Waarom is het internet zo veel trager dan het licht?

Waar communicatie aan lichtsnelheid denkbaar is, blijft de helft van de verbindingen daar een factor 35 op achter. De opzet van het huidige internet werkt gewoon ontzettend vertragend. Het kan veel beter, stellen Amerikaanse wetenschappers.

Onderzoekers van de universiteit van Illinois en van de Duke University zijn nagegaan waarom de snelheid van het internetverkeer zo ver achterblijft op de theoretisch haalbare lichtsnelheid.

Dat onderzoek begon met het in kaart brengen van het probleem. Dat deden ze door in december 2014 voor 28.000 prominente websites op 186 locaties verspreid over de wereld te meten hoe lang het duurde om de indexpagina van de site op te halen. Lang, zo luidde hun conclusie.

De opzet van het internet

In de helft van de gevallen duurde het meer dan 35 keer de tijd die licht erover zou doen om dezelfde afstand te overbruggen. In 20 procent van de gevallen was dat zelfs meer dan 100 maal die snelheid.

Bij nader onderzoek blijkt de opzet van het internet verantwoordelijk voor die vertragingen. Het begint al bij het opzoeken van de domeinnaam in het Domain Name System, die een factor 7,4 trager verliep dan wanneer het proces met de snelheid van het licht werd afgehandeld. TCP-handshakes vertraagden de zaak met factor 3,4, TCP-datatransfers met factor 10,2.

Het zijn niet alleen de protocollen die daarbij voor vertraging zorgen. De onderliggende infrastructuur draagt een factor 3,2 bij aan de vertraging, zo berekenden de onderzoekers uit de mediane ping-tijd van de betrokken servers.

Parallel ‘kortegolf’-internet

Aan die traagheid valt wel degelijk iets te doen, stellen de onderzoekers. Het meest verregaande idee is het opzetten van een parallelle internetinfrastuctuur in de vorm van een netwerk van kortegolfzenders. Zo’n netwerk werkt in de praktijk sneller dan een bekabeld netwerk – het is de reden waarom de beurzen van Chicago en New York daar momenteel al gebruik van maken voor hun onderlinge connectie, constateren de onderzoekers.

Via dat net van kortegolfzenders zou het tijdkritische maar niet al te zware deel van het internetverkeer afgehandeld kunnen worden. Video en de uitwisseling van zware databestanden lenen zich minder goed voor deze methode van transmissie, omdat de bandbreedte niet al te hoog is. Maar voor de rest kan het een aanmerkelijke versnelling opleveren.

Probleem is wel dat zo’n parallel netwerk nogal veel kost. In de Verenigde Staten zou het bouwen van zo’n netwerk 253 miljoen dollar kosten, met daarbij jaarlijkse exploitatielasten van 96 miljoen dollar. Bovendien moet men een zendvergunning krijgen van de Federal Communications Commission. En hoe zo’n kortegolfnetwerk de oceanen kan overbruggen, is momenteel volstrekt onduidelijk.

Sleutelen aan protocollen

Daarnaast valt natuurlijk ook het nodige te winnen door kritisch te kijken naar de protocollen die nu voor vertraging zorgen. Het opzoeken van domeinnamen zou bijvoorbeeld versneld kunnen worden door op slimme punten kopieën van het DNS te plaatsen. Voor de TCP-handshake bestaan alternatieven waarbij de validiteit van de partijen niet bij iedere communicatiesessie opnieuw hoeft te worden vastgesteld. En het datatransport zou kunnen profiteren van oplossingen waarbij per sessie al vanaf het opstarten grotere hoeveelheden data verzonden kunnen worden, om zo het aantal keren dat client en server met elkaar communiceren tijdens een sessie te beperken. Probleem bij het uitvoeren van deze oplossingen is dan weer dat er zo veel partijen betrokken zijn bij het nemen van besluiten.

Doorbraken op dit punt zouden echter wel de moeite waard zijn, menen de onderzoekers. Internet aan lichtsnelheid zou een technologische sprong vooruit zijn met fenomenale gevolgen, zoals nieuwe applicaties, instant reacties en radicale verandering in de interactie tussen mensen en hun computing-omgeving.

Het onderzoek is online gepubliceerd onder de titel Towards a Speed of Light Internet.