Bandbreite (Computer)

In diesem Artikel geht es um die Verwendung in Computer und Netzwerken, die in Bit pro Sekunde ausgedrückt werden. Für das Konzept in der Signaltheorie und -verarbeitung, gemessen in Hertz, siehe Bandbreite (Signalverarbeitung). Für andere Verwendungen siehe Bandbreite (Disambiguation).

Im Computer, Bandbreite ist die maximale Datenübertragungsrate über einen bestimmten Pfad. Bandbreite kann als charakterisiert werden Netzwerk Bandbreite,[1] Datenbandbreite,[2] oder Digitale Bandbreite.[3][4]

Diese Definition von Bandbreite ist im Gegensatz zum Feld der Signalverarbeitung, der drahtlosen Kommunikation, der Modemdatenübertragung, Digitale Kommunikation, und Elektronik, in welchem Bandbreite wird verwendet, um sich auf Analog zu beziehen Signalbandbreite gemessen in Hertz, was bedeutet, dass der Frequenzbereich zwischen der niedrigsten und der höchsten erreichbaren Frequenz gleichzeitig ein genau definierter Wertminderungsniveau der Signalleistung erfüllt. Die tatsächliche Bitrate, die erreicht werden kann, hängt nicht nur von der Signalbandbreite, sondern auch vom Rauschen auf dem Kanal ab.

Netzwerkkapazität

Der Begriff Bandbreite definiert manchmal die Nettobitrate "Spitzenbitrate", "Informationsrate" oder die physische Schicht "nützliche Bitrate", Kanalkapazität, oder der Maximaler Durchsatz eines logischen oder physischen Kommunikationspfades in einem digitalen Kommunikationssystem. Zum Beispiel, Bandbreitentests Messen Sie den maximalen Durchsatz eines Computernetzwerks. Die maximale Rate, die auf einer Verbindung aufrechterhalten werden kann, wird durch die begrenzt Shannon -Hartley Kanalkapazität Für diese Kommunikationssysteme, die von der abhängig sind Bandbreite in Hertz und das Geräusch auf dem Kanal.

Netzwerkverbrauch

Das verbrauchte Bandbreite in Bit/s entspricht erreicht Durchsatz oder Goodput, d.h. die durchschnittliche Rate der erfolgreichen Datenübertragung über einen Kommunikationspfad. Die konsumierte Bandbreite kann durch Technologien wie z. Bandbreitenformung, Bandbreitenmanagement, Bandbreite Drosselung, Bandbreitenkappe, Bandbreitenzuweisung (zum Beispiel Bandbreitenallokationsprotokoll und Dynamische Bandbreitenzuweisung) usw. Die Bandbreite eines Bitstroms ist proportional zur durchschnittlichen konsumierten Signalbandbreite in Hertz (die durchschnittliche spektrale Bandbreite des analogen Signals, das den Bitstrom darstellt) während eines untersuchten Zeitintervalls.

Kanalbandbreite kann mit nützlichem Datendurchsatz verwechselt werden (oder Goodput). Zum Beispiel ein Kanal mit x BPS kann nicht unbedingt Daten unter übertragen x Rate, da Protokolle, Verschlüsselung und andere Faktoren einen nennenswerten Gemeinkosten hinzufügen können. Zum Beispiel nutzt viel Internetverkehr die Transmissionskontrollprotokoll (TCP), das für jede Transaktion einen Drei-Wege-Handschlag benötigt. Obwohl in vielen modernen Implementierungen das Protokoll effizient ist, fügt es im Vergleich zu einfacheren Protokollen einen signifikanten Overhead hinzu. Außerdem können Datenpakete verloren gehen, was den nützlichen Datendurchsatz weiter verringert. Im Allgemeinen ist für jede effektive digitale Kommunikation ein Rahmenprotokoll erforderlich. Overhead und effektiver Durchsatz hängen von der Implementierung ab. Der nützliche Durchsatz ist weniger oder gleich der tatsächlichen Kanalkapazität abzüglich Implementierungsaufwand.

Maximaler Durchsatz

Das Asymptotische Bandbreite (formal Asymptotischer Durchsatz) für ein Netzwerk ist das Maß für maximal Durchsatz Für ein gierige QuelleZum Beispiel nähert sich die Nachrichtengröße (die Anzahl der Pakete pro Sekunde aus einer Quelle) nahe der maximalen Menge.[5]

Asymptotische Bandbreiten werden normalerweise geschätzt, indem eine Reihe sehr großer Nachrichten über das Netzwerk gesendet werden und den End-to-End-Durchsatz gemessen werden. Wie bei anderen Bandbreiten wird die asymptotische Bandbreite in mehreren Bits pro Sekunden gemessen. Da Bandbreitenspitzen die Messung verzerren können, verwenden die Fluggesellschaften häufig den 95. Perzentil Methode. Diese Methode misst die Bandbreitenverbrauch kontinuierlich und entfernt dann die Top 5 Prozent.[6]

Multimedia

Die digitale Bandbreite kann sich auch beziehen: Multimedia -Bitrate oder durchschnittliche Bitrate Nach Multimedia Datenkompression (Quellcodierung), definiert als die Gesamtmenge der Daten geteilt durch die Wiedergabezeit.

Aufgrund der unpraktisch hohen Bandbreitenanforderungen der unkomprimierten Anforderungen digitale MedienDie erforderliche Multimedia -Bandbreite kann mit der Datenkomprimierung erheblich reduziert werden.[7] Die am weitesten verbreitete Datenkomprimierungstechnik für die Reduzierung der Medienbandbreite ist die Diskrete Cosinus -Transformation (DCT), das erstmals von vorgeschlagen wurde von Nasir Ahmed In den frühen 1970er Jahren.[8] Die DCT -Komprimierung reduziert die für digitalen Signale erforderliche Menge an Speicher und Bandbreite erheblich, was in der Lage ist, a zu erreichen Datenkomprimierungsverhältnis von bis zu 100: 1 im Vergleich zu unkomprimierten Medien.[9]

Web-Hosting

Im Webhosting -Dienst, der Begriff Bandbreite wird oft fälschlicherweise verwendet, um die Menge der Daten zu beschreiben, die beispielsweise innerhalb eines vorgeschriebenen Zeitraums an oder von der Website oder dem Server übertragen werden, beispielsweise innerhalb eines vorgeschriebenen Zeitraums Der Bandbreitenverbrauch hat sich über einen Monat angesammelt gemessen in Gigabyte pro Monat.[10] Der genauere Ausdruck für diese Bedeutung einer maximalen Datenübertragungsmenge jeden Monat oder gegebenen Zeitraum ist monatliche Datenübertragung.

Eine ähnliche Situation kann auch bei ISPs der Endbenutzer auftreten, insbesondere wenn die Netzwerkkapazität begrenzt ist (z. B. in Bereichen mit unterentwickelter Internetverbindung und drahtlosen Netzwerken).

Internetverbindungen

Diese Tabelle zeigt die maximale Bandbreite (die physische Schicht Nettobitrate) von gemeinsamen Internetzugangstechnologien. Weitere detailliertere Listen finden Sie unter

56 kbit/s Modem / Dialup
1,5 mbit/s ADSL Lite
1,544 mbit/s T1/DS1
2.048 mbit/s E1 / E-Carrier
4 mbit/s ADSL1
10 mbit/s Ethernet
11 mbit/s Kabellos 802.11b
24 mbit/s ADSL2+
44,736 mbit/s T3/DS3
54 mbit/s Kabellos 802.11g
100 mbit/s Schnelles Ethernet
155 mbit/s OC3
600 mbit/s Kabellos 802.11n
622 mbit/s OC12
1 gbit/s Gigabit Ethernet
1,3 gbit/s Kabellos 802.11ac
2,5 gbit/s OC48
5 gbit/s SUPERSPEED USB
7 gbit/s Kabellos 802.11ad
9.6 Gbit/s OC192
10 gbit/s 10 Gigabit Ethernet, Superspeed USB 10 gbit/s
20 gbit/s Superspeed USB 20 gbit/s
40 gbit/s Thunderbolt 3
100 gbit/s 100 Gigabit -Ethernet

Edholms Gesetz

Hauptartikel: Edholms Gesetz

Edholms Gesetz, vorgeschlagen von und benannt nach Phil Edholm im Jahr 2004,[11] gilt, dass die Bandbreite von Telekommunikationsnetzwerke Doppelte 18 Monate, was sich seit den 1970er Jahren als wahr erwiesen hat.[11][12] Der Trend zeigt sich in den Fällen von Internet,[11] zellulär (Handy, Mobiltelefon), kabellos Lan und drahtlose persönliche Gebietsnetzwerke.[12]

Das Mosfet (Metal-Oxid-Sämiener-Feld-Effekt-Transistor) ist der wichtigste Faktor, der den raschen Anstieg der Bandbreite ermöglicht.[13] Der MOSFET (MOS -Transistor) wurde von erfunden von Mohamed M. Atalla und Dawon Kahng bei Bell Labs im Jahr 1959,[14][15][16] und wurde weiter der grundlegende Baustein von Modern Telekommunikation Technologie.[17][18] Kontinuierlich MOSFET -Skalierungzusammen mit verschiedenen Fortschritten in der MOS -Technologie hat beide ermöglicht Moores Gesetz (Transistor zählt in Integrierter Schaltkreis Chips, die sich alle zwei Jahre verdoppeln) und Edholms Gesetz (Kommunikationsbandbreite, die sich alle 18 Monate verdoppelt).[13]

Verweise

  1. ^ Douglas Comer,Computernetzwerke und Internet, Seite 99 FF, Prentice Hall 2008.
  2. ^ Fred Halsall, zu Daten+Kommunikation und Computernetzwerken, Seite 108, Addison-Wesley, 1985.
  3. ^ Programm der Cisco Networking Academy: CCNA 1 und 2 Begleithandbuch, Volym 1–2, Cisco Academy 2003
  4. ^ Behrouz A. Forouzan, Datenkommunikation und Vernetzung, McGraw-Hill, 2007
  5. ^ Chou, C. Y.; et al. (2006). "Modellierung von Meldungen, die über uns gehen". In Chung, yeh-Ching; Moreira, José E. (Hrsg.). Fortschritte in Grid and Pervasive Computing: Erste Internationale Konferenz, GPC 2006. S. 299–307. ISBN 3540338098.
  6. ^ "Was ist Bandbreite? - Definition und Details". www.paessler.com. Abgerufen 2019-04-18.
  7. ^ Lee, Jack (2005). Skalierbare kontinuierliche Medien -Streaming -Systeme: Architektur, Design, Analyse und Implementierung. John Wiley & Sons. p. 25. ISBN 9780470857649.
  8. ^ Stanković, Radomir S.; Astola, Jaakko T. (2012). "Erinnerungen an die frühen Arbeiten in DCT: Interview mit K. R. Rao" (PDF). Nachdrucke aus den frühen Tagen der Informationswissenschaften. 60. Abgerufen 13. Oktober 2019.
  9. ^ Lea, William (1994). Video on Demand: Forschungspapier 94/68. House of Commons Library. Archiviert von das Original am 20. September 2019. Abgerufen 20. September 2019.
  10. ^ Niedrig, Jerry. "Wie viel Hosting -Bandbreite brauche ich für meine Website?". WHSR.{{}}: CS1 Wartung: URL-Status (Link)
  11. ^ a b c Cherry, Steven (2004). "Edholms Gesetz der Bandbreite". IEEE -Spektrum. 41 (7): 58–60. doi:10.1109/mspec.2004.1309810. S2CID 27580722.
  12. ^ a b Deng, Wei; Mahmoudi, Reza; Van Roermund, Arthur (2012). Zeitmultiplexed Strahlformung mit Raumfrequenztransformation. New York: Springer. p. 1. ISBN 9781461450450.
  13. ^ a b Jindal, Renuka P. (2009). "Von Millibits bis zu Terabit pro Sekunde und darüber hinaus - über 60 Jahre Innovation". 2009 2. Internationaler Workshop über Elektronengeräte und Halbleitertechnologie: 1–6. doi:10.1109/edst.2009.5166093. ISBN 978-1-4244-3831-0. S2CID 25112828.
  14. ^ "1960 - Transistor des Metalloxid -Halbleiters (MOS) demonstriert". Der Siliziummotor. Computergeschichte Museum.
  15. ^ Lojek, Bo (2007). Geschichte der Halbleitertechnik. Springer Science & Business Media. S. 321–3. ISBN 9783540342588.
  16. ^ "Wer hat den Transistor erfunden?". Computergeschichte Museum. 4. Dezember 2013. Abgerufen 20. Juli 2019.
  17. ^ "Triumph des MOS -Transistors". Youtube. Computergeschichte Museum. 6. August 2010. Archiviert vom Original am 2021-11-07. Abgerufen 21. Juli 2019.
  18. ^ Raymer, Michael G. (2009). Das Siliziumnetz: Physik für das Internet -Alter. CRC Press. p. 365. ISBN 9781439803127.