Zákony informatiky: Robertsův zákon zvyšování přenosové rychlosti

Dalším ze síťových zákonů či spíše pravidel je analytická úvaha jednoho z veteránů Internetu, Larryho Robertse, jež se týká zvyšování rychlosti přenosu dat za současného strmého poklesu nákladů.

Robertsův zákon: Výkon počítače v přepočtu na jeden dolar se zdvojnásobuje každých 21 měsíců.

Podle Robertsova zákona se výkon počítače v přepočtu na jeden dolar zdvojnásobuje každých 21 měsíců. K tomuto zdvojení dochází z důvodu prudkého nárůstu datového provozu přes stále kvalitnější přenosová média, jakými jsou např. optické kabely. Tomuto trendu v nemalé míře rovněž napomáhá neustálé zvyšování rychlosti síťových komponent typu síťových adaptérů, opakovačů (repeater), mostů (bridge), rozbočovačů (hub), přepínačů (switch) a směrovačů (router).

Do šedesátých let minulého století světu dominovaly sítě telefonní, které sloužily výhradně hlasovým přenosům. Byly charakterizovány vysokou mírou monopolu, analogovou technikou a tzv. přepojováním okruhů, což znamená, že pokud mezi sebou komunikují dvě strany, okruh patří pouze jim, nesdílí ho s někým dalším –  a taky za to zaplatí přiměřeně vysokou cenu.

S nástupem počítačů vzniká v šedesátých letech problém, jak mají tyto mezi sebou komunikovat, tj. přenášet data. Vznikají první datové sítě stavěné na digitálních technologiích. Monopol telefonních operátorů začíná dostávat první trhliny. Korunu tomu nasazuje paketová síť, která v rozporu s přepojováním hlasových okruhů dělí zprávy do menších digitálních balíčků a ty volně distribuuje různými cestami po sítí na principu časového multiplexu, čímž mnohem efektivněji využívá dostupné zdroje, jež mohou být výrazně levnější. Na tomto poli sehrál zcela zásadní roli právě Dr. Lawrence Roberts, jenž se svým týmem ve výzkumné agentuře ARPA postavil první paketovou síť ARPANET, předchůdce internetu.

Dříve než Moore

Vraťme se ale zpět k Robertsově zákonu – a podívejme se přitom na blogpost Marca Eisenstadta. Roberts zákon publikoval v r. 1969 ve své analytické studii. Tu mírně aktualizoval v r. 2000, kde napsal i toto:

V roce 1969, dva roky předtím než Moore zveřejnil svůj zákon o zdvojnásobení výkonu polovodičů každých 18 měsíců jsem publikoval studii o zvyšování výkonu počítačů. Tu jsem prováděl na 38 počítačích vyráběných v letech 1958 – 1972. Studie se věnovala výkonu počítačů z pohledu přenosové rychlosti tj. bitů za sekundu (bit/s, bps), kterou mohly jejich procesory zpracovat v poměru k ceně těchto počítačů. Získaná data jsem následně zprůměroval čtvercem jejich exponenciál. Výsledkem byl trend propustnosti počítačů na dolar jejich ceny, který se zdvojnásoboval každých 18,6 měsíce. Při aktualizaci těchto dat na současných počítačích z roku 1999 (nástup PC) se za období 41 let (1958 až 1999) ovšem ukazuje, že k zdvojnásobení výkonu počítačů dochází každých 21 měsíců.

V roce 1969 byla maximální přenosová rychlost, jež byla k dispozici pro počítačovou komunikaci 50 Kbps. Ta se během let postupně zvyšovala na dnešních 10 Gbps. Elektronická zařízení pro modulaci signálů na kabelových trasách a nyní i optických vláknech byla omezujícím faktorem, protože koncový signál musí být sériový. Ukazuje se, že k zdvojnásobení přenosové rychlosti dochází každých 22 měsíců. To je téměř totožné s trendem nárůstu výkonu počítačů každých 21 měsíců, způsobeným pravděpodobně v důsledku stejné hnací síly – změny proudové hustoty v polovodičových materiálech.

Výkon a cena přenosu informací

Vztahy ohledně výkonu a ceny datových a hlasových přenosů v průběhu minulých desetiletí – to je jeden z opravdových příběhů kapitalismu. V neposlední řadě kvůli mnoha různým politickým a ekonomickým vlivům. Tyto trendy z pohledu ceny na výpočetní, resp. přenosový výkon jsou brilantně shrnuty v tomto paragrafu Robertsova článku z r. 2000:

V letech, kdy se objevilo přepínání síťových paketů, se ceny pronajatých linek (leased lines) potřebných k vytvoření celonárodní paketové sítě na území USA snižovaly velmi pomalu – na polovinu za každých 79 měsíců, tj. přes 6.5 roku. To bylo drsné období telekomunikačních monopolů, resp. jejich pouze částečné konkurence v letech 1960 – 1995.

 V důsledku tohoto velmi pomalého poklesu cen telekomunikačních služeb a hbitého snižování nákladů na digitální techniku ​​se v roce 1961 stalo ekonomickým imperativem dostat stále levnější výpočetní techniku ​​do datových přenosů v rámci nákladných telekomunikačních sítí tak, aby se přenosy dat transformovaly na distribuci paketů, čímž by docházelo k rovnoměrnému vytěžování přenosových tras v jednotlivých uzlech. Spíše, než aby se plýtvalo s drahými datovými přenosy s velkou a dostatečně nevyužitou šířkou pásma, došlo k volbě rozdělování zpráv do menších paketů s podporou stále levnějších digitálních síťových komponent.

 Důvodem bylo to, že přenos dat v sítích s přepojováním paketů využívá šířku pásma přenosové trasy cca pětinásobně efektivněji než v sítích s přepojováním okruhů. Principiálně podobně je tomu i u hlasových přenosů. Ty měly teoreticky přecházet na paketové přenosy už koncem šedesátých let, ale udržely se na dřívějších sítích s přepojováním okruhů až do rozmachu internetu, kdy tento začal být mnohem větší než telefonní sítě a přenosy digitalizovaného hlasu už byly jednoduše k nezastavení.

Ačkoli míra výkonu počítačů předpovídaná Robertsem je podobná Mooreovu zákonu, trendy obou zákonů nejsou identické. Zdá se, že jak výkon počítačů na jeden dolar, tak rychlost sériového komunikačního rozhraní dosahují 94 % roční míry růstu polovodičů. Tyto údaje můžeme použít k předpovědím nákladů na počítače a datovou komunikaci a rovněž i k ​​pochopení růstu rychlosti internetového provozu.

Lawrence G Roberts

Dr. Lawrence G Roberts, čtyřikrát ženatý a rozvedený informatik, jenž zemřel loni o vánocích na infarkt myokardu nebyl v oblasti počítačových sítí žádným zelenáčem. V šedesátých letech prosadil a jako programový manažer vedl tým, jenž přišel s první decentralizovanou počítačovou paketovou sítí ARPANET. Byl autorem jednoho z prvních e-mailových programů, který napsal v r. 1971. O dva roky později opustil agenturu ARPA, aby založil společnost Telenet, prvního poskytovatele paketových sítí. V r. 1983 se stává generálním ředitelem a presidentem společnosti DHL Corporation. Později zakládá několik dalších firem zaměřených na síťové komponenty a zkvalitňování internetových služeb. V r. 2012 byl Larry Roberts uveden do Internetové síně slávy.

Seriál Zákony informatiky:

• Úvod a Moorův zákon (1)
• Zákon zrychlujících se změn (2)
• Finanční deriváty Mooreova zákona (3)
• Bellův zákon počítačové evoluce (4)
• Jak Kryder odsunul Moora do vedlejší role (5)
• Jonathan Koomey a spotřeba počítačů (6)
• Metcalfe, Gilder a sítě (7)
• Sarnoffův rozhlasový zákon (8)
• Reedův zákon a sítě v sítích (9)
• Beckstromův zákon a ekonomická hodnota sítě (10)
• Robertsův zákon zvyšování přenosové rychlosti (11)
• Nielsenův zákon o internetové šířce pásma (12)
• Software je plyn. Nathanovy softwarové zákony (13)
• Jak rychle se zpomaluje software (14)
• Trh volí bloatware (Gatesův zákon) (15)
• Kolik třešní, tolik višní? Brooksův zákon (16)
• Když Brooksův zákon neplatí (17)
• Návštěva u Annie DeCaprio s Hofstadterem a Cheopsem (18)
• Organizace, její struktura a IT architektura podle Mela Conwaye (19)