Tasa de bits, ancho de banda y latencia

Todos los dispositivos computacionales de Internet se comunican en binario. Ya sea que se conecten por cable o por vía inalámbrica, envían señales electromagnéticas que representan flujos de 1s y 0s.

Exploremos cómo se envían esos bits y qué tan rápido pueden ser enviados.

Cuando las computadoras necesitan representar internamente el número $5$‍ ($101$‍ en binario), pueden usar tres alambres para representar los tres bits: un alambre encendido, un alambre apagado, y un alambre encendido.

Si una computadora quiere enviar el número $5$‍ a otra computadora, no puede usar tantos alambres como quiera. De hecho, puede tener un solo alambre para enviar información. En vez de esto, puede enviar el número $5$‍ durante tres periodos de tiempo: primero envía un pulso prendido (y espera), luego no envía nada (y espera), y luego envía otro pulso prendido.

Mientras las dos computadoras estén de acuerdo en el período de tiempo a usar, entonces pueden transferir información entre sí, convirtiendo los datos binarios en señales y convirtiendo las señales de vuelta a datos binarios.

En una conexión eléctrica (como Ethernet), la señal sería un voltaje o corriente. En una conexión óptica (como un cable de fibra óptica), la señal sería la intensidad de la luz.

El proceso de convertir datos binarios en una señal basada en tiempo se conoce como codificación de línea. Hay varios esquemas de codificación de línea que pueden usarse dependiendo de las necesidades de la conexión.

Las conexiones de red pueden enviar bits muy rápido. Medimos esa velocidad como tasa de bits, el número de bits de datos que se envían cada segundo.

Las primeras conexiones a Internet eran de solo $75$‍ bps (bits por second). Hoy día, las conexiones se miden más frecuentemente en Mbps (megabits por segundo).

Un megabit es inmenso: ¡$1$‍ millón de bits! Una conexión de $10$‍ Mbps transfiere datos a $10$‍ millones de bits por segundo.

Eso es un bit cada $100$‍ nanosegundos ($0.0000001$‍ segundos).

También medimos la tasa de bits en unidades más pequeñas como kilobits ($1$‍ mil bits) o unidades mucho más grandes como gigabits ($1$‍ mil millones de bits) e incluso petabits ($1$‍ mil billones de bits).

Usamos el término ancho de banda para describir la máxima tasa de bits de un sistema. Si una conexión de red tiene un ancho de banda de $100$‍ Mbps, significa que no puede transferir más de $100$‍ megabits por segundo. Afortunadamente, ¡eso es todavía un montón!

¿Has escuchado alguna vez el término "Internet de banda ancha"? Esto se refiere a una conexión con un ancho de banda mínimo de $256$‍ Kbps. Eso es suficiente ancho de banda para el uso básico de Internet como leer tus correos electrónicos y sitios web, pero no suficiente para ver vídeos en línea. En 2016, sólo el 40% de la población de los países en desarrollo tenía acceso a Internet de banda ancha.

Otra forma de medir la velocidad de una red de computadoras es la latencia. Puedes adivinar que significa a partir de la palabra misma: la latencia mide cuánto se demoran en llegar los bits. Dicho en términos más formales: la latencia es el tiempo entre el envío de un mensaje de datos y la recepción de dicho mensaje, medido en milisegundos.

Normalmente medimos la latencia de "ida y vuelta" de una solicitud. Examinemos un ejemplo real para ver lo que eso significa.

Mi computadora envía un mensaje al servidor de Google. $30$‍ milisegundos más tarde, Google recibe el mensaje. $40$‍ milisegundos más tarde, mi computadora recibe un reconocimiento de Google de que recibió el mensaje.

Esa es una latencia total de de ida y vuelta de $70$‍ ms. La latencia depende de una serie de factores físicos: el tipo de conexión desde mi computadora a Google, La distancia desde mi computadora a los servidores de Google, y la congestión en la red (lo que puede significar que mi solicitud tenga que hacer cola).

Hay un factor muy importante que limita la latencia: la velocidad de la luz. Nada puede moverse más rápido que la luz, ni siquiera nuestras muy importantes solicitudes de Internet. La velocidad de la luz es $1$‍ pie por nanosegundo, lo que significa una longitud de viaje de al menos $30$‍ ms de Los Angeles a Tokyo. No podemos hacer mucho sobre la velocidad de la luz, pero podemos disminuir la latencia reduciendo la congestión y mejorando nuestras conexiones físicas.

La velocidad es una combinación de ancho de banda y latencia. Las computadoras dividen los mensajes en paquetes, y no pueden enviar otro mensaje hasta que se reciba el primer paquete. Incluso si una computadora está conectada con un ancho de banda alto, su velocidad de envío y recepción de mensajes seguirá estando limitada por la latencia de la conexión.

Puedes medir la velocidad actual de una red usando una prueba de velocidad de Internet: un sitio web que descarga y carga datos mientras rastrea qué tan rápido se transfieren.

Aquí están los resultados de una prueba de velocidad de Internet de mi portátil de casa:

La latencia (también llamada la tasa de ping fue solo $18$‍ ms. Eso es lo suficientemente rápido para la mayoría de los juegos en línea multijugador.

La tasa de bits de descarga es de $39$‍ Mbps y la tasa de subida de bits es de $5.85$‍ Mbps, significativamente menos. En realidad, era de esperarse. Los proveedores de Internet a menudo proveen una velocidad de descarga mucho más rápida que la velocidad de carga, porque los usuarios de Internet pasan mucho más tiempo descargando datos (leyendo artículos, viendo películas) que subiendo datos (escribiendo entradas de blog, enviando formularios).

🔍 ¿Cuál es la velocidad de tu conexión a Internet? ¿Qué ancho de banda promete tu proveedor de Internet? Esta es una gran oportunidad para que conozcas más a fondo la infraestructura física que usas todos los días.

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