, y en particular, de las implicaciones que las mismas tienen en el funcionamiento del aMule.

En cualquier caso esta página no tiene un propósito explícito "Network FAQ". Si estas buscando algo mas concreto quizás deberías ir a la páguina aMule va lento FAQ.

Velocidad de la red - Como es de rápida?

Cuando hablamos de velocidad de red, generalmente usamos la unidad "bps", que significa bits por segundo, la razón por la que se utiliza "bit" en lugar de "byte" es básicamente histórica, pero tambíen viene dada por la arquitectura de los sistemas, y mas concretamente, viene del hecho de que no todas las redes en el mundo transmiten el tráfico de la red en "bytes".

Hay un convenio por el que, usamos la B mayúscula en "Bps" en el caso de que hablemos de "bytes por segundo". De cualquier modo este convenio no es aceptado por todo el mundo y mas en particular por organizaciones como la

IETF y la IEEE que utilizan "bps".

Prefijos

Desde su invención, las redes han progresado enormemente. Hoy en día tenemos redes que transmiten miles de millones de bits por segundo. Para dar una medida a estas velocidades utilizamos los siguientes prefijos "kilo", "mega", "giga", "tera".

Es un error muy común pensar que los valores con estos prefijos son similares en computación. La realidad es que, por razones históricas, los prefijos en redes tienen una base decimal y no binaria

Como puedes ver en la tabla anterior, el error en el cálculo es del 5% cuando el prefijo es incorrectamente interpretado. Date cuenta de que la velocidad contratada con tu ISP es la velocidad en "unidades de red"; (calculado en base decimal). Por ejemplo cuando tu proveedor te dice que tu conexión es "ADSL 256/128", quiere decir 256000/128000 bps (bits por segundo). Esto significa que la velocidad de tu conexión es de 32000/16000 bps (bytes por segundo), teniendo en cuenta que hay 8 bits en cada byte.

Encabezamiento del Protocolo - Que sabemos sobre el?

Cuando aMule esta funcionando, este "habla" constantemente con otros clientes y servidores. Este intercambio de información es necesario para realizar algunas tareas como identificarse el mismo, pedir información sobre las fuentes disponibles, ficheros, realizar búsquedas, etc...

Como esta información es transparente para el usuario, se denomina "encabezamiento", es una carga añadida de información a los datos que deseas compartir o descargar.

aMule lo llama "encabezamiento de la conexión". De cualquier modo los datos de transferencia que aMule presenta, incluyen solo el tamaño de la información que el aMule mismo envía a la red. Mas tarde esa información se envía a la red con encabezamiento, la de los protocolos de red.

Que tamaño tienen los encabezamientos? - Veámoslo en la siguiente sección.

Encabezamiento de la Red

Lo primero de todo, estamos hablando de la red IPv4. Hace algún tiempo, existía tan solo un tipo de red IP, ahora tenemos dos - IP versión 4, el viejo protocolo que todos conocemos; y el IP versión 6 - el nuevo protocolo creado para cubrir las carencias del IPv4.

El protocolo ED2K por su diseño, no puede comunicarse a través de la red IPv6, por lo que los usuarios que lo utilizan (en Japón y China por ejemplo) no podrán concectarse al mismo. Usar IPv4 significa, que cada paquete (TCP, UDP y ICMP) tendrá un encabezado IPv4.

El tamaño mínimo de este encabezado es de 20 bytes. El encabezado puede tener partes opcionales (cada 4 bytes) y estas partes dependen de los preocveedores, concretamente el mío añade una [dword] opcional.

Cuando se comunica con otros clientes en la red ed2k, aMule utiliza el ampliamente conocido protocolo TCP. El protocolo UDP también es utilizado , pero en una escala mucho menor. Como seguramente ya sabes, TCP es un protocolo confiable, esto quiere decir que garantiza que la información que se ha enviado desde el origen, ha llegado al destino, y no se se ha producido ningun error en la transmisión.

Por aclarar este punto, TCP envia su propia información añadida a la "carga util" que se se está transfiriendo. Esta información incluye la negociación inicial del cliente TCP, sumas de comprobación y códigos de seguencia y reconocimiento. Toda esta información se encuentra en el encabezado TCP y se añade a cada paquete que es enviado. El tamaño de este encabezado tiene un mínimo de 20 bytes.

La importancia de este encabezado es casi despreciable cuando se trate de un pequeño encabezado que antecede a una gran cantidad de datos, pero empieza a tener relevancia, a nivel del ancho de banda, cuando se trata de pequeños grupos de datos que se transfieren, este último, es el caso que exactamente ocurre cuando se realiza la búsqueda de fuentes en el aMule.

Nuestro cliente trata de establecer una conexión y de negociarla con una gran cantidad de clientes. Mientras realiza estas tareas, el aMule abre nuevas conexiones TCP todo el tiempo. El número de conexiones abiertas se controla fijando en las preferencias el "Maxímo número de conexiones cada 5 segundos".

El número mas común es de 100. Cada conexión TCP se convierte en al menos 3 paquetes que viajan por la red - uno es el paquete SYN, (petición de conexión), otro es el ACK o el RST dependiendo de si la conexión es aceptada o denegada, y por último el paquete SYN+ACK que se encarga de establecer la conexión.

Hay otro encabezamiento añadido debida a peticiones DNS para resolver las direccións, reintentos cuando un host no responde, etc...

A mas bajo nivel

Una vez revisadas las capas superiores TCP e IP de los paquetes, descendemos al intefase con la gestión de la red. Dependiendo de la manera en la que te conectas a la red la gestión de la misma se verá afectada. En nuestro caso para simplificarlo, vamos a asumir que nuestro ordenador esta conectado al ISP directamente, eso quiere decir que no tenemos LAN (o switch o router) entre ambos.

Las configuraciones mas comunes suelen ser del tipo:

• un modem analógico, conectado a una línea telefónica (Los modems RDSI entran dentro de esta categoría);
• un cable modem, conectado a traves de ethernet, el ISP nos da una una [IP]] gracias al DHCP;
• un cabel modem, conectado a traves de ethernet, es necesario configurar un tunel PPPoE o PPTP;
• el modem ADSL, conectado a traves de ethernett. Es necesario un tunel PPPoE o PPTP;
• variaciones sobre los casos anteriores, un modem conectado a un ordenador por USB, etc...

En cada una de estas configuraciones se utilizan distintos protocolos, y se requieren diferentes encabezados para los paquetes enviados/recibidos.Hay un punto importante a reseñar: las tramas ethernet viajan entre el ordenador y el cable/ADSL, nunca llegan a nuestro ISP. Esto provoca que no son tenidos en cuenta a la hora de calcular los ratios PPPoE; pero en cambio, los ancabezados PPTP si llegan a nuestro ISP. A este respecto, tu proveedor puede o no incluir los encabezados es sus ratios . Es por ello que nosotros hemos excluido estos encabezados de nuestros cálculos

Si piensas que tu ISP las incluye, añade 4 bytes al tamaño de cada paquete

Ejemplo

Veamos que sobrecarga tenemos en una red tipo. Nuestra conexión es mediante cable modem, conectada mediante un enlace ethernet a nuestro PC directamente( no tenemos un router entre ambos)

En esta configuración tenemos paquetes IPv4 enviados sobre ethernet.

Tenemos 10 nuevas conexiones abiertas cada segundo, y todas estan siendo aceptadas (conexión TCP establecida). Esta parte sola suma (estoy contando la información que va desde mi ordenador a la red):

10 conexiones * 2 paquetes * (20 bytes TCP + 20 bytes IPv4) = 800 bytes de encabezamiento.

Esto quiere decir que empezamos con 1.16*8 Kbps "invisibles" de encabezamiento debidos a la manera en la que la red trabaja. Ahora vamos a asumir que después de cada conexión que se establece nuestro aMule envia algún dato al otro lado de la red y se queda a la espera a recibir una respuesta.

Total de 800 bytes + 800 bytes = 1600 bytes por segundo = 6400 bps = 6,4 Kbps

Lo que tenemos ahora son 6,4 KBps de encabezamiento de Red. Teniendo en cuenta que nuestro [[aMule] debe eviar otro tipo de datos (Subidas) y que es posible que no sea la unica aplicación de red que este funcionando, llegamos a lo siguiente:

Muy probablemente el enlace con tu proveedor no es tan rápido como nos parece. aMule tratará de abrir 10 conexiones por segundo y tambien tratará de realizar las subidas a la velocidad especificada.

Tu sistema operativo compartirá todo el ancho de banda disponible entre aMule y las otras aplicaciones de red que esten ejecutándose (por ejemplo el navegador). Los resultados dependerán de las opciones específicas el sistema operativo.

Atasco del ACK

En todo los cálculos que realizamos con anterioridad asumimos un punto "no hay descargas". Pero el aMule se hizo para descargar. Por lo que vamos a examinar como afectan los encabezamientos a la velocidad de bajada. Nuestras respuestas se encuentran en el protocolo TCP.

Cuando TCP esta enviando datos, necesita que haya por parte del interlocutor una confirmación de la recepció. Esto quiere decir que si el cliente A esta enviando datos al cliente B por TCP, B bede enviar un paquete especial ACK a A que le informa de que "todo ha ido bien, lo he recibido". Del mismo modo si A no recibe el paquete ACK a tiempo, entiende que el paquete se habrá perdido.

En resumen y sin entrar en profundidad en las especificaciones TCP : Si B falla en enviar el ACK a A, como resultado A disminuirá la velocidad de trasmisión.

Ahora veamos como queda esto en relación con el aMule. Vimos en la sección anterior que el enlace de subida puede estar congestionado por las solicitudes de conexiones y por las propias subidas . Como resultado hay muchas posibilidades de que el paquete ACK de confirmación del fichero que estamos descargando no sea enviado a tiempo.

Nuestro compañero de enlace al otro lado de la línea tomará nota, y bajará la velocidad de envío ahcia nosostros. Esta es una razón mas por la que la conexión de subida no debe estar congestionada.

¿Hay algo que yo pueda hacer?

Bueno, ahora que ya entiendes porque tu conexión va lenta cuando esta funcionando el aMule quizas te preguntes como se puede mejorar. La respuesta se encuentra en tres palabras: "tasa de transferencia".

Lo primero que deberías hacer es asignar limites de transferenciaen para el aMule que se sean realistas. Si tienes una tasa de transferencia de subida de 128 Kbps no pongas en el aMule el límite de subida a 16 (kilobytes por segundo) simplemente porque 128/8 = 16.

Una mejor pero también mas complicada solución puede ser utilizar el QoS y los servicios de de planificación de paquetes de tu Sistema Operativo. Por ejemplo, se puede dar una mayor prioridad a los paquetes ACK para resolver problema mencionado anteriormente de "atasco del ACK".

El tema del QoS en cualquier caso, esta mas allá del objetivo de este artículo.

Router (switch, red local): ¿Hay alguna diferencia?

Cuando el cable que llega desde tu ISP esta conectado a un switch o aun router, que a la vez esta conectado a varios PC´s, en ancho de banda se comparte entre todos ellos.

Por lo que si tenemos N ordenadores conectados, un aparato que tuviera un funcionamiento ideal se dedicaría simplemente repartir el ancho de banda, dando a cada uno de ellos una 1/N parte del mismo. La situación es bastante diferente en la realidad, y es posible que el aparato tenga una idea muy diferente de lo que es repartir equitativamente.

Entendemos que no vas a tener las especificaiones de tu router, la única consideración que te hacemos es que pruebes y veas tu mismo.

Multiple links

Hasta ahora hemos hablado de PC´s conectados a la red a través de un solo interfase. Esta situación es la mas frecuente de encontrar, aunque no es la única. Un usuario puede elegir la opción de conectarse por dos enlaces a diferentes ISPs. Hay dos razones fundamentales para ello que yo conozca, redundancia del enlace y balanceo de carga.

Redundancia del enlace

En este caso el segundo enlace se inicia cuando el primero cae. Esto puede ser hecho automaticamente, mediante un comando especial. Con esta configuración, aMule y el resto de aplicaciones de red, deben ser reiniciadas cuando se produce el cambio al otro enlace. Gracias ello conseguiremos reconectarnos a un servidor, y recibir un nuevo ID. Si el aMule se conecta via  NAT], hay que activarlo en el router (No tiene nada que ver con que tengas ID baja o ID alta), los enlaces se cambian en el router, y no es necesario realizar un reinicio.

Balanceo de carga

Este caso es algo mas complicado. Ambos enlaces estan activos, y el tráfico se didtribuye entre ambos, el problema es que aMule tiene acceso por a todos los interfases i.e. 0.0.0.0. Pero, en la red ed2k tu ID se asocia a tu dirección IP, y es imposible que tengas dos.

El problema en resumen es que aMule no elige explicitamente el interfase de salida de las conexiones TCP . Deber tener en consideración que da igual en cual de los dos interfases este "escuchando". Este funcionamiento es justo el opuesto al de otras aplicaciones

servidoras como por ejemplo FTP o HTTP. Cuando un cliente intenta conectarse a un servidor este descubre su direccion IP resolviendo los DNS.

La contestación del DNS contiene todas las direcciones IP del host y el cliente entonces las puede utilizar todas. El servidor sim embargo, puede elegir no escuchar alguna de ellas y para ello previene al cliente de que no debe utilizar ese interfase. En nuestro caso el aMule es un cliente, y el servidor ed2k descubre la dirección gracias a la fuente IP al solicitar la conexión. Es allí donde el servidor ed2k tratará de conectarse.

Si la conexión se produce el cliente es un client asignado a una ID alta, de lo contrario el cliente tiene una ID baja.

La única solución en esta situación (hasta que aMule tenga la capacidad de gestionar diferentes direcciones) es utlizar el aMule en el enclace primario.

Esto se puede hacer ya que Linux permite enviar paquetes específicos hacia uno de los interfases. Pero lo mas probable es que se quedarán colgados por que la dirección IP de las fuentes no concuerdan con la dirección IP assignada al interfase.