Какова полезная пропускная способность данной сети
В вычислительной технике пропускная способность — это максимальная скорость передачи данных по заданному пути. Пропускная способность может быть охарактеризована как пропускная способность сети, пропускная способность данных,[1]или цифровая пропускная способность,[2] or digital bandwidth.[3][4]
Это определение пропускной способности в отличие от области обработки сигналов, беспроводной связи, модема передачи данных, цифровой связи, и электроники, используется для обозначения аналогового сигнала пропускной способности измеряется в герцах, то есть диапазон частот между самой низкой и самой достижимой частотой при встрече с четко определённым силовым уровнем.
Однако фактическая скорость бита, которая может быть достигнута, зависит не только от пропускной способности сигнала, но и от шума на канале.
Пропускная способность сети[править | править код]
Термин пропускная способность иногда определяет чистую скорость бита ‘пик бит-скорости’, ‘информационную ставку,’ физический слой ‘полезный бит скорости’, емкость канала или максимальная пропускная 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, ограничена каналом Шеннон-Хартли для этих систем связи, которая зависит от пропускной способности в герцах и шуме на канале.
Потребление пропускной способности сети[править | править код]
Потребляемая пропускная способность в бит/с, соответствует достигнутой пропускной способности или хорошей записи, то есть средней скорости успешной передачи данных через коммуникационный путь. Потребляемая пропускная способность может быть затронута такими технологиями, как формирование пропускной способности, управление пропускной способностью, пропускная способность, распределение пропускной способности (к примеру протокол распределения пропускной способности и динамическое распределение пропускной способности) и т. д. Пропускная способность потока пропорциональна средней потребляемой пропускной способности сигнала в герцах (средняя спектральная пропускная способность аналогового сигнала, представляющего битный поток) в течение наблюдаемого интервала времени.
Пропускную способность канала можно спутать с полезной пропускной способностью данных (или goodput). Например, канал с x bps не обязательно передает данные со скоростью x, так как протоколы, шифрование и другие факторы могут добавить ощутимые накладные расходы. Например, большое количество интернет-трафика использует протокол управления передачей (TCP), который требует трехстороннего рукопожатия для каждой транзакции. Хотя во многих современных реализациях протокол эффективен, он добавляет значительные дополнительные ограничения по сравнению с более простыми протоколами. Кроме того, пакеты данных могут быть потеряны, что ещё больше снижает полезную пропускную способность данных. В целом, для любой эффективной цифровой коммуникации необходим протокол разработки; накладные расходы и эффективная пропускная система реализации. Полезная пропускная способность меньше или равна фактической емкости канала за вычетом накладных расходов на выполнение.
Асимптотическая пропускная способность[править | править код]
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 количеству.[5]
Асимптотическая пропускная способность как правило, оценивается путем отправки ряда очень больших сообщений через сеть, измерения сквозной пропускной способности. Как и другие полосы пропускания, асимптотическая пропускная способность измеряется в кратных битах в секунду. Поскольку шипы пропускной способности могут исказить измерения, перевозчики часто используют 95-й метод процентиля. Этот метод непрерывно измеряет использование пропускной способности, а затем удаляет верхние 5 процентов.[6]
Мультимедийная пропускная способность[править | править код]
Цифровая пропускная способность может также относиться к: мультимедийной битовой ставку или среднему битрейту после сжатия мультимедийных данных (кодирования исходного кода), определяемык как общий объём данных, разделенный на время воспроизведения.
Из-за невысоких требований к пропускной способности несжатых цифровых носителей, требуемая мультимедийная пропускная способность может быть значительно уменьшена с помощью сжатия данных.[7] Наиболее используемым методом сжатия данных для снижения пропускной способности мультимедиа является дискретная трансформация козина (DCT), которая была впервые предложена Насиром Ахмедом в начале 1970-х годов.[8] DCT сжатие значительно снижает количество памяти и пропускной способности, необходимое для цифровых сигналов. Сжатие способно достичь соотношения сжатия данных до 100:1 по сравнению с несжатыми носителями.[9]
Пропускная способность в веб-хостинге[править | править код]
В веб-хостинге, термин пропускная способность часто неправильно используется для описания объёма данных, передаваемых на веб-сайт или сервер в течение установленного периода времени, например, потребления пропускной способности трафика, накопленного в течение месяца, измеряемого в гигабайтах в месяц. Более точная фраза, используемая для этого значения максимального объёма передачи данных каждый месяц или данный период, — это ежемесячная передача данных.
Аналогичная ситуация может возникнуть и для конечных провайдеров — и в тех случаях, когда пропускная способность сети ограничена (например, в районах с недостаточно развитой подключением к Интернету и в беспроводных сетях).
Пропускная способность подключения к Интернету[править | править код]
В этой таблице показана максимальная пропускная способность (физический слой чистого битрейта) общих технологий доступа в Интернет. Для более подробных списков см.
- список полос движения устройств
- тенденции прогресса битовой скорости
- список мультимедийных битовых ставок.
Закон Эдхольма[править | править код]
Закон Эдхольма, предложенный и названный в честь Фила Эдхольма в 2004,[10] гласит, что пропускная способность телекоммуникационных сетей удваивается каждые 18 месяцев, что оказалось правдой с 1970-х годов.[10][11] Тенденция очевидна в случаях Интернета,[10]сотовой (мобильной) связи, беспроводной сети LAN и беспроводной личной зоны.[11]
MOSFET (металл-оксид-полупроводниковый транзистор- эффект) является наиболее важным фактором, позволяющим быстро увеличить пропускную способность.[12] MOSFET (MOS transistor) был изобретен Мохамедом М.Аталла и Давоном Кангом в Bell Labs в 1959,[13][14][15] и стал основным строительным блоком современной телекоммуникационной технологии.[16][17][18] Непрерывное масштабирование MOSFET, наряду с различными достижениями в технологии MOS, справедливо как для Закона Мура (количество транзисторов в интегральных микросхемах удваивающееся каждые два года) так и для закона Эдхольма (пропускная способность связи удваивается каждые 18 месяцев).[12]
Примечания[править | править код]
- ↑ Douglas Comer, Computer Networks and Internets, page 99 ff, Prentice Hall 2008.
- ↑ Fred Halsall, Introduction to data communications and computer networks, page 108, Addison-Wesley, 1985.
- ↑ Cisco Networking Academy Program: CCNA 1 and 2 companion guide, Volym 1-2, Cisco Academy 2003
- ↑ Behrouz A. Forouzan, Data communications and networking, McGraw-Hill, 2007
- ↑ Chou, C. Y. et al. Modeling Message Passing Overhead // Advances in Grid and Pervasive Computing: First International Conference, GPC 2006 (англ.) / Chung, Yeh-Ching; Moreira, Jose E.. — 2006. — P. 299—307. — ISBN 3540338098.
- ↑ What is Bandwidth? – Definition and Details (англ.). www.paessler.com. Дата обращения 18 апреля 2019.
- ↑ Lee, Jack. Scalable Continuous Media Streaming Systems: Architecture, Design, Analysis and Implementation (англ.). — John Wiley & Sons, 2005. — P. 25. — ISBN 9780470857649.
- ↑ Stankovic, Radomir S.; Astola, Jaakko T. Reminiscences of the Early Work in DCT: Interview with K.R. Rao (англ.) // Reprints from the Early Days of Information Sciences : journal. — 2012. — Vol. 60.
- ↑ Lea, William. Video on demand: Research Paper 94/68 (неопр.). — 9 May 1994: House of Commons Library (англ.)русск., 1994. Архивная копия от 20 сентября 2019 на Wayback Machine
- ↑ 1 2 3 Cherry, Steven. Edholm’s law of bandwidth (англ.) // IEEE Spectrum : magazine. — 2004. — Vol. 41, no. 7. — P. 58—60. — doi:10.1109/MSPEC.2004.1309810.
- ↑ 1 2 Deng, Wei; Mahmoudi, Reza; van Roermund, Arthur. Time Multiplexed Beam-Forming with Space-Frequency Transformation (англ.). — New York: Springer, 2012. — P. 1. — ISBN 9781461450450.
- ↑ 1 2 Jindal, Renuka P. From millibits to terabits per second and beyond – Over 60 years of innovation (англ.) // 2009 2nd International Workshop on Electron Devices and Semiconductor Technology : journal. — 2009. — P. 1—6. — ISBN 978-1-4244-3831-0. — doi:10.1109/EDST.2009.5166093.
- ↑ 1960 – Metal Oxide Semiconductor (MOS) Transistor Demonstrated (англ.) // The Silicon Engine : journal. — Computer History Museum.
- ↑ Lojek, Bo. History of Semiconductor Engineering (неопр.). — Springer Science & Business Media, 2007. — С. 321—323. — ISBN 9783540342588.
- ↑ Who Invented the Transistor?. Computer History Museum (4 декабря 2013). Дата обращения 20 июля 2019.
- ↑ Triumph of the MOS Transistor. YouTube. Computer History Museum (6 августа 2010). Дата обращения 21 июля 2019.
- ↑ Raymer, Michael G. The Silicon Web: Physics for the Internet Age (англ.). — CRC Press, 2009. — P. 365. — ISBN 9781439803127.
- ↑ Transistors – an overview. ScienceDirect. Дата обращения 8 августа 2019.
Комментарий: русифицировать гиперссылки.
Следует различать полезную и полную пропускную способность. Под полезной пропускной способностью понимается скорость передачи полезной информации, объем которой всегда несколько меньше полной передаваемой информации, так как каждый передаваемый кадр содержит служебную информацию, гарантирующую его правильную доставку адресату.
Влияние задержек и коллизий на полезную пропускную способность сети Ethernet хорошо отражает график, представленный на рис. 10.
Рис. 10. Зависимость полезной пропускной способности сети Ethernet от коэффициента использования
При загрузке сети до 50 % технология Ethernet на разделяемом сегменте хорошо справляется с передачей трафика, генерируемого конечными узлами. Однако при повышении интенсивности генерируемого узлами трафика сеть все больше времени начинает проводить неэффективно, повторно передавая кадры, которые вызвали коллизию. При возрастании интенсивности генерируемого трафика до такой величины, когда коэффициент использования сети приближается к 1, вероятность столкновения кадров настолько увеличивается, что практически любой кадр, который какая-либо станция пытается передать, сталкивается с другими кадрами, вызывая коллизию. Сеть перестает передавать полезную пользовательскую информацию и работает «на себя», обрабатывая коллизии.
Рассчитаем теоретическую полезную пропускную способность Fast Ethernet без учета коллизий и задержек сигнала в сетевом оборудовании.
Для этого необходимо определить длину кадра, а для этого используем формулу 2:
Пт = К + Синф, (2)
Где: Пт – теоретическая пропускная способность;
К – кадр (от 46 до 1500 байт);
Синф – служебная информация (18 байт).
Отличие полезной пропускной способности от полной пропускной способности зависит от длины кадра. Так как доля служебной информации всегда одна и та же, то, чем меньше общий размер кадра, тем выше «накладные расходы». Служебная информация в кадрах Ethernet составляет 18 байт (без преамбулы и стартового байта), а размер поля данных кадра меняется от 46 до 1500 байт. Каждый пакет снабжается заголовком, в котором указывается адресная информация, необходимая для доставки пакета узлу назначения, а также номер пакета, который будет использоваться узлом назначения для сборки сообщения (рис. 11).
Рис. 11. Разбиение сообщения на пакеты
Сам размер кадра меняется от (формула 2):
46 + 18 = 64 байт
до:
1500 + 18 = 1518 байт.
Поэтому для кадра минимальной длины полезная информация составляет всего лишь 46 / 64 ? 0,72 от общей передаваемой информации, а для кадра максимальной длины 1500 / 1518 ? 0,99 от общей информации.
Чтобы рассчитать полезную пропускную способность сети для кадров максимального и минимального размера, необходимо учесть различную частоту следования кадров. Естественно, что, чем меньше размер кадров, тем больше таких кадров будет проходить по сети за единицу времени, перенося с собой большее количество служебной информации.
Так, для передачи кадра минимального размера, который вместе с преамбулой имеет длину 72 байта, или 576 бит, потребуется время, равное 576 bt, а если учесть межкадровый интервал в 96 bt то получим, что период следования кадров составит 672 bt. При скорости передачи в 100 Мбит/с это соответствует времени 6,72 мкс. Тогда частота следования кадров, то есть количество кадров, проходящих по сети за 1 секунду, составит 1/6,72 мкс ? 148810 кадр/с.
При передаче кадра максимального размера, который вместе с преамбулой имеет длину 1526 байт или 12208 бит, период следования составляет 12 208 bt + 96 bt = 12 304 bt, а частота кадров при скорости передачи 100 Мбит/с составит 1 / 123,04 мкс = 8127 кадр/с.
Зная частоту следования кадров f и размер полезной информации Vп в байтах, переносимой каждым кадром, нетрудно рассчитать полезную пропускную способность сети (формула 3):
Пп (бит/с) = Vп · 8 · f (3)
где: Пп – полезная пропускная способность;
Vп – полезная информация (байты);
f – частота следования кадров (секунды)
Для кадра минимальной длины (46 байт) теоретическая полезная пропускная способность равна:
Ппт1 = 148 810 кадр/с = 54,76 Мбит/с,
что составляет лишь немногим больше половины от общей максимальной пропускной способности сети.
Для кадра максимального размера (1500 байт) полезная пропускная способность сети равна:
Ппт2 = 8127 кадр/с = 97,52 Мбит/с.
Таким образом, в сети Fast Ethernet полезная пропускная способность может меняться в зависимости от размера передаваемых кадров от 54,76 до 97,52 Мбит/с.
Это обычный вопрос, с которым пользователи обращаются в наш отдел технической поддержки. Если ваш Интернет-канал не обладает достаточной пропускной способностью, то ваши попытки показать зрителям свой контент или передать видео в прямом эфире вряд ли будут успешными.
Так какая же пропускная способность необходима, чтобы обеспечить бесперебойную прямую трансляцию? Ответом будет: это зависит от многих факторов! Только принимая во внимание такие параметры, как качество видеопотока, настройки кодирования, а также ряд других значимых условий, можно сделать действительно качественную онлайн трансляцию.
Полоса пропускания для потокового видео
Для загрузки потокового видео в интернет вам нужно учитывать пропускную способность сети. Примером таких исходящих загрузок может быть отправка файла по e-mail, сохранение данных в облачном хранилище или размещение прямой трансляции в эфире. Пропускная способность обычно имеет определенные параметры скорости (типа «5 Мбит/сек»), которые зависят от вашего Интернет провайдера. Входящая скорость доступа обычно выше, чем исходящая (например, 15 Мбит/сек – входящая и 5 Мбит/сек – исходящая). Важно знать именно исходящую скорость вашей сети, потому что именно она влияет на качество транслируемого аудио/видеосигнала.
Кодирование сигнала тоже играет роль
Потоковый контент требует кодирования (или сжатия). Видео-контент (а в меньшей мере, и аудио-контент), который не был подвергнут сжатию требует слишком большой пропускной способности для поддержания приемлемого качества потока. Кодирование вашего контента осуществляется небольшой программой, которая называется кодек, с использованием либо программных средств (как например, программы с открытым кодом, типа OBS Studio) или аппаратным способом (как в нашем устройстве для прямой трансляции Webcaster X2). Цель кодирования – это оцифровка и сжатие аудио/видео сигнала, что позволяет настроить параметры контента под пропускную способность сети практически без потери качества.
Поток аудио/видео данных, обрабатываемый за единицу времени, называется битрейтом. Чем выше битрейт, тем лучше качество аудио/видео сигнала. Но если ваш битрейт слишком высок по отношению к исходящей скорости доступа, то ваша трансляция не будет доступна для зрителей. Например, видеопоток с битрейтом 6 Mбит/сек не будет работать при исходящей скорости доступа 5 Mбит/сек. Также важно выбрать битрейт, который будет соответствовать разрешению (например, SD, HD, Full HD и т.п.) видео, планируемого для размещения в сети. Если программный битрейт не соответствует размеру кадра, качество видеосигнала уменьшается до тех пор, пока эти параметры не начнут совпадать, что обычно отражается на качестве трансляции и самого видео.
Если вы хотите сделать трансляцию с нестандартным разрешением, вам могут пригодиться рекомендации с популярного ресурса Netflix, которые мы приводим ниже:
Что нужно для успешной трансляции?
Это простая математика рассчитать, что при исходящей скорости доступа 5 Mбит/сек, битрейт тоже не должен превышать 5 Mбит/сек. Но всё-таки каким же точно он должен быть? Ограничения по пропускной способности – это только часть истории! Еще Вам нужно учитывать некоторые дополнительные факторы, чтобы обеспечить качество вашей трансляции.
1. Всегда нужен небольшой запас
Убедитесь, что у вас в запасе есть некоторый запас до установленных лимитов полосы пропускания сети. Этот запас будет выполнять роль буфера для вашей трансляции на случай возможных изменений параметров вашего соединения. При этом на скорость загрузки может влиять любая форма активности в сети, типа текущих загрузок, VOiP коммуникации или идущего игрового процесса.
Используйте простую формулу для расчета требуемой пропускной способности вашей сети:
То есть мы рекомендуем всегда иметь в запасе примерно в 1,5 раза большую скорость, чем ваш битрейт, чтобы избежать возможных колебаний соединения. Например, если битрейт вашей трансляции 5 Mбит/сек, убедитесь, что ваша полоса пропускания составляет не менее 7.5 Mбит/сек для поддержания устойчивого и качественного видеопотока.
Конечно, вы можете использовать нашу формулу и рассчитывать пропускную способность максимально точно, но, на самом деле, всегда лучше иметь в запасе немного больше!
Обратите внимание, что наша формула «минимум в 1,5 раза» применима к большинству вариантов трансляций – кроме трансляции видео в относительно низком качестве (меньше стандартного разрешения). Если общая исходящая скорость очень низкая, увеличение в 1,5 раза не сыграет значительной роли для улучшения прохождения видеосигнала. В этом случае мы рекомендуем заложить дополнительный запас, чтобы результат себя оправдал!
2. Учитывайте свой тип сети
Существует множество различных типов подключения к Интернет, как DSL, кабельное, спутниковое, через сотовых операторов и так далее. Каждый тип подключения имеет свои параметры входящей и исходящей скорости доступа и показатели надежности соединения. Эти данные необходимо учитывать при планировании прямой трансляции. Например, DSL, как правило, имеет более низкую скорость загрузки, что может ограничивать скорость исходящего видеопотока и качества трансляции, соответственно. А если вы живете в сельской местности и используете спутниковую связь? В таком случае вам следует обратить внимание на погодные условия – именно от них может зависеть, насколько успешной будет ваша трансляция.
3. Что действительно предлагает провайдер
Многие Интернет-провайдеры используют максимальные значения исходящей и входящей скорости, рекламируя пакеты предлагаемых услуг.
Например, реклама может звучать так «Исходящая скорость доступа – до 10 Mбит/сек, входящая – до 30 Мбит/сек!». Ключевым словом здесь является «до», потому что скорость Интернета может варьироваться. При использовании кабельного соединения, к примеру, вы «делите» Интернет с другими пользователями локальной сети и пропускная способность в сутки будет меняться в прямой зависимости от активности пользователей.
Также некоторые провайдеры могут взимать плату за максимальные показатели полосы пропускания, поэтому убедитесь, что размещение прямых трансляций не повлечет за собой дополнительных расходов за пользование Интернет.
Не знаете, как выяснить, какая именно скорость у вашего Интернет соединения? Сейчас есть множество специальных приложений, позволяющих в онлайн режиме протестировать фактическую скорость, как например Google Fiber speed test.
4. Обеспечение достаточной скорости для мульти-стриминга
Мульти-стриминг, представляющий из себя трансляцию на несколько платформ одновременно, набирает популярность среди Интернет пользователей. Мульти-кодирование, с другой стороны – это аналогичная технология, позволяющая делать одновременные трансляции с разными битрейтами. Мульти-стриминг позволяет охватить большее количество зрителей, а мульти-кодирование позволяет сделать вашу трансляцию доступной для пользователей с разными лимитами полосы пропускания. Но при использовании данных технологий, важно учитывать, что любая работающая дополнительная программа будет влиять на исходящий битрейт и потребует большей пропускной способности сети.
Подводя итоги
Как вы видите, скорость, необходимая для загрузки видеотрансляции в Интернет, зависит от разных факторов. Нет таких общих параметров полосы пропускания, которые бы учитывали все требования и условия для всех онлайн трансляций вне зависимости от типа соединения.
Просто помните про полезную формулу «минимум в 1,5 раза» и учитывайте битрейт всех работающих в данный момент программ, и это должно помочь вам в организации качественной бесперебойной трансляции в сети Интернет.