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Latência, largura de banda e a velocidade da luz

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Será que se aumentarmos a banda da nossa internet de 5Mbps para 10Mbps teremos o dobro de velocidade na navegação de páginas na Web?

Comecei esse post com uma pergunta de propósito e espero que você possa responder essa questão ao final da leitura.

Hoje enfrentamos um grande problema em todos os sistemas de rede que basicamente é a velocidade de uma informação sair de um ponto e chegar a outro, esse tempo de viagem da tal informação entre dois pontos é o que chamamos de latência. Já faltamos disso aqui e aqui. Esse artigo complementa o assunto.

O tempo de latência normalmente é medido em ms (milissegundos) para a maioria dos sistemas/situações, como não estamos habituados a pensar em milissegundos veja abaixo uma tabela de percepção dos usuários em relação a algumas “esperas”:

Delay User Reaction
0 – 100ms Instant
100 – 300ms Small perceptible delay
300 – 1000ms Machine is working
1s+ Mental context switch
10s+ I’ll come back later…

 

Claramente se quisermos ter a atenção total de nossos usuários teremos que manter a velocidade de resposta de nossas aplicações em até 300ms (complicadíssimo!).

Ok, já sabemos o que é latência, mas outro conceito importante de aprendermos é o RTT (round trip time) que basicamente é o tempo de ida e volta de um sinal/informação entre dois pontos (latência de um meio de transmissão vezes 2).

O grande problema com a latência na realidade é que hoje já estamos transmitindo os dados/sinais/informações de maneira muito rápida e estamos amarrados a um limite de velocidade também conhecido como velocidade da luz.

A velocidade da luz por definição é igual a 299 792 458 metros por segundo ou mais ou menos 1079 milhões de quilomêtros por hora (bastante não?), só que (sempre tem um but) essa velocidade toda só é atingida no vácuo.

Bom como o vácuo perfeito não é possível na natureza e o não perfeito hoje não é utilizado em grande escala (somente alguns centros de pesquisa possuem câmaras de vácuo) teremos que utilizar outro meio para a transmissão da luz certo? Sim perfeito!

Que a fibra óptica é realidade não temos duvida =D e é nela que basicamente transmitimos a luz/sinais/informações entre os continentes hoje em dia (normalmente debaixo dos oceanos).

A fibra é um meio muito competente para a transmissão da luz, mas é um meio de transmissão e não a ausência dele (vácuo). Todo meio de transmissão possui um índice de refração associado ao mesmo e no caso da fibra esse valor é de ~1.5.

Veja abaixo algumas distâncias e tempos de latência entre algumas cidades famosas do nosso querido planeta terra:

Rota Distância Tempo – Luz no vácuo Tempo – Luz na fibra Round Trip Time (RTT) na fibra

New York to San Francisco

4,148 km

14 ms

21 ms

42 ms

New York to London

5,585 km

19 ms

28 ms

56 ms

New York to Sydney

15,993 km

53 ms

80 ms

160 ms

 

O desafio hoje é tentar reduzir cada vez mais o índice de refração dos meios de transmissão e chegar cada vez mais perto do “limite” da velocidade da luz (complicadíssimo de novo!).

Perceba que uma resolução de DNS (que acontece em todas as páginas web do mundo) requer um RTT, estabelecer uma conexão TCP (que é por onde uma requisição HTTP é trafegada, leia: Anatomia de uma requisição HTTP) requer outro RTT, mas sabemos que acontece mais de uma resolução DNS por página e também que são estabelecidas mais de uma conexão TCP para trafegar as diversas requisições HTTP de uma página.

Mesmo sabendo disso ainda queremos ter aplicações rodando abaixo de 300ms (Are you fucking kidding me?).

Ok, sabemos que da para reaproveitar conexões TCP (keep-alive), usar CDN e trazer para mais perto dos usuários nossos assets, assim diminuindo o percurso o que diminui a latência.

Agora você pode estar pensando que foi justamente por isso que você contratou aquela internet super veloz de 10/20Mbps do seu fornecedor de internet, para poder navegar muito mais rápido na Web certo? Errado!

Veja bem a largura de banda (bandwidth) se compararmos com um cano de água quer dizer simplesmente que quanto mais largo o cano mais água eu posso colocar dentro dele, mas se o cano estiver vazio demorará um tempo para o conteúdo do cano ir de um lado ao outro, entende?

Ai você deve estar se perguntando, pois é eu comprei mais banda para ter um cano mais largo e portanto transferir mais dados de um lado a outro, se eu tivesse uma banda menor (um cano mais fino) certamente demoraria mais para todos os dados viajar de um canto a outro. Perfeito! Você tem razão.

Mas perceba que a minha pergunta no começo do post foi se aumentar a banda quer dizer aumentar a velocidade de navegação na web. Eu não me referi por exemplo em assistir um vídeo, música, streaming e outras coisas porque para esse tipo de atividade uma banda maior faz TOTAL diferença, quanto mais melhor.

E por quê? Por quê para ver vídeo a banda faz diferença e para navegar na Web nem tanto?

Bom a resposta é na verdade simples, ouvir uma música ou ver um vídeo significa dizer que estamos utilizando o protocolo TCP (transporte) para fazer algo que ele foi desenhado para.

O protocolo TCP foi desenhado para transmitir dados em long lived connections (conexões duradouras) e também para bulk data transfer (grandes quantidades de dados).

Navegar na Web é justamente o oposto, utilizamos conexões curtas e que trafegam poucas quantidades de dados.

O Google fez dois experimentos visando ver a diferença de se aumentar a largura de banda e também de diminuir a latência e ver o que acontece com a navegação na Web (não vídeos, músicas e etc), veja o que acontece quando aumentamos a largura de banda ou então diminuimos a latência:

Page Load Time vs. Bandwidth and Latency

 

Quando fixamos a latência e aumentamos Mbps, depois de 5Mbps a diferença até 10Mbps é de apenas 15% (ajuda, mas nem tanto), primeiro gráfico.

Por outro lado quando fixamos a banda (nesse caso em 5Mbps) e vamos diminuindo de 20ms em 20ms (segundo gráfico) o ganho se mostra linear! Quanto menos latência maior é a velocidade de carregamento de nossas páginas! (sweet!)

O estudo do Google pode ser visto aqui: https://docs.google.com/a/chromium.org/viewer?a=v&pid=sites&srcid=Y2hyb21pdW0ub3JnfGRldnxneDoxMzcyOWI1N2I4YzI3NzE2

Ou seja, se seu objetivo é apenas aumentar a velocidade de navegação nas páginas Web aumentar a banda (para mais de 5Mbps) não vai te ajudar muito, mas se você conseguir derrubar as leis da física e fazer algo que ultrapasse a velocidade da luz ou diminua o índice de refração dos meios de transmissão será algo muito melhor =D.

Oh wait!

Você esta em uma rede WIFI? 3G? Bom ai o negócio é ainda pior, mas isso é assunto para outro post ;)

Good news 

HTTP 2.0 esta sendo desenvolvido e ele esta sendo baseado no protocolo SPDY que entre outras coisas faz um uso MUITOO melhor das conexões TCP (teremos melhoria de performance só de migrar \o/), mas ainda estamos numa fase inicial do projeto, vamos aguardar.

Conclusão

Navegar na Web é “latency bound”, aumentar a banda depois de um certo nível não faz sentido.

Diminuir a latência é muito difícil (leis da física caem sobre nossas cabeças)

HTTP 2.0 nos ajudará bastante

PS: Se gostou do post compartilhe com seus amigos, principalmente se forem Devs Web

Obrigado e vamos falar mais nos comentários?

Abs

Publicado no dia