Цифровизация общества и экономики, работа с большими объемами информации, внедрение ИИ в некоторых отраслях значительно увеличили потребность в быстрых и главное надежных цифровых сетях передачи данных. Возникла острая необходимость в обеспечении качественной работы различных приложений, трансляции потоковых видео, игр, бесперебойном функционировании удаленных систем хранения данных (Network Attached Storage) и т.д.
Скорость передачи данных по сетям обычно обсуждается с точки зрения пропускной способности сетей.
Пропускная способность сети – это важный параметр, определяющий скорость передачи данных и эффективность работы сетевых устройств. Она является мерой возможности сети организовывать обмен информацией между компьютерами, серверами, устройствами и другими сетевыми ресурсами.
Пропускная способность (Bandwidth) обуславливается способностью носителя передавать данные, она измеряет количеством бит в секунду, которые теоретически могут передаваться через носитель. Предположим, имеется оптоволоконный кабель, который поддерживает скорость передачи 10Gb/s, по нему можно теоретически передать данные со скоростью 10 Гбит в секунду, а по кабелю UTP Cat 6 1Gb/s, к которому подключен мой роутер возможно передать 1Gb/s, но опять же лишь теоретически, на конкретном сетевом подключении.
И если я решу измерить скорость интернета, то получу совершенно другие цифры, ожидаемо, что скорость будет значительно меньше теоретических возможностей моего подключения, потому, что появляются другие факторы которые оказывают на это влияние.
Обычно так называемый Bandwidth интернет провайдеры указывают в рекламе своих телематических услуг.
Где отображается данный параметр?
В свойствах сетевого подключения, можно увидеть теоретически возможную скорость передачи данных 1 Гбит/с
Цифровая пропускная способность обычно измеряется в количестве данных передаваемых за заданный промежуток времени из одного места в другое (в битах в секунду).
Общие единицы измерения пропускной способности, она обычно измеряется в битах в секунду:
- 1 Кбит/c (kbps) - тысяча бит в секунду;
- 1 Мбит/c (Мbps) - миллион бит в секунду
- 1 Гбит/с (Gbps) - миллиард бит в секунду;
Иногда скорость измеряют в килобайтах, в этом случае буква Б указанная в единице измерения большая.
Например:
1 КБ/c (KB/s) что в 8 раз быстрее и равно 8000 bps или 8 Кбит/c.
Возможно вы встречались с таким понятием как производительность сети (Throughput) она как и пропускная способность является мерой передачи битов по сети за заданный период времени. Однако, она не соответствует указанной пропускной способности из-за нескольких факторов таких как:
- объем передаваемых и получаемых по соединению данных;
- типа передаваемых данных;
- задержки(Latency), создаваемой количеством и типом сетевых устройств находящихся между отправителем и получателем;
Чем же производительность отличается от пропускной способности?
Когда мы говорит о производительности, следует понимать следующее:
- измерения производительности не учитывает достоверность или полезность переданных бит;
- многие сообщения переданные/полученные по сети не предназначены для конкретных пользовательских приложений(например служебный трафик);
- в случае использования объединенной сети, состоящей из сетевых устройств с различным быстродействием, производительность не может быть выше чем у самого медленного звена с более низкой пропускной способностью.
Каким образом можно измерить производительность (Throughput)?
Для измерения этого параметра можно воспользоваться следующими интернет порталами, например: https://www.speedtest.net/ или https://yandex.ru/internet
Результаты измерений сильно отличаются от предыдущих, речь идет всего о нескольких десятках мегабит в секунду на загрузку и передачу данных (download и upload).
Почему же значение скорости сильно отличается?
Время теряется на задержке в работе сетевого оборудования, тратится ресурс на переупаковку данных, их инкапсуляцию и декапсуляцию (добавление/удаление) служебных заголовков в пакете, сегменте, фрейме и т.д.(см. модель OSI)
Когда мы говорим о пропускной способности сети, необходимо упомянуть о таком важном понятии как полезная пропускная способность (Goodput), это та скорость передачи данных, которую мы видим у себя в браузере с учетом модели OSI.
Данный параметр можно оценить во время загрузки/выгрузки какого-либо файла, желательно большого размера.
Обратите внимание, скорость в данном случае загрузки измеряется в мегабайтах (МБ/c), и превышает значение производительности сети (Throughput) на Download (61,53 Mbps)
Рассчитаем Goodput:
9,3 * 8 + 3,9 * 8 = 105,6 Мбит/c (Мbps)
Подведем итоги:
Пропускная способность сети зависит от многих факторов, основные из них оказывающие влияние на этот показатель:
1. Производительность сетевого оборудования
Сбор качественного сетевого оборудования имеет решающее значение для достижения высокой пропускной способности. Коммутаторы, маршрутизаторы, модемы и другие сетевые устройства должны быть способными обрабатывать большие объемы данных и иметь высокую пропускную способность своих портов, что напрямую влияет на пропускную способность сети.
2. Тип сетевых подключений и среда передачи данных
Различные типы сетевых подключений, такие как Ethernet, Wi-Fi, оптоволокно и другие, имеют разную пропускную способность . Например, Ethernet-соединения в настоящее время обеспечивают высокую пропускную способность, которая может достигать нескольких гигабит в секунду. Ethernet-кабели категории 5e обеспечивают пропускную способность до 1000 Мбит/с, тогда как кабели категорий 6 и 6A обеспечивают пропускную способность до 10 Гбит/с. В то же время, Wi-Fi соединения, особенно на частотах 2,4 ГГц, могут быть ограничены по пропускной способности из-за возможных помех и ограничений диапазона.
3. Физическая инфраструктура
Пропускная способность сети может быть ограничена качеством физической инфраструктуры. Кабели, коннекторы и другие элементы сети должны быть качественными и соответствовать требованиям сети. Например, гигабитные Ethernet-соединения требуют Cat 5e или Cat 6 кабелей для обеспечения высокой пропускной способности.
4. Количество пользователей и устройств
Пропускная способность сети также зависит от количества пользователей и устройств, использующих сетевые ресурсы. Если сеть перегружена большим количеством устройств и пользователей одновременно, пропускная способность может быть ограничена. Если многие устройства пытаются передать данные одновременно, возникают коллизии, что приводит к снижению пропускной способности. Поэтому важно правильно спроектировать и настроить сеть, чтобы обеспечить достаточную пропускную способность для всех устройств и пользователей.
5. Сетевой трафик
Нагрузка на сеть может изменяться в зависимости от видов передаваемых данных и активности пользователей. Например, передача больших файлов или потоковое видео может потребовать большей пропускной способности, чем простой обмен сообщениями или просмотр веб-страниц. Эффективное управление сетевым трафиком может помочь обеспечить необходимую пропускную способность и минимизировать возможные задержки и потери данных.
6. Протоколы и службы
Некоторые сетевые протоколы и службы могут способствовать пропускной способности. Например, использование VPN-соединений может снизить пропускную способность, так как данные должны быть дополнительно зашифрованы и расшифрованы.
Учет и оптимизация всех этих факторов могут помочь обеспечить оптимальную пропускную способность сети.
19 января 2024 г.
