BDP em link satelital LEO e em fibra: a conta da distância

1. O piso que nenhum equipamento remove

O atraso de um link tem várias parcelas: fila nos equipamentos, processamento, serialização dos pacotes e propagação. As três primeiras dependem de equipamento e de carga. A propagação depende só da distância e do meio, e é o piso abaixo do qual nenhum upgrade chega.

No vácuo, a luz percorre um quilômetro em 3,336 µs. A velocidade da luz, c = 299.792.458 m/s, é um valor exato do Sistema Internacional, segundo o BIPM. No vidro da fibra, a luz anda mais devagar. Para planejamento, a recomendação ITU-T G.114 da UIT usa 5 µs por quilômetro de fibra óptica.

2. Fibra: a rota, não a distância no mapa

Para a rota de exemplo de 1.500 km, o atraso de ida é 1.500 × 5 µs = 7,50 ms, e o RTT mínimo é 15,0 ms.

O número que entra na conta é o comprimento do cabo, não a distância em linha reta. Cabos seguem estradas, ferrovias e dutos, e a rota contratada pode passar por cidades fora do caminho direto. Pergunte ao provedor o comprimento da rota ou, melhor, meça o RTT depois de ativado.

3. Satélite em órbita baixa: o caminho sobe e desce

Em um serviço por satélite, o sinal sai do terminal da filial, sobe até o satélite, desce até uma estação terrena (gateway) e de lá segue pela rede terrestre. A resposta faz o caminho inverso. São quatro trechos entre o solo e o satélite em cada ida e volta.

O menor caminho possível acontece quando o satélite está exatamente acima do terminal e do gateway ao mesmo tempo: cada trecho mede a própria altitude. Com 550 km:

Esse é um piso geométrico, não uma previsão. Na prática, o satélite raramente está a pino; em ângulos mais baixos, cada trecho é mais longo que a altitude. O satélite se move, então a distância muda o tempo todo. E depois do gateway ainda há a rede terrestre até o data center, com a mesma conta de fibra da seção 2.

A altitude de 550 km é um exemplo. A de cada constelação está nos documentos do operador; use a do serviço que você está avaliando.

4. Satélite geoestacionário: o piso alto

Um satélite geoestacionário fica a cerca de 35.786 km acima do equador, valor registrado pela Organização Meteorológica Mundial (OMM). Pela mesma conta:

É quase meio segundo só de propagação, 65 vezes o piso do exemplo em órbita baixa. Essa diferença explica por que a órbita importa tanto para aplicações interativas e para o desempenho do TCP.

5. O trecho em terra depois do gateway

O piso do satélite cobre só a subida e a descida. Do gateway até o data center, o tráfego segue por fibra, com a mesma conta de 5 µs/km. Se o gateway estiver a 300 km de rota do data center (exemplo), esse trecho soma 3,00 ms ao RTT, e o piso do caminho completo vai para 10,3 ms.

A posição do gateway, portanto, pesa tanto quanto a altitude. Um gateway longe do data center pode consumir a vantagem da órbita baixa sobre a rota de fibra. É uma pergunta a fazer ao provedor: por qual gateway o tráfego da filial sai, e onde ele fica.

6. Do RTT ao BDP

O produto banda × atraso (BDP), como define a RFC 6349, é a quantidade de dados em trânsito necessária para manter o link cheio:

A 200 Mbps, para cada RTT:

As linhas de 30, 50 e 80 ms são exemplos para a conta, não medições de um serviço. Elas mostram o que acontece quando o RTT real fica acima do piso, como sempre fica.

Com 64 KiB de janela, uma única conexão TCP só enche os 200 Mbps enquanto o RTT não passa de 2,62 ms. Acima disso, o limite é a janela, não o link.

7. Quanto de janela cada caminho pede

A conta inversa diz de que janela as pontas precisam para uma conexão usar o link inteiro:

A opção window scale da RFC 7323 permite anunciar janelas muito acima de 64 KiB. Os sistemas operacionais atuais a negociam sozinhos, desde que nenhum equipamento no caminho a remova. Em link geoestacionário, a janela necessária passa de 11,4 MiB; se ela ficar presa em 64 KiB, uma conexão entrega 1,10 Mbps em um link de 200 Mbps.

8. O que medir antes de decidir

O piso físico ajuda a descartar promessas impossíveis e a entender por que um caminho é mais lento que outro. A decisão, porém, depende do RTT e da perda medidos no serviço real, de preferência em horários diferentes.

1. Meça o RTT do terminal até o data center, não só até o primeiro salto.
2. Repita a medição ao longo do dia: carga e, no satélite, a posição dos satélites mudam o resultado.
3. Calcule o BDP com o RTT medido e confira a janela TCP nas duas pontas.
4. Meça a perda de pacotes. Com RTT maior, a mesma perda derruba mais a vazão de uma conexão TCP com controle de congestionamento clássico.
5. Teste a aplicação que importa, não só um teste de velocidade.

Perguntas frequentes

Por que quatro trechos e não dois?

Porque o RTT é ida e volta. Na ida, o pacote sobe do terminal ao satélite e desce ao gateway; na volta, a resposta sobe do gateway ao satélite e desce ao terminal. São dois trechos em cada sentido, quatro no total.

Por que a fibra não usa a velocidade da luz no vácuo?

Porque a luz é mais lenta no vidro. A G.114 adota 5 µs/km para fibra, contra 3,336 µs/km no vácuo. O valor da UIT é para planejamento e já considera o meio.

E se a constelação estiver mais alta, a 1.200 km?

O piso geométrico cresce na mesma proporção: 4 × 1.200 km ÷ c = 16,0 ms, contra 7,34 ms a 550 km. Ainda muito abaixo do geoestacionário, mas a diferença aparece no BDP: a 200 Mbps, são 391 KiB só de piso.

E se eu contratar mais banda no mesmo caminho?

O RTT não muda, mas o BDP cresce na mesma proporção da banda. Com 50 ms, 500 Mbps pedem 2,98 MiB de janela por conexão, contra 1,19 MiB a 200 Mbps. Mais banda sem janela maior não aparece em uma conexão só.

O teste de velocidade dá 200 Mbps, mas a cópia de arquivos não. Por quê?

Se o teste usa várias conexões em paralelo e a cópia usa uma só, a cópia fica limitada pela janela daquela conexão. Confira nas opções do teste quantas conexões ele abre e compare com o BDP do link. O guia por que a janela TCP limita a velocidade em links longos detalha essa conta.

Quanto atraso somam 1.000 km de fibra?

Pelo valor da G.114, 5 ms na ida e 10 ms na ida e volta. É uma conta útil para conferir se o RTT medido de um link terrestre faz sentido para a distância da rota.

Onde faço a conta do meu link?

Na calculadora de BDP e janela TCP: informe a banda contratada e o RTT medido. Ela mostra o BDP, o teto com a janela atual e, se você informar a perda, o teto pelo modelo de perda.