В вычислительной технике пропускная способность — это максимальная скорость передачи данных по заданному пути. Пропускная способность может быть охарактеризована как пропускная способность сети , [1] пропускная способность данных , [2] или цифровая пропускная способность . [3] [4]
Это определение полосы пропускания контрастирует с областью обработки сигналов, беспроводной связи, передачи данных через модем, цифровой связи и электроники , [ требуется ссылка ] в которой полоса пропускания используется для обозначения полосы пропускания аналогового сигнала, измеряемой в герцах , что означает диапазон частот между самой низкой и самой высокой достижимой частотой при соблюдении четко определенного уровня ухудшения мощности сигнала. Фактическая скорость передачи данных, которая может быть достигнута, зависит не только от полосы пропускания сигнала, но и от шума в канале.
Термин пропускная способность иногда определяет чистую скорость передачи данных , пиковую скорость передачи данных , информационную скорость или полезную скорость передачи данных физического уровня , пропускную способность канала или максимальную пропускную способность логического или физического пути связи в цифровой системе связи. Например, тесты пропускной способности измеряют максимальную пропускную способность компьютерной сети. Максимальная скорость, которая может поддерживаться на линии связи, ограничена пропускной способностью канала Шеннона-Хартли для этих систем связи, которая зависит от пропускной способности в герцах и шума на канале.
Потребляемая полоса пропускания в бит/с соответствует достигнутой пропускной способности или хорошей пропускной способности , т. е. средней скорости успешной передачи данных по каналу связи. Потребляемая полоса пропускания может зависеть от таких технологий, как формирование полосы пропускания , управление полосой пропускания , регулирование полосы пропускания , ограничение полосы пропускания , распределение полосы пропускания (например, протокол распределения полосы пропускания и динамическое распределение полосы пропускания ) и т. д. Полоса пропускания потока битов пропорциональна средней потребляемой полосе пропускания сигнала в герцах (средняя спектральная полоса пропускания аналогового сигнала, представляющего поток битов) в течение исследуемого временного интервала.
Пропускную способность канала можно спутать с полезной пропускной способностью данных (или goodput). Например, канал с x бит/с не обязательно может передавать данные со скоростью x , поскольку протоколы, шифрование и другие факторы могут добавлять ощутимые накладные расходы. Например, большая часть интернет-трафика использует протокол управления передачей (TCP), который требует трехстороннего рукопожатия для каждой транзакции. Хотя во многих современных реализациях протокол эффективен, он добавляет значительные накладные расходы по сравнению с более простыми протоколами. Кроме того, пакеты данных могут быть потеряны, что еще больше снижает полезную пропускную способность данных. В общем, для любой эффективной цифровой связи необходим протокол кадрирования; накладные расходы и эффективная пропускная способность зависят от реализации. Полезная пропускная способность меньше или равна фактической пропускной способности канала за вычетом накладных расходов на реализацию.
Асимптотическая пропускная способность (формально асимптотическая пропускная способность ) для сети является мерой максимальной пропускной способности для жадного источника , например, когда размер сообщения (количество пакетов в секунду от источника) приближается к максимальному значению. [5]
Асимптотическая пропускная способность обычно оценивается путем отправки ряда очень больших сообщений через сеть, измеряя сквозную пропускную способность. Как и в случае с другими пропускными способностями, асимптотическая пропускная способность измеряется в кратных битах в секунду. Поскольку скачки пропускной способности могут исказить измерение, операторы часто используют метод 95-го процентиля . Этот метод непрерывно измеряет использование пропускной способности, а затем удаляет верхние 5 процентов. [6]
Цифровая полоса пропускания может также означать: скорость передачи мультимедийных данных или среднюю скорость передачи после сжатия мультимедийных данных ( исходного кодирования ), определяемую как общий объем данных, деленный на время воспроизведения.
Из-за непрактично высоких требований к полосе пропускания несжатых цифровых носителей , требуемая полоса пропускания мультимедиа может быть значительно уменьшена с помощью сжатия данных. [7] Наиболее широко используемым методом сжатия данных для уменьшения полосы пропускания носителей является дискретное косинусное преобразование (DCT), которое впервые было предложено Насиром Ахмедом в начале 1970-х годов. [8] Сжатие DCT значительно уменьшает объем памяти и полосы пропускания, требуемых для цифровых сигналов, способно достичь коэффициента сжатия данных до 100:1 по сравнению с несжатыми носителями. [9]
В сфере услуг веб-хостинга термин «пропускная способность» часто неправильно используется для описания объема данных, передаваемых на веб-сайт или сервер или с них в течение установленного периода времени, например, потребление полосы пропускания, накопленное за месяц, измеряется в гигабайтах в месяц. [ необходима ссылка ] [10] Более точная фраза, используемая для этого значения максимального объема передачи данных за месяц или заданный период, — ежемесячная передача данных .
Аналогичная ситуация может возникнуть и для поставщиков интернет-услуг для конечных пользователей , особенно там, где пропускная способность сети ограничена (например, в районах с недостаточно развитым подключением к Интернету и в беспроводных сетях).
В этой таблице показана максимальная пропускная способность (чистая скорость передачи данных на физическом уровне) распространенных технологий доступа в Интернет. Более подробные списки см.
Закон Эдхольма , предложенный и названный в честь Фила Эдхольма в 2004 году, [11] гласит, что пропускная способность телекоммуникационных сетей удваивается каждые 18 месяцев, что подтверждается с 1970-х годов. [11] [12] Эта тенденция очевидна в случаях Интернета , [11] сотовой связи, беспроводных локальных сетей и беспроводных персональных сетей . [12]
МОП-транзистор ( полевой транзистор металл-оксид-полупроводник) является наиболее важным фактором, обеспечивающим быстрое увеличение пропускной способности. [13] МОП-транзистор (МОП-транзистор) был изобретен Мохамедом М. Аталлой и Давоном Кангом в Bell Labs в 1959 году [14] [15] [16] и впоследствии стал основным строительным блоком современных телекоммуникационных технологий. [17] [18] Непрерывное масштабирование МОП-транзисторов , наряду с различными достижениями в технологии МОП, позволило реализовать как закон Мура ( количество транзисторов в интегральных схемах удваивается каждые два года), так и закон Эдгольма (пропускная способность связи удваивается каждые 18 месяцев). [13]