Ancho de banda y Throughput

Bandwidth y Throughput son dos conceptos importantes de la comunicación entre redes que a menudo no son completamente entendidos y algunos exámenes sobre neworking incluyen preguntas sobre los conceptos, como el 640-802 para CCNA de Cisco.

Creo que el ancho de banda es algo que casi todos concebimos, que se define técnicamente como la cantidad de información que puede fluir por un elemento de red en un periodo dado de tiempo; por ejemplo, un enlace WAN E1, tiene un ancho de banda simétrico de 2048Kbps; un enlace Fast Ethernet tiene un ancho de banda de 100Mbps. Como vemos, el ancho de banda se mide en bits por segundo, y el prefijo kilo nos indica que hay que multiplicarlo por mil, o el prefijo Mega, por un millón; el prefijo Giga, por mil millones. Un enlace ADSL típicamente tiene 1Mbps o 2Mbps por 256Kbps de upstream (subida).

Es importante notar que usamos bits (b) por segundo, y los archivos se miden en bytes (B); para hacer la conversión dividimos los bits por segundo entre 8:

2048Kbps/8 = 256 KB/sec

Esto podemos notarlo fácilmente cuando descargamos un archivo y nuestro browser (Firefox, Chrome o Explorer) nos dice que está descargando el archivo a 73.4KB/sec,



Ahora bien, este ejemplo fue tomado de un enlace a internet dedicado a través de un E1 (2048Kbps), pero el ancho de banda real utilizable es de 1984Kbps porque se usan 64Kbps para control y administración de mi carrier. Ese es el ancho de banda del enlace, que comparto con más usuarios y por el cual, además de mi archivo, fluyen paquetes de señalización, por ejemplo, en el caso de las comunicaciones basadas en TCP, hay SYN packets, ACK packets, etc, relativos al proceso de windowing y control de flujo, que ocupan ancho de banda pero finalmente no es parte de mi tráfico interesante, que en este caso es un MP3. Y debo considerar que también el otro extremo debe tener un ancho de banda disponible para que mi descarga sea veloz, es decir, si yo usara un E3 (34Mbps) y el servidor tiene un internet de 256Kbps, mi descarga será limitada por ese ancho de banda.

Concluyendo, el ancho de banda es la capacidad teórica disponible de un enlace, 1984Kbps en el ejemplo, pero puedo ver que mi archivo baja a una velocidad real de 74.3KB/sec, lo convertimos a Kbps:

74.3x8 = 594.4Kbps

Aquí podemos ver el throughput, si bien mi ancho de banda es de 1984Kbps, mi throughput es de 594Kbps, es el nivel de utilización real del enlace, o técnicamente es la capacidad de información que un elemento de red puede mover en un periodo de tiempo.

Por ejemplo, un router Cisco 1841 viene equipado con dos puertos Fast Ethernet y sabemos que el ancho de banda de esos puertos es de 100Mbps, pero la capacidad de proceso del router (throughput) es de 75pps, y aquí vemos un ejemplo práctico de esa diferencia. Teóricamente podemos alcanzar los 100Mbps entre ambas interfases, pero el router sólo procesará hasta 38.4Mbps (bajo condiciones ideales, Cisco recomienda que se instalen capacidades de hasta un E1 en esa plataforma).

Adicional a esta consideración, tomemos en cuenta que el delay (latencia) entre dos puntos afecta el throughput entre ellos. Es decir, si tengo dos puntos con una latencia alta, la naturaleza de TCP, basado en acuses de recibo, hará que se inicie el proceso (como vimos en un post anterior) pero con tiempos de espera largos. La latencia es el tiempo en segundos que le toma a un paquete llegar a un destino.

Por ejemplo, supongamos que tenemos un enlace de 34Mbps de internet en la Ciudad de México y queremos pasar un archivo por FTP a dos puntos; si la latencia de México a Suecia es de 400ms, y la latencia entre dos puntos de México es de 40ms, el mismo enlace presentará throughputs diferentes hacia esos dos destinos, donde seguramente rondaremos los 34Mbps en el enlace México-México y podría bajar mucho en el enlace a Suecia, porque al iniciar nuestra sesión de TCP enviaremos un paquete que tomará 400ms en ir y venir, y hasta recibir dicha respuesta podremos establecer la sesión; después el control de flujo de TCP exigirá que haya un paquete de acknowledge cada determinado número de paquetes, y deberemos esperar que llegue, sea procesado y regrese, lo que causa tiempos muertos de utilización del enlace; es decir, tenemos los 34Mbps libres, pero no los estamos usando porque esperamos la respuesta del contro de flujo de TCP para continuar.

Resumiendo, el ancho de banda es la capacidad teórica del elemento de red y el Throughput es la utilización que podemos lograr con dicho elemento (router, puerto, enlace WAN, LAN, etc.).