Internet Gridlock

En obskyr bloggare filmar sin treåriga dotter reciterar handlingen av den första Star Wars-filmen. Han syr ihop de bästa delarna – inklusive visråden Tala inte tillbaka med Darth Vader; han ska få det – och lägger upp dem på videodelningswebbplatsen YouTube. Sju miljoner människor laddar ner filen. En doktorandstudent från University of Minnesota med en osannolikt djup röst filmar sig själv när han sjunger en bedövande repetitiv social protestlåt som heter Chokladregn : 23 miljoner nedladdningar. En självbeskriven inspirerande komiker filmar sexminuten dansrutin som avslutar hans presentationer, som sammanfattar den populära dansens historia från Elvis till Eminem: 87 miljoner nedladdningar.

Star Wars: Avsnitt IV enligt en treåring.

Videonedladdningar suger upp bandbredd i en oöverträffad hastighet. En kort tidningsartikel kan ta sex minuter att läsa online. Att titta på The Evolution of Dance tar också sex minuter – men det kräver att du laddar ner 100 gånger så mycket data. Enbart The Evolution of Dance har skickat motsvarande data till ett värde av 250 000 DVD-skivor över Internet.

Den här historien var en del av vårt julinummer 2008

• Se resten av frågan
• Prenumerera

Och YouTube är bara toppen av isberget. Fans av Förlorat eller Kontoret kan se missade avsnitt på nätverkets webbplatser. Netflix strömmar nu videor till sina prenumeranter över Internet, och både Amazon och Apples iTunes-musikbutik säljer filmer och avsnitt av TV-program online. Peer-to-peer fildelningsnätverk har gått från att överföra fyra minuter långa låtar till timmeslånga Sopraner avsnitt. Och alla dessa videor är av högre kvalitet – och därmed mer bandbreddsintensiva – än YouTubes.

I november förra året skapade ett IT-forskningsföretag vid namn Nemertes rubriker genom att rapportera att internettrafiken ökade med cirka 100 procent om året och att användarnas efterfrågan i USA skulle överstiga nätverkskapaciteten 2010. Andrew Odlyzko, som driver Minnesota Internet Traffic Studies program vid University of Minnesota, tror att tillväxttakten är närmare 50 procent. I den takten, säger han, borde förväntade förbättringar av standardnätverksutrustning hålla jämna steg med trafikökningarna.

Men om den verkliga trafiktillväxten ligger någonstans mellan Nemertes och Odlyzkos uppskattningar, eller om högupplöst video tar fart online, kan trafikstockningar på Internet bli mycket vanligare. Och sättet som trängseln lindras kommer att få konsekvenser för principerna om öppenhet och frihet som har kommit att prägla Internet.

Vems bitar vinner?
Internet är mycket som en motorväg, men inte, i motsats till vad många tror, ​​en motorväg. Det är mer som en fyrfilig motorväg med trafikljus var femte mil eller så. Ett datapaket kan flamma ner en optisk fiber med ljusets hastighet, men då och då når det en korsning där det har möjlighet att avgrena en annan fiber. Där stöter den på en ruta som heter en internetrouter, som talar om vilken väg den ska gå. Om trafiken är lätt kan paketet ta sig fram i korsningen med knappt någon hastighetsförlust. Men om för många paket når korsningen samtidigt måste de stå i kö och vänta på att routern ska leda dem igenom. När väntan blir för lång har du trängsel.

Överföringskontrollprotokollet, eller TCP – ett av Internets två grundläggande protokoll – inkluderar en algoritm för att hantera trafikstockningar. I grund och botten, om en given datalänk blir överbelastad, säger TCP till alla datorer som skickar paket över den att halvera sina överföringshastigheter. Avsändarna höjer sedan långsamt sina priser tillbaka - tills det blir överbelastat igen. Men om din dators överföringshastighet hela tiden halveras kan du få mycket mindre bandbredd än vad din bredbandsleverantörs annonser lovade dig.

Ibland är det inte ett problem. Om du laddar ner en video för att titta på senare kanske du lämnar din dator i några timmar och inte märker 10 minuters trängsel. Men om du använder strömmande ljud för att lyssna på ett live World Series-spel, kan varje liten ljudpop eller hoppa över vara irriterande. Om en router bara kunde se vilken typ av trafik som var vilken, kunde den vifta igenom de fördröjningskänsliga paketen och tillfälligt hålla tillbaka de andra, och alla skulle vara nöjda.

Men idén att en Internetleverantör (ISP) skulle göra värdebedömningar om paketen som färdas över dess nätverk gör många människor oroliga. Internet, som namnet var tänkt att antyda, är inte ett enda nätverk. Det är ett nätverk av nätverk, varav de flesta en genomsnittlig användare aldrig har hört talas om. Ett paket som reser långa sträckor måste ofta passera flera nätverk. När ISP:er väl kommit igång med att diskriminera mellan paket, vad kan hindra dem från att ge sina egna kunders paket prioritet, till nackdel för sina konkurrenter? Anta att en internetleverantör har samarbetat med – eller äger – en webbtjänst, till exempel en sökmotor eller en webbplats för sociala nätverk. Eller anta att det erbjuder en separat tjänst – som telefon eller tv – som konkurrerar med internettjänster. Om den kan behandla vissa paket bättre än andra, har den möjlighet att få en orättvis fördel gentemot sina egna konkurrenter, eller sina partners eller sina dotterbolags.

Tanken att internet ska vara rättvist – att det inte ska välja favoriter bland användare, tjänsteleverantörer, applikationer och typer av innehåll – är allmänt känd som nätneutralitet. Och det är en princip som har varit mycket i nyheterna på sistone, efter dess uppenbara kränkning av Comcast, den näst största internetleverantören i USA.

Förra sommaren blev det klart att Comcast avsiktligt bromsade peer-to-peer-trafik som skickades över sitt nätverk av program som använder det populära fildelningsprotokollet BitTorrent. Federal Communications Commission gick med på att undersöka, i en uppsättning utfrågningar som hölls vid Harvard och Stanford University i början av 2008.

Det var inte BitTorrent Inc. som hade klagat till FCC, utan snarare ett företag som heter Vuze, baserat i Palo Alto, CA, som använder BitTorrent-protokollet – helt lagligt – för att distribuera högupplöst video över Internet. Som videodistributör konkurrerar Vuze med Comcast, dock skev. Genom att specifikt försämra prestanda för BitTorrent-trafik, hävdade Vuze, gav Comcast sig själv en orättvis fördel gentemot en mindre rival.

Vid Harvard-utfrågningen hävdade Comcasts vicepresident David Cohen att hans företag endast hade agerat under perioder av svår trafikstockning och att det endast hade stört trafik som laddades upp till dess nätverk av datorer som inte samtidigt utförde nedladdningar. Det var en bra indikation, sa Cohen, att datorerna var obevakade. Genom att sakta ner uppladdningarna, sa han, skadade Comcast inte de frånvarande användarna, och det förbättrade dramatiskt prestandan för andra applikationer som körde över nätverket.

Oavsett vad Comcasts motiv kan ha varit, illustrerar dess inkörning med Vuze grafiskt konflikten mellan hantering av överbelastning och principen om nätneutralitet. En operatör som bara hanterar kostnaden för sin tjänst genom att hantera trafikstockningar kan mycket väl behöva strypa tunga användare, säger Bob Briscoe, chefsforskare vid BT:s Networks Research Center i Ipswich, England. En operatör som vill utse vinnare och väljer att säga att denna applikation är en förlorare kan också strypa samma applikationer. Och det är väldigt svårt att se skillnad på de två.

För många förespråkare av nätneutralitet är den enkla vägen ut ur detta dilemma att Internetleverantörer ökar kapaciteten i sina nätverk. Men de har lite affärsincitament att göra det. Varför ska jag lägga till en förbättring på min plattform om någon annan ska tjäna pengar? säger David Clark, en senior forskare vid MIT:s datavetenskap och artificiell intelligens Laboratory, som från 1981 till 1989 var Internets främsta protokollarkitekt. Vuze säljer HD-tv med nästan inga kapitalkostnader alls, säger Clark. Ska en internetleverantör spendera miljoner – eller miljarder – på hårdvaruuppgraderingar så att Vuze kan komma in i verksamheten med att leverera tv över min infrastruktur utan några som helst kapitalkostnader, och jag får inga intäkter från detta? För internetleverantörer som också erbjuder tv-tjänster är situationen värre. Om en ökning av nätverkskapaciteten hjälper tjänster som Vuze att ta marknadsandelar, kan ISP:s enorma kapitalutlägg faktiskt minska dess intäkter. Om video inte längre är en produkt kan [ISP] märka upp eftersom den levereras över paket, säger Clark, han har ingen affärsmodell.

Som Clark påpekade vid Harvard FCC-utfrågningen, har internetleverantörer möjlighet att stå för kapitalkostnader genom att ta ut mer tunga användare än de tar ut för lätta användare. Men hittills har de flesta av dem motsatt sig det tillvägagångssättet. Vad de har varit ovilliga att göra är att debitera per byte, säger Odlyzko, eller så har de ett tak för användningen - bara så många gigabyte, utöver vilket du drabbas av en straffavgift. Branschen är konstigt nog fäst vid den här modellen som passar alla, säger Timothy Wu, professor i Columbia Law School som i allmänhet är krediterad för att ha myntat termen nätverksneutralitet. De har vant folk vid ett allt-du-kan-äta prissättningsprogram, säger Wu, och det är svårt att ändra prissättningsplaner.

Utan en förändring i prisstrukturen är dock ISP:er som både vill hantera trafikstockningar och hålla tillsynsmyndigheterna nöjda i en förträngning. Kan tekniken hjälpa dem att ta sig ur det?

Den sista biten
För BT:s Bob Briscoe är tal om Internetleverantörers orättvisa teknik för hantering av överbelastning missvisande, eftersom hantering av överbelastning på Internet var aldrig rättvist. Att säga åt datorer att halvera sina datahastigheter inför trängsel, som TCP-protokollet gör, är bara rättvist om alla dessa datorer bidrar lika mycket till trängseln. Men i dagens internet slukar vissa applikationer bandbredd mer aggressivt än andra. Om min applikation använder fyra gånger så mycket bandbredd som din, och vi båda halverar våra överföringshastigheter, använder jag fortfarande dubbelt så mycket bandbredd som du hade från början. Dessutom, om min frosseri är det som orsakade trängseln i första hand, straffas du för min girighet. Helst skulle vi vilja ge alla friheten att använda precis vad de ville, säger Briscoe. Problemet är att trängseln representerar gränsen för andra människors frihet som min frihet orsakar.

Briscoe har föreslagit ett schema där giriga applikationer, för det mesta, kan suga upp så mycket bandbredd de vill, medan lätta internetanvändare kommer att se sina nedladdningshastigheter öka – även när nätverket är överbelastat. Tricket är helt enkelt att tilldela varje internetabonnent en månatlig kvot av högprioriterade datapaket som får en oproportionerligt stor del av bandbredden under perioder av överbelastning. När folk väl har förbrukat sina kvoter kan de fortsätta använda Internet; de kommer bara att vara utlämnade till trafikförhållandena.

Så användare kommer att vilja spara högprioriterade paket. En webbläsare kan berätta hur stor en nedladdning är innan den startar, säger Briscoe, och som standard skulle webbläsaren vara inställd på att endast använda högprioriterade paket för små filer. För teknikkunniga användare som ville prioritera en stor fil vid ett enstaka tillfälle kan dock någon liten kontrollpanel tillåta dem att gå in, precis som du kan gå in och ändra parametrarna för din nätverksstack om du verkligen vill.

Att bara ge användarna möjligheten att själva sätta trafikprioriteringar, tror Briscoe, är tillräckligt för att dämpa farhågor om nätverksneutralitet. Jag misstänker att 95 procent av kunderna, om de fick välja mellan att göra det själva eller att internetleverantören skulle göra det åt dem, bara skulle säga: Åh, smutsigt, gör det åt mig, säger Briscoe. Det viktiga är att de tillfrågades. Och de kunde ha gjort det själva. Och jag tror att de 5 procenten som klagar är de som önskar att de blev tillfrågade.

I Briscoes system kunde användare betala mer för större kvoter av högprioriterade paket, men detta skulle inte motsvara den typ av användningstak eller straffavgift som Odlyzko säger att internetleverantörer är försiktiga med. Varje internetabonnent skulle fortfarande få obegränsade nedladdningar. Vissa skulle bara få bättre service under perioder av trängsel.

För att avgöra vilka paket som räknas mot en användares kvot, skulle naturligtvis ISP:er behöva veta när nätverket är överbelastat. Och det visar sig vara mer komplicerat än det låter. Om en Comcast-abonnent i New York och en EarthLink-abonnent i Kalifornien utbyter data, färdas deras paket över flera olika nätverk: Comcasts, EarthLinks och andra däremellan. Om det är överbelastning på ett av dessa nätverk kan de sändande och mottagande datorerna veta, eftersom några av deras paket går vilse. Men om trängseln är på Comcasts nätverk vet EarthLink inte om det, och vice versa. Det är ett problem om ISP:erna är ansvariga för att spåra sina kunders paketkvoter.

Briscoe föreslår att när de sändande och mottagande datorerna känner igen överbelastning på länken mellan dem, indikerar de det för sina internetleverantörer genom att flagga sina paket – bläddra en enda bit från 0 till ett . Naturligtvis kan hackare försöka spela systemet och programmera om sina datorer så att de förnekar att de har stött på överbelastning när de verkligen har gjort det. Men en dator vars påståenden om trafikstockningar konsekvent strider mot alla andras kommer att vara lätt att få bort. Att upprätthålla ärlighet är förmodligen inte det största problemet för Briscoes plan.

Att få alla att komma överens om det. Ett internetpaket består av en nyttolast – en del av webbsidan, videon eller telefonsamtal som sänds – och en rubrik. Rubriken innehåller avsändarens och mottagarens internetadresser, tillsammans med annan information som talar om för routrar och den mottagande datorn hur paketet ska hanteras. När Internets arkitekter designade Internetprotokollet (IP) gav de pakethuvudet en massa extra bitar, för användning av ännu oanade tjänster. Alla de extra bitarna har packats ut – utom en. Det är den biten Briscoe vill använda.

Bland nätverksingenjörer har Briscoes idéer väckt mycket uppmärksamhet och mycket stöd. Men den sista biten är svår att sälja, och han vet det. Det svåra med att göra det är att få överens om att det ska göras, säger han. För när du vill ändra IP, eftersom halva världen nu byggs ovanpå IP, är det som att argumentera för att ändra – jag vet inte, reglerna för cricket eller något.

En dag kan Internet använda ett tillvägagångssätt ungefär som Briscoes för att hantera trafikstockningar. Men den dagen är förmodligen år borta. En bandbreddskris kanske inte är det.

Konstiga sängkamrater
De flesta är överens om att den senaste tidens ökning i internettrafik beror på videonedladdningar och peer-to-peer-filöverföringar, men ingen är säker på hur mycket ansvar var och en bär. ISP:er känner till trafikdistributionerna för sina egna nätverk, men de avslöjar dem inte, och en given ISP:s distribution kanske inte återspeglar den för Internet som helhet. Videonedladdningar ökar dock inte bandbredden på det sätt som många peer-to-peer-program gör. Och vi vet att peer-to-peer-trafik är den typ som Comcast slog fast.

Icke desto mindre är ISP:er och peer-to-peer-nätverk inte naturliga antagonister. En BitTorrent-nedladdning kan använda mycket bandbredd, men den använder den mycket mer effektivt än en traditionell nedladdning gör; det är därför det går så snabbt. I princip kan peer-to-peer-protokoll hjälpa till att fördela serverbelastningen över ett nätverk, vilket eliminerar flaskhalsar. Problemet, säger Mung Chiang, docent i elektroteknik vid Princeton University (och medlem i förra årets TR35), är den ömsesidiga okunskapen som ISP:er och peer-to-peer-nätverk har upprätthållit i nätneutralitetens namn.

Internetleverantörer förlitar sig inte bara på TCP-protokollet för att hantera trafikstockningar. De hanterar aktivt sina nätverk, identifierar igensatta länkar och dirigerar trafik runt dem. Samtidigt söker datorer som kör BitTorrent ständigt efter nya peers som kan ladda upp data snabbare och släpper peers vars överföringar har blivit tröga. Problemet, enligt Chiang, är att peer-to-peer-nätverk reagerar på överbelastning mycket snabbare än ISP:er gör. Om ett gäng datorer som kör peer-to-peer-program skickar trafik över samma länk, kan de alla se deras nedladdningar sakta ner, så de kommer att leta efter nya peers. När Internetleverantören bestämmer sig för att ta sig runt den överbelastade länken kan peer-to-peer-trafiken ha flyttat någon annanstans: ISP:n har effektivt tätat ett vidöppet rör. Ännu värre, dess nya routingplan kan sluta med att skicka trafik över länkar som sedan har blivit överbelastade.

Men, säger Chiang, anta att nätverksoperatören berättar något för innehållsdistributören om sitt nätverk: rutten jag använder, mätvärdet jag använder, hur jag uppdaterar mina rutter. Eller tvärtom: innehållsdistributören säger något om hur den behandlar servrar eller väljer kamrater. Nätverkseffektiviteten förbättras.

Ett industrikonsortium kallat P4P Working Group – ledd av Verizon och New York peer-to-peer-företaget Pando – undersöker just en sådan möjlighet. Verizon och Pando har testat ett protokoll som heter P4P, skapat av Haiyong Xie, en doktorand i datavetenskap vid Yale University. Med P4P levererar både ISP:er och peer-to-peer-nätverk abstrakt information om sina nätverkslayouter till en central dator, som blandar informationen för att skapa en ny, hybridiserad nätverkskarta. Peer-to-peer-nätverk kan använda kartan för att undvika flaskhalsar.

I försöket lät P4P-systemet Verizon-kunder som använder Fios fiberoptiska kabeltjänst och Pando peer-to-peer-nätverket ladda ner filer tre till sju gånger så snabbt som de skulle kunna ha annars, säger Laird Popkin, Pandos tekniska chef. . Till viss del berodde det på att protokollet var bättre på att hitta kamrater som var en del av Verizons nätverk, i motsats till något fjärrnätverk.

Rädd Straight?
Varje tekniskt försök att besegra trafikstockningar strider dock mot principen om nätneutralitet. Även om BitTorrent Inc. är en kärnmedlem i P4P Working Group, är dess tekniska chef, Eric Klinker, fortfarande skeptisk till tanken att peer-to-peer-nätverk och ISP:er skulle dela information. Han oroar sig för att ett protokoll som P4P skulle kunna tillåta en internetleverantör att felaktigt framställa sin nätverkstopologi i ett försök att hålla trafiken lokal, så att den inte behöver betala åtkomstavgifter för att skicka trafik över andra nätverk.

Till och med David Clarks förslag att internetleverantörer helt enkelt tar betalt för sina kunder efter användning kan hota neutraliteten. Som Mung Chiang påpekar kunde en internetleverantör som också sålde tv-tjänster fördela sina avgifter så att kunder som tittade mycket på högupplöst internet-tv alltid skulle sluta med att betala mer än de skulle ha för kabelabonnemang. Så frågan som skymtar över varje diskussion om trängsel och neutralitet är: Behöver regeringen ingripa för att se till att alla spelar rättvist?

För alla Klinkers oro för P4P, verkar BitTorrent ha dragit slutsatsen att det inte gör det. I februari hade Klinker anslutit sig till representanter för Vuze och flera aktivistgrupper i ett offentligt stöd för nätneutralitetslagstiftningen som föreslagits av Massachusetts kongressledamot Ed Markey. I slutet av mars, efter Harvard-utfrågningarna, utfärdade BitTorrent och Comcast dock ett gemensamt pressmeddelande där de tillkännagav att de skulle samarbeta för att utveckla metoder för kamraturval som minskar trängseln. Comcast skulle ta ett protokollagnostiskt tillvägagångssätt för hantering av överbelastning – inriktat endast på användare med tung bandbredd, inte särskilda applikationer – och skulle öka mängden bandbredd som är tillgänglig för sina kunder för uppladdningar. BitTorrent gick under tiden med på att dessa tekniska problem kan lösas genom privata affärsdiskussioner utan behov av statligt ingripande.

FCC, säger Clark, kommer att göra något, det råder ingen tvekan om, om industrin inte löser den nuvarande återvändsgränden. Men, tillägger han, det är möjligt att mitt på vägen svaret här är att vaksamhet från tillsynsmyndigheterna kommer att införa en disciplin på marknaden som kommer att få marknaden att hitta lösningen.

Det skulle vara välkomna nyheter för Chiang. Ofta görs statlig lagstiftning av människor som kanske inte känner till tekniken så väl, säger han, och därför tenderar de att ignorera en del av teknikens genomförbarhet och verklighet.

Men Timothy Wu tror att bestämmelser om nätverksneutralitet skulle kunna skrivas på en generell nivå som inte inför några innovationsdödande restriktioner på marknaden, samtidigt som det ger FCC handlingsutrymme att straffa överträdare. Det finns gott om prejudikat, säger han, för breda föreskrifter som federala myndigheter tolkar från fall till fall. Inom arbetsrätten har vi en generell regel som säger att man inte ska diskriminera, men i verkligheten har vi det faktum att man inte får diskriminera om man inte har en bra anledning, säger han. Kanske måste någon prata arabiska för att vara spion. Men att säga att man måste vara vit för att servera mat är inte samma sak.

I slutändan har dock internets problem alltid lösts bäst kollektivt, genom dess långa historia, säger Wu. Det hålls samman av människor som är rimliga ... rimliga och en del av en gigantisk gemenskap. Att det överhuvudtaget fungerar är löjligt.

Larry Hardesty är en Teknikgranskning senior redaktör.

Dölj