Une navigation sur Internet qui semble instantanée, même si elle ne l’est pas.

Si la pandémie de coronavirus a bouleversé votre vie en ligne, vous êtes probablement passé par là : Vous utilisez peut-être le chat vidéo pour travailler ou communiquer avec des amis éloignés. Quelle que soit la quantité de bande passante dont vous disposez, le décalage entre le moment où une personne parle et celui où les autres entendent les mots fait que vous continuez à vous parler les uns aux autres.

C’est le délai ennuyeux lorsque vous appuyez sur le bouton « play » de votre service de streaming et que votre film ou votre émission de télévision met une éternité à se charger. Ou lorsque vous êtes sur le point d’atteindre un nouveau niveau dans un jeu vidéo, mais que votre manette n’enregistre pas vos mouvements à temps.

Cette fraction de seconde – moins que le clignement d’un œil – est appelée latence du réseau. Il s’agit du temps nécessaire, en millisecondes, pour qu’un signal fasse l’aller-retour entre votre ordinateur et un serveur. Plus la distance est grande, plus le voyage est long.

Les millisecondes peuvent sembler insignifiantes. Mais sur l’internet, cela peut donner l’impression de patauger dans la boue. Elles peuvent même amener les utilisateurs à se désintéresser ou à aller voir ailleurs.

Google a constaté que si les résultats de recherche sont ralentis de quatre dixièmes de seconde, ses utilisateurs effectuent huit millions de recherches de moins par jour. Et selon Amazon, des retards encore plus faibles – un dixième de seconde supplémentaire – feraient perdre à l’entreprise 1 % de ses ventes, soit des centaines de millions de dollars par an.

Bruce Maggs, informaticien à Duke, pense que nous pouvons faire mieux. Il y a quelques années, il a décidé, avec des collègues, de relever un défi : construire un Internet à la vitesse de la lumière.

S’ils parvenaient à faire circuler les données plus rapidement, ils se demandaient s’ils pourraient rendre la navigation sur le web plus fluide et plus transparente, voire instantanée.

L’équipe a présenté son approche le 6 avril au 19e symposium USENIX sur la conception et la mise en œuvre de systèmes en réseau (NSDI ’22) à Renton, Washington.

Dans le cadre d’un projet codirigé par Brighten Godfrey de l’Université de l’Illinois, Gregory Laughlin de Yale et Ankit Singla de l’ETH Zurich, l’équipe envisage un réseau s’étendant sur l’ensemble des États-Unis et réagissant 10 à 100 fois plus vite que l’Internet normal.

S’il est déployé dans les 120 plus grandes villes, il pourrait donner à 85 % des Américains la possibilité de se connecter sur de grandes distances en temps quasi réel, comme s’ils étaient dans la même pièce.

Le problème est que l’Internet d’aujourd’hui n’est pas optimisé pour la vitesse, a déclaré Maggs.

Étant donné la vitesse de la lumière, les données devraient théoriquement pouvoir être transmises à une vitesse maximale de 300 000 kilomètres par seconde. Ce qui représente une vitesse ahurissante de 670 millions de miles par heure.

À ce rythme, le trafic Internet devrait pouvoir parcourir les 3 000 km qui séparent Los Angeles de New York en 15 millisecondes.

Mais la réalité est bien plus lente. Maggs et son équipe ont montré que le déplacement de petites quantités de données sur l’internet – par exemple, le simple téléchargement d’une page web – prend souvent entre 37 et 100 fois plus de temps que prévu.

« Cela devrait être plus rapide, non ? dit Maggs.

Selon eux, le retard est dû en grande partie à la façon dont le trafic Internet est acheminé.

Chaque fois que vous consultez votre courrier électronique, que vous recherchez des informations sur Google ou que vous parcourez les médias sociaux, des données sont envoyées et reçues par des centaines de milliers de kilomètres de câbles de fibre optique enterrés, de fins fils de verre qui sont regroupés et transmettent des données sous forme d’impulsions lumineuses.

Mais ce système peut être inefficace. Les câbles enterrés doivent contourner les montagnes et se faufiler dans le paysage en suivant les routes et les voies ferrées, et les méandres leur font perdre un temps précieux.

Le trafic Internet allant de la Suède à la Croatie – une distance d’environ 1 300 miles – peut faire un détour océanique de 8 000 miles en passant d’abord par un routeur à New York.

« Les chemins de la fibre optique ne suivent presque jamais une ligne droite entre deux endroits « , a déclaré M. Maggs.

Ajoutez à cela le fait que les fournisseurs d’accès à Internet acheminent souvent les données par le chemin le moins cher, et non le plus rapide, quitte à faire marche arrière pour économiser de l’argent.

« Cela signifie que le chemin sera plus détourné », a déclaré M. Maggs.

Il y a une autre chose qui se met en travers du chemin. Lorsque les gens parlent de la vitesse de la lumière, ils font généralement référence à la vitesse de la lumière dans le vide. Lorsque la lumière traverse un milieu autre que le vide, comme l’air, l’eau ou le verre, elle ralentit.

La vitesse de la lumière dans le vide est de 300 000 kilomètres par seconde, mais elle ralentit à deux tiers de cette vitesse dans le verre de silice, dont sont faits les câbles de fibre optique normaux.

« Toutes ces choses se composent et se multiplient les unes les autres », a déclaré M. Maggs. C’est pourquoi, en ce qui concerne le temps de réponse sur l’autoroute de l’information, la limite de vitesse cosmique est loin d’être une réalité. Mais les chercheurs ont découvert qu’une infime partie de celle-ci s’en rapproche :

Au début des années 2010, un réseau sur mesure a été mis en place pour réduire de quelques millièmes de seconde le temps nécessaire aux opérateurs financiers pour envoyer des données dans les deux sens entre le Chicago Mercantile Exchange et les bourses du New Jersey, un trajet d’environ 700 miles traversant six États.

Cette quantité de temps est imperceptible pour les humains. Mais il est suffisant pour donner aux sociétés de négoce un avantage sur leurs rivaux sur le marché boursier, où recevoir des données même une milliseconde plus tôt peut faire la différence entre faire un profit ou perdre.

En analysant ce réseau spécialisé, l’équipe s’est demandée si elle pouvait utiliser des approches similaires pour réduire les retards de l’Internet à l’échelle nationale.

Selon M. Maggs, l’avantage du réseau commercial réside en partie dans la manière dont les données sont transportées.

Au lieu de câbles enterrés, il réduit les temps de transaction en utilisant des transmissions radio à micro-ondes pour transporter les données dans l’air, où les signaux peuvent voyager 50 % plus vite que la lumière dans une fibre.

Le réseau permet également de gagner du temps grâce à un raccourci. Contrairement aux câbles en fibre optique, qui doivent contourner les obstacles en suivant la configuration du terrain, les signaux micro-ondes ne se courbent pas – ils sont transmis en ligne droite. Les trajets sont donc plus courts, ce qui leur permet de faire des allers-retours entre le New Jersey et la ville des vents en huit millièmes de seconde.

Lors des tests, les chercheurs ont constaté que le réseau à micro-ondes des traders financiers était plus rapide que la fibre optique, même par mauvais temps, lorsque la pluie peut affaiblir le signal entre les tours.

Cette technologie est vieille de plusieurs décennies. Les recherches de l’équipe ont montré que quelque chose de similaire – des tours équipées d’antennes qui envoient des signaux micro-ondes dans les deux sens – pourrait être construit dans les plus grandes villes des États-Unis ou d’Europe, et pourrait réduire le retard à 5 % de ce qui est possible à la vitesse de la lumière.

En supposant un budget hypothétique de 3 000 tours espacées d’environ 40 à 60 miles, l’équipe a trouvé la meilleure façon de transmettre les signaux d’une tour à l’autre par les chemins les plus courts possibles, sans que des éléments tels que des collines, des bâtiments ou des arbres ne s’interposent.

Ils ont découvert que le simple fait d’acheminer les données le long de routes plus droites et plus directes permettrait de cliquer sur un lien vers un site Web et de transmettre la demande à un serveur trois fois plus rapidement.

Et à un coût estimé à 81 cents par gigaoctet, la valeur potentielle d’un tel réseau dépasserait largement son prix. Les analyses coûts-avantages de l’équipe suggèrent que pour une entreprise comme Google, le fait de fournir des résultats de recherche à peine 200 millisecondes plus rapidement représenterait un bénéfice supplémentaire de 87 millions de dollars par an.

Mais ce qui est le plus excitant dans tout cela, selon les chercheurs, c’est la possibilité pour des personnes séparées par des centaines de kilomètres d’avoir l’impression d’interagir et de partager des informations en ligne en temps réel.

Des études suggèrent que les délais de moins de 30 millisecondes passent trop vite pour que la plupart des gens les remarquent. Si les scientifiques pouvaient réduire les délais à moins de 30 millisecondes, ils pourraient les rendre pratiquement imperceptibles.

« Nous ne disons pas que nous pouvons faire fonctionner tout l’Internet à la vitesse de la lumière », a déclaré Maggs. En effet, si la transmission par micro-ondes peut être plus rapide que la fibre, elle ne peut pas rivaliser en termes de capacité de transport.

Mais pour les applications où le timing est primordial, un tel réseau pourrait réduire le décalage à un coût inférieur à celui des services existants.

Pour les joueurs en ligne, qui envoient et reçoivent constamment des données pour jouer ensemble en temps réel, l’acheminement du trafic par leur réseau pourrait réduire les temps de latence à un tiers de ce qui est possible avec l’internet actuel.

Dans le cas de sa femme musicienne, M. Maggs a déclaré qu’elle et ses collègues de la côte ouest pouvaient jouer ensemble de manière synchronisée sur Internet et s’entendre comme s’ils étaient dans la même salle de concert, sans remarquer de retard.

« Ce serait un peu comme décider quand utiliser la poste américaine et quand utiliser Federal Express », a déclaré Maggs. « Il y a une énorme différence en termes de coût et de performance. Il faudrait choisir uniquement les choses pour lesquelles la latence a vraiment de l’importance. »

Si vous ne faites que regarder des films en streaming, vous ne vous en souciez peut-être pas. Mais pour Maggs, qui jouait à des jeux en ligne multijoueurs lorsqu’il était enfant, « lorsque j’envoie ma commande au serveur de jeu, où je viens d’appuyer sur F pour déclencher mes phasers, je veux que cela aille aussi vite que possible. »