CINIT | Centro de Investigación e Innovación en Telecomunicaciones, A.C.

Administración de aplicaciones Peer-to-Peer (P2P)
14-Septiembre-2004
Irazú Muñiz

El modelo de negocio del acceso básico a Internet se ve seriamente afectado por el creciente uso de las tecnologías peer-to-peer. El suscriptor utiliza cada vez más este tipo de aplicaciones e incrementa en forma desproporcionada el ancho de banda que mensualmente consume el proveedor de servicio, sobre todo porque al suscriptor se le cobra una tarifa plana por contar con acceso ilimitado a la red.

Administrar las aplicaciones peer-to-peer es una solución que debe tomar en cuenta el operador de cable que provee servicios de acceso a Internet. A través de este tipo de herramientas reorganiza la topología de la red, establece mejores trayectorias de transmisión, reduce el tráfico mediante el control de emisión de mensajes de control y genera reportes estadísticos sobre los protocolos más usados en la red. Sin duda alguna, estas estrategias mejorarán sustancialmente el desempeño de la red y aumentará la rentabilidad del servicio de acceso a Internet.

Las redes 'peer-to-peer (P2P)' son un concepto que ha existido desde hace mucho años, pero fue a finales de la década de los 90 cuando cobró popularidad por la creación de Napster. A través de esta herramienta, los usuarios compartían espacio de sus discos duros para distribuir archivos en la red; se conectaban a un servidor central que realizaba las búsquedas y posteriormente se establecía una conexión punto a punto para descargar la información. Poco tiempo después se entabló un juicio contra Napster por promover la distribución de archivos protegidos por derecho de autor y su desaparición prosperó debido a la arquitectura centralizada de la red.

Napster sentó el precedente y propició la evolución y creación de un gran número de herramientas peer-to-peer, como AudioGalaxy y Fastrack a cargo de programas como Morpheus, KaZaA y Grokster, Edonkey y su clon Emule, Gnutella y Imesh, entre otras.

Conforme aumentaba la popularidad de este tipo de redes también aumentaba drásticamente el volumen de datos transferido entre los usuarios de Internet. Actualmente, un creciente porcentaje de la base global de suscriptores consume un ancho de banda desproporcionado, a decir, hasta un 60% del tráfico total de la red del proveedor de servicio.

Pero, ¿en qué consiste la tecnología peer-to-peer? Su definición describe un ambiente de red en el cual un cliente puede actuar como un servidor real de archivos para otros clientes de la red. Este concepto difiere radicalmente de la arquitectura cliente-servidor ya que no existen servidores o dispositivos que controlen el tráfico entre los usuarios. En cambio, implica la creación de diferente tipo de conexiones según la aplicación empleada. De cualquier modo, todas estas tecnologías tienen algo en común: las búsquedas se realizan en un servidor pero una vez iniciado el proceso de descarga de información, éste se desentiende del tema y los terminales controlan la comunicación. Por lo general son redes descentralizadas muy extensas y con un gran número de usuarios anónimos.

Estructura típica de una red P2P

Las tecnologías peer-to-peer se dieron a conocer por el intercambio de música en formato mp3, pero en la actualidad también se transfieren archivos multimedia, documentos, URL's, juegos interactivos, películas, comerciales, etc. La demanda crece proporcionalmente con la capacidad de las computadoras personales y la velocidad de las conexiones a Internet. Las aplicaciones ICQ, AIM y otras, también son tecnologías peer-to-peer, sólo que no comparten recursos sino que actúan como herramientas de colaboración.

¿Qué tipo de conexiones manejan las redes peer-to-peer? Se establecen tres tipos; la más común es la transferencia directa de archivos entre dos computadoras personales, en una relación uno-a-uno. Cuando se habilita un terminal anfitrión (host) para hacer las búsquedas y éste comparte los archivos con múltiples usuarios, se establece una conexión uno-a-muchos, como sucedía en Napster. Los sistemas altamente automatizados que comparten recursos entre múltiples usuarios, como el protocolo Gnutella, se clasifican en la categoría de conexiones muchos-a-muchos.

¿Cómo se dio la evolución de esta tecnología? Como se mencionó al principio, la desaparición de Napster propició la evolución de este tipo de herramientas. Napster perteneció a la primera generación de redes peer-to-peer que se caracterizaban por tener una topología centralizada parecida a la estructura cliente-servidor. Un servidor central contenía directorios con las listas de los archivos compartidos por cada usuario y se actualizaban cada vez que un cliente accedía o abandonaba la red. El servidor gestionaba las búsquedas y después dejaba que la descarga se completara en una relación uno-a-uno. Los archivos nunca se almacenaban en el servidor central pero sí el registro de los usuarios.

Red P2P Centralizada

El protocolo Gnutella dio a conocer la segunda generación de redes peer-to-peer. En ella se utiliza un modelo distribuido, sin servidor central, en el cual cada nodo actúa y/o opera como cliente-servidor, de ahí el término peer (par). Simultáneamente, cada nodo trata de mantener determinado número de conexiones con otros nodos; la transferencia de los mensajes de control se hace a través de estas conexiones, en forma de cascada. Pero la información se transfiere directamente, sin intervención de nodos intermedios. Es una topología más robusta que la centralizada, pero el tiempo de búsqueda es mucho mayor porque puede atravesar miles de usuarios antes de arrojar el resultado deseado.

Red P2P Descentralizada

La tercera y actual generación es un híbrido de las dos anteriores: descentralizada y controlada. Se eligen ciertos nodos de la red, llamados 'súper nodos' o 'ultrapeers', para vigilar el tráfico de los demás nodos. Los clientes se conectan al súper nodo y le envían la lista de sus archivos compartidos; los súper nodos se comunican entre sí y comparten las listas de los usuarios. El número de súper nodos varía dinámicamente con el ancho de banda demandado y la topología de la red. La búsqueda se acelera como en la topología centralizada y la transferencia sigue siendo entre los clientes.

Red P2P descentralizada controlada

¿Por qué prestarle atención a este tipo de aplicaciones? Se pudiera pensar que la transferencia de archivos justifica el tráfico en la red; lo cierto es que el protocolo administrativo del software es el que consume la mayor proporción del ancho de banda. Esto se debe a que el protocolo administra la conexión entre el cliente y la red, envía mensajes para mantener viva la conexión, asegura que las búsquedas arrojen respuestas rápidas, supervisa las conexiones entre nodos y envía mensajes de control para descubrir más nodos.

Otro aspecto de interés en este tipo de aplicaciones es la vulnerabilidad y escaso control que tienen los suscriptores residenciales. Los gusanos cibernéticos utilizan ampliamente las redes peer-to-peer para propagarse y consumir cantidades masivas de ancho de banda porque se reproducen en cuestión de horas.

Mientras el suscriptor incremente el uso de las aplicaciones peer-to-peer, el proveedor de servicio pagará más por todo el ancho de banda ocupado mensualmente, sobre todo porque al suscriptor se le cobra una tarifa plana por tener acceso ilimitado a la red. En consecuencia, la tecnología peer-to-peer deteriora el modelo de negocio del acceso básico a Internet.

Tal vez esta sea una razón suficiente para que los proveedores consideren alguna estrategia que mejore la rentabilidad del servicio y adopte formas más eficientes para administrar el tráfico que viaja por su red. Se podría comenzar con la localización del tráfico peer-to-peer y su reducción mediante técnicas inteligentes de ruteo para encontrar trayectorias óptimas; esto seguramente redundará en el costo mensual del ancho de banda consumido y en la satisfacción del cliente.

Tráfico P2P reorganizado

¿Qué estrategias puede implantar el proveedor de servicio para reducir el costo de operación de la red y mejorar su eficiencia? Un proveedor de servicio puede considerar las siguientes propuestas:

Cada vez que se utilizan las aplicaciones KaZaa o Gnutella, la red peer-to-peer adopta una nueva configuración que difiere totalmente de la red IP subyacente. La primera propuesta consiste en reorganizar la topología de la red peer-to-peer de la manera que mejor convenga al proveedor de servicio.
Otra consiste en analizar las trayectorias peer-to-peer para que los usuarios establezcan conexiones con sus similares más cercanos. Así se asegura que la petición sea atendida por un cliente interno y disminuya el número de solicitudes y descargas externas.
La tercera implica reducir el tráfico del protocolo administrativo y, con ello, el consumo de ancho de banda. Si se utiliza una estructura centralizada para establecer una conexión universal con cada nodo, se evita la interconexión independiente entre ellos y disminuyen los mensajes de control del protocolo administrativo.
La última propone el uso de una aplicación que genere estadísticas de los protocolos más usados en la red y el tráfico que consume cada uno de ellos. Se genera un reporte sobre el ancho de banda total que consumen todas las aplicaciones, incluidas las peer-to-peer, el porcentaje del total del tráfico, la distribución por tasa de transferencia y el número de suscriptores que los utilizan. Con esta información se podrá determinar la política de administración de las aplicaciones peer-to-peer.

Ancho de banda total consumido y protocolos más utilizados en la red

Seguramente se pueden implantar estrategias más sencillas pero que sin duda alguna afectarán la satisfacción del cliente. Una de ellas consiste en bloquear, cuando sea posible, los puertos para aplicaciones peer-to-peer. Esto implica que el usuario no podrá utilizar software para transferencia de archivos y buscará otro proveedor que no limite sus preferencias.

La conveniencia de adoptar métodos de administración del tráfico peer-to-peer, así como del uso eficiente del protocolo de control de estas herramientas, promete mejorar sustancialmente la eficiencia operativa de la red, detener la proliferación de los gusanos cibernéticos, disminuir el consumo mensual de ancho de banda, contar con aplicaciones estadísticas para establecer políticas de administración y, por si fuera poco, mejorar la rentabilidad del servicio de acceso a Internet. Tal vez sea una opción que vale la pena tomar en cuenta.

Nota: Se agradece la información proporcionada por Sandvine para la creación de este artículo.