Anatomía de la red que nos permite disfrutar de los servicios de internet

¿Están preparadas las redes para un tráfico de internet de 3,3 ZettaBytes por año?

Se dice a menudo que Internet ha cambiado la vida de las personas: tareas tan cotidianas como estudiar, hablar con los amigos o disfrutar de nuestro tiempo libre tienen lugar de una forma radicalmente distinta en este mundo hiperconectado. Esta transformación de nuestras vidas ha sido tan “natural” que pensamos que la conectividad de los dispositivos está siempre disponible y no tenemos la percepción de que todo eso sucede gracias a Internet y la arquitectura de las redes que la soportan.

Jorge A. Hernández Vázquez, responsable de Planificación de Backbone IP en Orange

Todos estos usos, con sus distintos grados de madurez según el servicio, han provocado una evolución prácticamente exponencial tanto del volumen de datos (los Bytes o elementos de información) como del tráfico de la red (el número de bits por segundo) y las previsiones para los próximos años son de continuo crecimiento alcanzando los 3,3 ZettaBytes[1] por año y un crecimiento que se multiplicará por tres en los próximos 5 años[2]

imágenes, videos, contenidos…¿dónde están?

Todo este volumen de datos en forma de memes, videos graciosos o nuestra serie favorita procede de algún sitio y la misión del proveedor de telecomunicaciones es conseguir que dicho contenido se entregue al usuario lo más rápido y con la mejor calidad posible.
Aunque el objetivo está claro, lo primero es responder una pregunta sencilla, ¿dónde está el contenido? Y es que, si el volumen de datos es tan elevado, también lo son las fuentes de datos de las que proceden: más de mil millones de servidores distribuidos[3] por todo el mundo con distintas características, conectados a distintas redes y pertenecientes a un número igualmente elevado de proveedores de contenido.

arquitectura de internet

La propia arquitectura de Internet es soportada por los “protocolos de enrutamiento exterior”, es decir, un conjunto de reglas y procesos estandarizados por los que los elementos de las distintas redes se intercambian información acerca de cómo alcanzar el siguiente elemento en la cadena y así, al final, llegar a nuestro video de gatitos favorito.

Pues bien, cada proveedor de telecomunicaciones posee -además de la red de acceso de fibra de los clientes- unos “pocos” elementos de red específicos cuya doble misión es esencial: por un lado son los únicos elementos que se conectan con el “mundo exterior” mediante dichos protocolos y, por otro, son los responsables de asegurar que no se produce ningún ataque contra la red procedente del exterior. Estos elementos de red se suelen denominar “Red de Peering” y suelen estar centralizados en unas pocas localizaciones.

internet, red
Red de Peering como frontera del proveedor de telecomunicaciones

Los elementos de la “Red de Peering” se suelen conectar a varios tipos de elementos externos:

  1. Proveedores de Tránsito IP: empresas que ofrecen conectividad a proveedores de telecomunicaciones, proveedores de contenido y en general a cualquier empresa que desea conocer todas las rutas para alcanzar cualquier elemento de Internet. Dichos proveedores de Tránsito IP suelen ser empresas con presencia multi-nacional conectando varios continentes.
  2. Proveedores de Contenido: empresas que producen contenidos específicos, páginas web, videos en streaming… y los ofrecen a los usuarios finales
  3. Proveedores de Hosting/CDN: empresas que si bien ellas mismas no producen contenidos son las responsables de alojar los contenidos para otras empresas
  4. Otros proveedores de telecomunicaciones

imparable crecimiento

En este complejo ecosistema el crecimiento parece constante y proviene de varios factores:

  • Cada vez es más elevado el número de usuarios de las redes (más de 4.200 millones de usuarios a Junio’18[4]); para ello todos los proveedores de telecomunicaciones se esfuerzan por ofrecer los mejores servicios al mejor precio.
  • Los usuarios comienzan a usar Internet para usos inexistentes anteriormente. Por ejemplo, e-commerce para aquellos usuarios acostumbrados a realizar sus compras en tiendas físicas, instalación de una webcam para video-vigilancia como alternativa a un servicio comercial de seguridad…
  • El consumo de datos de los servicios actuales cada vez es mayor. Un ejemplo sencillo: el servicio proporcionado por Netflix para consumo de series/películas es capaz de entregar el contenido en Full HD (1080p) con un bitrate de entre 3,5-5 Mbps; si un usuario actualiza su TV a un nuevo modelo 4K y el contenido está disponible para dicha resoluciónm entonces ese mismo usuario pasa a consumir un bitrate de 15,3 Mbps (25 Mbps recomendado por Netflix).
  • Aparecen nuevas tecnologías como 5G; esta tecnología cuyas primeras experiencias piloto comienzan a vislumbrarse, supondrá un cambio notable ya que hará posible nuevos usos y mejora de los actuales con el consiguiente aumento de volumen y tráfico (a modo de ejemplo se prevé que el tráfico móvil mundial crezca ~7 veces a 2023 hasta alcanzar los 107 ExaBytes desde los 15 ExaBytes de 2017[5]).

En esta situación los elementos de la Red de Peering –recordemos los responsables de recibir todo ese contenido del exterior y distribuirlo a toda la red- empiezan a necesitar ayuda para gestionar esa cantidad ingente de tráfico y esa ayuda la proporcionan principalmente 2 tecnologías:

  1. El protocolo multicast
  2. Las cachés constitutivas de una “Content Delivery Network” –CDN-.
CDN en la Red Troncal complementaria a la Red de Peering

El protocolo multicast es el responsable de distribuir un contenido masivo a muchos receptores simultáneamente y de manera eficiente (se suele usar para la emisión de contenidos en “Live” tales como eventos deportivos). Por otro lado las CDNs son capaces de almacenar copias de contenidos que van a ser consumidos por muchos usuarios (existen múltiples tipos -puros repositorios, proxy-caches…- y formas de desplegarlas –más o menos distribuidas, con/sin jerarquía….-).

Mediante estos mecanismos, y de manera complementaria a la “ingesta” de contenidos desde la “Red de Peering”, es como los proveedores de Telecomunicaciones entregan los contenidos a sus clientes.

No hay un esquema único para todas las redes (al igual que no hay 2 redes iguales) sino que la combinación de las diferentes tecnologías mediante un complejo equilibrio “tecno-económico” es el que se suele implementar en la actualidad.

¿y a partir de ahora?

Si cada vez se consumen más contenidos y estos requieren mayor tráfico, las redes deben evolucionar, no solo en mayor capacidad, sino en la aplicación de nuevos paradigmas de distribución del tráfico: casi todos los expertos en la materia apuntan a una mayor “profundidad” en las CDNs y otro tipo de servidores, es decir, acercar cada vez más al usuario final la localización geográfica del servidor que dispone del contenido y así evitar que grandes volúmenes de información deban recorrer “largos” segmentos de red.

De nuevo en esta situación es esencial encontrar el balance adecuado entre un despliegue masivo de este tipo de tecnología y la componente económica de forma que sea sostenible un crecimiento a largo plazo y beneficioso tanto para el usuario

[1] 1 ZettaByte = 1021 bytes = 1.000.000.000.000.000.000.000 bytes
[2] “The Zettabyte Era: Trends and Analysis”, Cisco Public White Paper
[3] “Internet Domain Survey”, Internet Systems Consortium (ISC)
[4] “Internet Usage Statistics”, Internet World Stats
[5] “Ericsson Mobility Report”, Ericsson AB