Creando un hogar conectado (7) – Cuellos de botella

Autopista
Imagen Caminos  por  Ramon Llorensi   (CC BY-NC-ND)

En alguna ocasión habrás sufrido pequeños parones en la película que estás viendo, o bajadas de velocidad en una copia de archivos entre dos equipos, y no te explicas el porqué; muy posiblemente tengas cuellos de botella en tu infraestructura de red.

¿Qué son los cuellos de botella?

Una autopista de 4 carriles que finaliza en una única calle que da entrada a la ciudad, lo que limita la velocidad de entrada a la ciudad es esa calle única.

Lo mismo ocurre con la electrónica de red; se ajusta a la velocidad de operación del elemento más lento que hay en el camino. Ese es  el cuello de botella.

Aplicado a los datos que viajan por la red de nuestra casa, podemos decir que se trata de un estrangulamiento, en algún punto, de nuestras carreteras de datos.

De nada sirve una WiFi ac para conectarte a Internet cuando tienes una línea ADSL de 10Mbps; tu cuello de botella es el ADSL. De nada sirve una Smart TV capaz de consumir películas 4K si está conectada a un PLC que te está dando unos pírricos 6Mbps.

Posibles cuellos de botella

Detectar el cuello de botella en nuestra red es vital para saber qué debemos hacer para salvarlo y que nuestras carreteras de datos fluyan mejor.

Vamos a ver algunos puntos en los que podemos tener un cuello de botella.

Comentar que todas las mediciones realizadas tanto por cable como por WiFi se han hecho con iPerf3, aplicación gratuíta,en equipos de sobremesa como dispositivos móviles.

Cableado

Nos preocupa  tener el mejor router, la mejor smart TV, el mejor PC, pero luego no hacemos ni caso al cable con el que los conectamos.

Los cables están marcados con letras impresas, y la categoría y el blindaje es una de las cosas que aparecen allí; en función de ellos podemos conducir más o menos tráfico.

Cables de red

Respecto de la categoría, los cables más habituales son:

  • CAT 5: velocidad de hasta 100 Mbps
  • CAT 5E: velocidad de hasta 1.000 Mbps
  • CAT 6: velocidad de hasta 1.000 Mbps
  • CAT 7: velocidad de hasta 10.000 Mbps

¿Qué categoría usaría yo en una instalación doméstica? Atendiendo a que las operadoras sirven routers de 1Gbps y y que los dispositivos cableados que se comercializan también son 1Gbps:

  • Cualquier dispositivo cableado debe usar cable CAT 5E o CAT 6
  • Cablea tu casa con CAT 7; estarás ya preparado para el futuro próximo (10 Gbps).

Respecto al blindaje o apantallamiento, que protege de interferencias electromagnéticas ayudando a la estabilidad y calidad de los datos transmitidos, tenemos, de menor a mayor blindaje:

  • UTP: no hay apantallamiento.
  • FTP: los cables, en su conjunto, están apantallados.
  • STP: los cables están apantallados individualmente.
  • S/FTP: los cables están apantallados tanto individualmente como en su conjunto.

¿Qué blindaje usaría yo?:

  • Cualquier dispositivo cableado puede usar UTP.
  • Para cablear tu casa evita UTP, si puedes.  Hay veces que cables más gruesos no caben por los conductos y al final debes decidir si tirar menos cables o aceptar UTP como única solución. Si puedes, usa S/FTP.

PLC

Como alternativa a cablear tu casa, el uso de PLC’s es una solución rápida, limpia y relativamente económica (echa un ojo al artículo sobre este tema).

Sus velocidades hay que “cogerlas con pinzas” porque el factor que más va a afectar respecto a la velocidad “prometida”es el estado y montaje de tu instalación eléctrica.

En mi caso, un PLC de 2.000Mbps me está dando una velocidad media de 175Mbps; con cable CAT 6 obtengo una velocidad media de 811Mbps; el cable multiplica por casi 5 la velocidad del PLC.

Router y conmutadores (switch)

Ambos son los puntos de unión de las carreteras de datos y, por ende, los elementos estratégicos de tu infraestructura de red.

Actúan como las rotondas en las carreteras, permitiendo salir de una carretera para entrar en otra (cada una de las bocas ethenet que tienen).

Actualmente los router de operadora tienen bocas de 1 Gbps, los conmutadores son, en su mayoría, de 1 Gbps y están ya disponibles modelos de 10 Gbps.

Puntos de acceso WiFi y clientes WiFi

Tu router tiene puntos de acceso WiFi, seguramente para WiFi n y WiFi ac, pero es posible que no obtengas los resultados que esperabas.

La velocidad de un punto de acceso o de un cliente WiFi no es la que en teoría te da el estándar… 😱. Los últimos estándares (a partir del WiFi n) dan cobertura a diferentes configuraciones de funcionamiento, lo que se traduce en distintas velocidades posibles.

Para saber qué velocidad, dentro del estándar, obtendrás del punto de acceso hay que conocer su MCS (Modulation and Coding Scheme). El MCS define el valor de algunos parámetros de la transmisión que determinan la velocidad máxima que puede alcanzarse.

Pongamos un ejemplo con la WiFi n, donde existen 32 MCS posibles (se  enumeran del 0 al 31). Una velocidad máxima teórica de 600 Mbps se consigue con un MCS de 31 que requiere de:

  • Ancho de banda del canal de 40MHz
  • Intérvalo de guarda de 400ns
  • 4 flujos de datos

El “engaño” reside en que para cumplir con el éstándar WiFi n no se obliga a que los dispositivos certificados implementen todas estas características, lo que lleva a cierta confusión a la hora de evaluar el rendimiento de los dispositivos.

De los 32 MCS de WiFi n, sólo los 16 primeros son obligatorios en puntos de acceso y routers, y sólo los 8 primeros son obligatorios en dispositivos cliente (portátiles, smartphones, etc).

Esto implica que tu router o punto de acceso puede que no supere los 300Mbps (MCS 15), pero que tu smartphone no rebase los 150Mbps (MCS 7) ergo, como que el elemento más lento es el cliente, la WiFi n no sobrepasará los 150 Mbps.

Mi router de operadora (actualmente un Vodafone-H-500-s de Huawei) ya deja claro que en WiFi n no va más allá de los 144Mbps. La WiFi n trabaja en 2.4GHz, lo que indica un MCS de 15 con 2 flujos de transmisión con ancho de banda de 20MHz y un intervalode guarda de 400ns 🥴

Ancho de banda

El router es el factor limitante para conseguir mayor velocidad con mi smartphone, que sí es capaz de llegar a los 300Mbps con un MCS de 7 en la banda de los 5Ghz.

La velocidad media es de 90Mbps; o sea, obtengo un 63% de la velocidad máxima teórica del router midiendo junto a éste.

El mismo rollo ocurre con la WiFi ac del router, con un MCS de 8 (3 flujos con ancho de banda de 80 MHz y un intervalode guarda de 40ns), obteniéndose un máximo teórico de 1.170 Mbps. 😍

Sin embargo mi smartphone tiene un máximo de 866Mbps (MCS 9); éste es ahora el factor limitante.

La velocidad media es de 532Mbps; o sea, obtengo un 46% de la velocidad máxima teórica del router midiendo junto al router, y un 61% de la del smartphone.

Sin seréis averiguar el MCS de vuestros equipos, podéis consultar esta tabla de referencia.

Equipos y dispositivos cableados

Los dispositivos con ethernet que se pueden adquirir hoy día son, casi todos, de 1Gbps (PC, NAS, TV, Apple TV, …) y ya los hay de 10 Gbps.

Difícilmente tendrás ahí el cuello de botella a la hora de servir o consumir contenidos desde o hacia equipos cableados.

Soluciones a los cuellos de botella

En un anterior artículo ya dimos algunos ejemplos de lo que ocupa en nuestras carreteras de datos una película.

Si bien podemos pensar que con carreteras de 100Mbps vamos sobrados, se pueden experimentar tirones por muchos motivos (no usas la carretera tú solo, el PLC o punto de acceso sufre inestabilidades, …).

Algunas soluciones para eliminar cuellos de botella pueden ser:

  • Cablear la casa siempre que se pueda. Los PLC son una solución cómoda e inmediata, pero sin la velocidad ni estabilidad del cable.
  • Cambiar cables a cat 5e o superior.
  • Usar cable en lugar de WiFi. Las WiFi son una solución cómoda pero sin la velocidad ni estabilidad del cable.
  • Usar WiFi ac, dejando la WiFi n para IOT. Con WiFi ac siempre tendrás una tasa de transferencia muy superior y menor interferencia, a costa de  un alcance más limitado.
  • Cambiar o puentear el router de operadora por uno de calidad.
  • Usar un sistema mesh.
  • Crear circuitos cerrados, a través de switches, para evitar el router o PLC.
  • Usar hubs y protocolos Zigbee si tienes tu casa domotizada. Así los elementos domóticos no conectan al router; lo hacen a su concentrador por un protocolo ex profeso creando una malla entre ellos.

En resumen…

Hemos visto que podemos sufrir de estrangulamientos en ciertos puntos de la electrónica de red, pero que midiendo podemos dar con ellos y mejorar la circulación de los datos.

En los 2 capítulos que nos quedan para acabar esta serie repasaremos las herramientas de medición que he utilizado y veremos un sencillo caso práctico.

La serie completa de “Creando un hogar conectado”

  1. Introducción
  2. Un router para todos
  3. Ubicación del router
  4. Configuración del router
  5. Electrónica de red acorde a los contenidos
  6. Extensión de la red
  7. Cuellos de botella (este artículo)

Hay más en preparación.