Войти
В общих чертах, пропускная способность - это скорость производства или скорость, с которой что-то обрабатывается.
При использовании в контексте сетей связи, таких как Ethernet или пакетное радио, пропускная способность или пропускная способность сети - это скорость успешной доставки сообщений по каналу связи. Данные, к которым принадлежат эти сообщения, могут быть доставлены по физическому или логическому каналу, или они могут пройти через определенный сетевой узел. Пропускная способность обычно измеряется в битах в секунду (бит / с или бит / с), а иногда в пакетах данных в секунду (p / s или pps) или пакетах данных за время. слот.
пропускная способность системы или совокупная пропускная способность - это сумма скоростей передачи данных, которые доставляются на все терминалы в сети. Пропускная способность по существу является синонимом потребления цифровой полосы пропускания ; ее можно проанализировать математически, применив теорию организации очередей , где нагрузка в пакетах в единицу времени обозначается как скорость поступления (λ), а пропускная способность, где падение количества пакетов за единицу времени обозначается как скорость вылета (μ).
На пропускную способность системы связи могут влиять различные факторы, включая ограничения базовой аналоговой физической среды, доступную вычислительную мощность компонентов системы и поведение конечного пользователя. Когда учитываются различные издержки протокола, полезная скорость передаваемых данных может быть значительно ниже максимально достижимой пропускной способности; полезная часть обычно обозначается как хорошая производительность.
Пользователи телекоммуникационных устройств, разработчики систем и исследователи теории связи часто интересуются ожидаемыми характеристиками системы. С точки зрения пользователя, это часто выражается как «какое устройство будет получать мои данные наиболее эффективно для моих нужд?» Или «какое устройство будет предоставлять больше данных на единицу стоимости?». Разработчики систем часто заинтересованы в выборе наиболее эффективной архитектуры или конструктивных ограничений для системы, которые определяют ее конечную производительность. В большинстве случаев эталонный показатель того, на что способна система, или ее "максимальная производительность" - это то, что интересует пользователя или разработчика. При изучении пропускной способности часто используется термин максимальная пропускная способность, когда обсуждаются тесты максимальной пропускной способности конечного пользователя. в деталях.
Максимальная пропускная способность по существу является синонимом пропускной способности цифровой полосы.
Четыре разных значения имеют значение в контексте «максимальной пропускной способности», используемой при сравнении концептуальной производительности «верхнего предела» нескольких систем. Это «максимальная теоретическая пропускная способность», «максимально достижимая пропускная способность», «пиковая измеренная пропускная способность» и «максимальная устойчивая пропускная способность». Они представляют разные количества, и необходимо следить за тем, чтобы использовались одни и те же определения при сравнении различных значений «максимальной пропускной способности». Сравнение значений пропускной способности также зависит от каждого бита, несущего одинаковый объем информации. Сжатие данных может значительно исказить расчеты пропускной способности, включая создание значений более 100%. Если связь осуществляется через несколько последовательно соединенных каналов с разными скоростями передачи данных, максимальная пропускная способность всего канала ниже или равна самой низкой скорости передачи данных. Ссылка с наименьшим значением в серии называется узким местом.
Это число тесно связано с пропускной способностью канала системы и является максимально возможное количество данных, которое может быть передано в идеальных условиях. В некоторых случаях сообщается, что это число равно пропускной способности канала, хотя это может быть обманчивым, поскольку только непакетизированные системы (асинхронные) технологии могут достичь этого без сжатия данных. Максимальная теоретическая пропускная способность сообщается более точно, чтобы учесть формат и спецификацию служебных данных с предположениями наилучшего случая. Это число, как и близкий к нему термин «максимально достижимая пропускная способность» ниже, в основном используется в качестве приблизительного расчетного значения, например, для определения границ возможной производительности на ранней стадии проектирования системы
асимптотическая пропускная способность (менее формальная асимптотическая пропускная способность) для сети связи пакетного режима - это значение функции максимальной пропускной способности, когда входящая сетевая нагрузка приближается к бесконечности либо из-за размера сообщения, так как он приближается к бесконечности, либо из-за очень большого количества источников данных. Как и другие скорости передачи данных и полосы пропускания данных, асимптотическая пропускная способность измеряется в битах в секунду (бит / с), очень редко байтах в секунду (Б / с), где 1 Б / с - 8 бит / с. Используются десятичные префиксы, означающие, что 1 Мбит / с составляет 1000000 бит / с.
Асимптотическая пропускная способность обычно оценивается путем отправки или моделирования очень большого сообщения (последовательности пакетов данных) по сети с использованием жадного источника и не механизм управления потоком (т.е. UDP, а не TCP ) и измерение пропускной способности сетевого пути в узле назначения. Нагрузка трафика между другими источниками может снизить эту максимальную пропускную способность сетевого пути. В качестве альтернативы можно смоделировать большое количество источников и приемников, с управлением потоком или без него, и измерить совокупную максимальную пропускную способность сети (сумма трафика, достигающего пунктов назначения). В имитационной модели сети с бесконечными очередями пакетов асимптотическая пропускная способность возникает, когда задержка (время очереди пакетов) стремится к бесконечности, а если очереди пакетов ограничены или сеть является многоточечной. со многими источниками и возможными конфликтами скорость отбрасывания пакетов приближается к 100%.
Широко известное применение асимптотической пропускной способности - моделирование двухточечной связи, где (следуя Хокни) задержка сообщения T (N) моделируется как функция длины сообщения N в виде T (N) = (M + N) / A, где A - асимптотическая полоса пропускания, а M - длина половины пика.
Помимо использования в общем моделировании сети, асимптотическая пропускная способность используется при моделировании производительности в массивно-параллельных компьютерных системах, где работа системы сильно зависит от служебных данных связи, а также производительности процессора. В этих приложениях асимптотическая пропускная способность используется в модели Xu и Hwang (более общей, чем подход Хокни), которая включает количество процессоров, так что как задержка, так и асимптотическая пропускная способность зависят от количества процессоров.
Приведенные выше значения являются теоретическими или расчетными. Пиковая измеренная пропускная способность - это пропускная способность, измеренная реальной, реализованной или смоделированной системой. Значение - это пропускная способность, измеренная за короткий период времени; математически это предел пропускной способности, когда время приближается к нулю. Этот термин является синонимом мгновенной пропускной способности. Этот номер полезен для систем, которые полагаются на пакетную передачу данных; однако для систем с высоким рабочим циклом это вряд ли будет полезным показателем производительности системы.
Это значение представляет собой усредненную или интегрированную пропускную способность за долгое время (иногда считающуюся бесконечностью). Для сетей с высоким рабочим циклом это, вероятно, будет наиболее точным индикатором производительности системы. Максимальная пропускная способность определяется как асимптотическая пропускная способность, когда нагрузка (объем входящих данных) очень велика. В системах с коммутацией пакетов, где нагрузка и пропускная способность всегда равны (где потеря пакетов не происходит), максимальная пропускная способность может быть определена как минимальная нагрузка в бит / с, которая вызывает время доставки (задержка ) становится нестабильным и увеличивается до бесконечности. Это значение также может использоваться обманчиво по отношению к измеренной пиковой пропускной способности, чтобы скрыть формирование пакета.
Пропускная способность иногда нормализуется и измеряется в процентах, но нормализация может вызвать путаницу относительно того, что процент связан с. Использование канала, эффективность канала и процент отбрасывания пакетов - менее неоднозначные термины.
Эффективность канала, также известная как эффективность использования полосы пропускания, представляет собой процент чистой скорости передачи (в бит / с) цифрового канала связи, который идет на фактически достигнутая пропускная способность. Например, если пропускная способность составляет 70 Мбит / с в соединении Ethernet 100 Мбит / с, эффективность канала составляет 70%. В этом примере каждую секунду передаются эффективные 70 Мбит данных.
Использование канала - это термин, связанный с использованием канала без учета пропускной способности. Он учитывает не только биты данных, но и служебные данные, которые используют канал. Служебные данные передачи состоят из последовательностей преамбулы, заголовков кадров и пакетов подтверждения. Определения предполагают бесшумный канал. В противном случае пропускная способность будет связана не только с характером (эффективностью) протокола, но и с повторными передачами, обусловленными качеством канала. В упрощенном подходе эффективность канала может быть равна его использованию при условии, что пакеты подтверждения имеют нулевую длину и что поставщик услуг связи не увидит никакой полосы пропускания, связанной с повторными передачами или заголовками. Поэтому в некоторых текстах отмечается разница между использованием канала и эффективностью протокола.
В канале связи точка-точка или точка-многоточка, где передает только один терминал, максимальная пропускная способность часто эквивалентна или очень близка к физической скорости передачи данных ( пропускная способность канала ), поскольку использование канала может быть почти 100% в такой сети, за исключением небольшого межкадрового промежутка.
Например, максимальный размер кадра в Ethernet составляет 1526 байтов: до 1500 байтов для полезной нагрузки, восьми байтов для преамбулы, 14 байтов для заголовка и 4 байта для завершающей части. Дополнительный минимальный межкадровый интервал, соответствующий 12 байтам, вставляется после каждого кадра. Это соответствует максимальному использованию канала 1526 / (1526 + 12) × 100% = 99,22% или максимальному использованию канала 99,22 Мбит / с, включая служебные данные протокола уровня канала передачи данных Ethernet в соединении Ethernet 100 Мбит / с. Тогда максимальная пропускная способность или эффективность канала составляет 1500 / (1526 + 12) = 97,5%, без учета служебных данных протокола Ethernet.
Пропускная способность системы связи будет ограничена огромным количеством факторов. Некоторые из них описаны ниже:
На максимально достижимую пропускную способность (емкость канала) влияют ширина полосы в герцах и отношение сигнал / шум аналоговой физической среды.
Несмотря на концептуальную простоту цифровой информации, все электрические сигналы, передаваемые по проводам, являются аналоговыми. Аналоговые ограничения проводов или беспроводных систем неизбежно определяют верхнюю границу объема передаваемой информации. Доминирующим уравнением здесь является теорема Шеннона-Хартли, и аналоговые ограничения этого типа можно понимать как факторы, влияющие либо на аналоговую полосу пропускания сигнала, либо как факторы, влияющие на отношение сигнал / шум. Пропускная способность проводных систем может быть на самом деле удивительно узкой, при этом пропускная способность провода Ethernet ограничена приблизительно 1 ГГц, а дорожки печатных плат ограничены аналогичной величиной.
Цифровые системы относятся к «частоте излома», времени, в течение которого цифровое напряжение повышается с 10% номинального цифрового «0» до номинального цифрового «1» или наоборот. Частота излома связана с требуемой шириной полосы канала и может быть связана с системой с помощью уравнения: 
Вычислительные системы имеют конечную вычислительную мощность и могут управлять конечным током. Ограниченная пропускная способность по току может ограничить эффективное отношение сигнал / шум для линий с высокой емкостью .
Большие объемы данных, требующие обработки, предъявляют требования к обработке данных для оборудования (например, маршрутизаторов). Например, маршрутизатор шлюза, поддерживающий заполненные каналы Ethernet 10 x 100 Мбит / с, должен проверить 16 бит адреса, чтобы определить порт назначения для каждого пакета. Это преобразуется в 81913 пакетов в секунду (при условии максимальной полезной нагрузки данных на пакет) с таблицей из 2 ^ 16 адресов, для чего требуется, чтобы маршрутизатор мог выполнять 5,368 миллиарда операций поиска в секунду. В худшем случае, когда полезная нагрузка каждого пакета Ethernet уменьшается до 100 байтов, это количество операций в секунду возрастает до 520 миллиардов. Этому маршрутизатору потребуется процессорное ядро с несколькими терафлопами, чтобы справиться с такой нагрузкой.
Обеспечение возможности для нескольких пользователей Для гармоничного совместного использования единого канала связи требуется какое-то равноправное совместное использование ссылки. Если узкий канал связи, предлагающий скорость передачи данных R, используется «N» активными пользователями (по крайней мере, с одним пакетом данных в очереди), каждый пользователь обычно достигает пропускной способности приблизительно R / N, если справедливая организация очереди оптимальная связь предполагается.
Максимальная пропускная способность часто является ненадежным измерением воспринимаемой полосы пропускания, например, передачи файлов скорость передачи данных в битах в секунду. Как указывалось выше, достигнутая пропускная способность часто ниже максимальной пропускной способности. Кроме того, служебные данные протокола влияют на воспринимаемую пропускную способность. Пропускная способность не является четко определенной метрикой, когда речь идет о том, как бороться с накладными расходами протокола. Обычно он измеряется в контрольной точке ниже сетевого уровня и выше физического уровня. Самое простое определение - это количество физически доставляемых битов в секунду. Типичным примером применения этого определения является сеть Ethernet. В этом случае максимальная пропускная способность - это общий битрейт или необработанный битрейт.
. Однако в схемах, которые включают коды прямого исправления ошибок (канальное кодирование), избыточный код ошибки обычно исключается из пропускной способности. Пример в модемной связи, где пропускная способность обычно измеряется в интерфейсе между протоколом точка-точка (PPP) и модемным соединением с коммутацией каналов. В этом случае максимальная пропускная способность часто называется чистый битрейт или полезный битрейт.
. Чтобы определить фактическую скорость передачи данных в сети или соединении, определение измерения «полезная пропускная способность » может быть использовано. Например, при передаче файла «полезная производительность» соответствует размеру файла (в битах), деленному на время передачи файла. «Goodput » - это количество полезной информации, которое доставляется в секунду в протокол прикладного уровня. Отброшенные пакеты или повторные передачи пакетов, а также служебные данные протокола исключаются. Из-за этого «полезная производительность» ниже, чем пропускная способность. Технические факторы, влияющие на разницу, представлены в статье «goodput ».
Часто блок на диаграмме потока данных имеет один вход и один выход, и работать с дискретными пакетами информации. Примерами таких блоков являются модули быстрого преобразования Фурье или двоичные умножители. Поскольку единицы пропускной способности являются обратной величиной единицы для задержки распространения, которая представляет собой «секунды на сообщение» или «секунды на вывод», пропускная способность может использоваться для соотнесения вычислительного устройства, выполняющего специализированную функцию, например ASIC или встроенный процессор к каналу связи, что упрощает анализ системы.
В беспроводных сетях или сотовых системах, спектральная эффективность системы в бит / с / Гц / единица площади, бит / с / Гц / сайт или бит / с / Гц / ячейка - это максимальная пропускная способность системы (совокупная пропускная способность), деленная на аналоговую полосу пропускания и некоторую меру зоны покрытия системы.
Пропускная способность по аналоговым каналам полностью определяется схемой модуляции, соотношением сигнал / шум и доступной полосой пропускания. Поскольку пропускная способность обычно определяется в терминах количественно определенных цифровых данных, термин «пропускная способность» обычно не используется; Вместо этого чаще используется термин «пропускная способность».
 | Найдите пропускная способность в Wiktionary, бесплатном словаре. |
