В вычислительной технике пропускная способность — это максимальная скорость передачи данных по заданному пути. Пропускную способность можно охарактеризовать как полосу пропускания сети , [1] полосу пропускания данных , [2] или цифровую полосу пропускания . [3] [4]
Это определение ширины полосы контрастирует с областью обработки сигналов, беспроводной связи, модемной передачи данных, цифровой связи и электроники , где 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, которой можно достичь, зависит не только от ширины полосы сигнала, но и от шума в канале.
Термин « полоса пропускания» иногда определяет пиковую скорость передачи данных , скорость передачи данных 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, которую можно поддерживать на линии связи, ограничена пропускной способностью канала Шеннона-Хартли для этих систем связи, которая зависит от полосы пропускания в герцах и шума в 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. На потребляемую полосу пропускания могут влиять такие технологии, 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. Пропускная способность битового потока пропорциональна средней потребляемой полосе пропускания сигнала. в герцах (средняя спектральная полоса пропускания аналогового сигнала, представляющего битовый поток) в течение исследуемого интервала времени.
Пропускную способность канала можно путать с полезной пропускной способностью данных (или полезной пропускной способностью). Например, канал с x бит/с не обязательно может передавать данные со скоростью x , поскольку протоколы, шифрование и другие факторы могут добавить значительные накладные расходы. Например, большая часть интернет-трафика использует протокол управления передачей (TCP), который требует трехстороннего подтверждения 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 по сети ряда очень больших сообщений и измерения сквозной пропускной способности. Как и в случае с другими полосами пропускания, асимптотическая полоса пропускания измеряется в битах в секунду. Поскольку скачки пропускной способности могут исказить результаты измерений, операторы связи часто используют метод 95-го процентиля . Этот метод непрерывно измеряет использование полосы пропускания, а затем удаляет верхние 5 процентов. [6]
Цифровая пропускная способность может также означать: скорость передачи данных мультимедиа или среднюю скорость передачи данных после сжатия мультимедийных данных ( исходное кодирование ), определяемую как общий объем данных, разделенный на время воспроизведения.
Из-за непрактично высоких требований к пропускной способности несжатых цифровых носителей , требуемая пропускная способность мультимедиа может быть значительно уменьшена за счет сжатия данных. [7] Наиболее широко используемым методом сжатия данных для уменьшения пропускной способности мультимедиа является дискретное косинусное преобразование (DCT), которое было впервые предложено Насиром Ахмедом в начале 1970-х годов. [8] Сжатие DCT значительно уменьшает объем памяти и пропускную способность, необходимые для цифровых сигналов, позволяя достичь степени сжатия данных до 100:1 по сравнению с несжатыми носителями. [9]
В услуге веб-хостинга термин « пропускная способность» часто неправильно используется для описания объема данных, передаваемых на веб-сайт или сервер или с него в течение установленного периода времени, например, потребление полосы пропускания, накопленное за месяц, измеряется в гигабайтах в месяц. [ нужна цитата ] [10] Более точная фраза, используемая для обозначения максимального объема передачи данных каждый месяц или за определенный период, — это ежемесячная передача данных .
Аналогичная ситуация может возникнуть и с поставщиками интернет-услуг для конечных пользователей , особенно там, где пропускная способность сети ограничена (например, в регионах со слаборазвитым подключением к Интернету и в беспроводных сетях).
В этой таблице показана максимальная пропускная способность (чистая скорость передачи данных физического уровня) для 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 случае Интернета , [11] сотовой (мобильной), беспроводной локальной сети и беспроводных персональных сетей . [12]
MOSFET (полевой транзистор металл-оксид-полупроводник) является наиболее важным фактором, позволяющим быстро увеличить полосу пропускания . [13] MOSFET (МОП-транзистор) был изобретен Мохамедом М. Аталлой и Давоном Кангом в Bell Labs в 1959 году, [14] [15] [16] и 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 микросхемах интегральных схем удваивается каждые два года), так и закон Эдхольма (удваивание полосы пропускания каждые 18 месяцев). [13]