通信原理(005)——带宽、宽带、传输速率、流量
目录
- 1、前言
- 2、带宽
- 3、窄带和宽带
- 4、传输速率
- 5、流量
- 6、总结
1、前言
在网络技术领域，带宽、宽带、窄带、传输速率和流量是基础且重要的概念，正确理解对后续的工作开展至关重要。
2、带宽
“带宽”是一个比喻性的术语，它最初来源于信号处理领域，字面意思是“频带宽度”。但现在，它最常被用于描述一个系统在特定时间内能够处理或传输数据的能力。简单来说，带宽越大，数据传输的能力就越强，速度就越快。
这个概念主要应用于两个密切相关但略有不同的领域：
- 频率带宽：电子工程和无线电领域。
- 网络带宽：计算机网络和互联网领域。
2.1频率带宽
带宽最原始的含义，存在于物理世界中。
（1）定义：指一个信号或一个通信信道所占据的频率范围。其单位是赫兹。
（2）关键比喻：想象一条高速公路。
- 频率就像是汽车行驶的车道。
- 带宽就是这条高速公路的总宽度（即车道的总数）。
- 带宽越宽（车道越多），同时能容纳的汽车（数据）就越多，交通流量（数据传输率）就越大。
（3）实际例子：
FM广播电台：每个电台都被分配了一个中心频率和一个特定的带宽。例如，一个电台在 100.0 MHz，它的带宽可能是 200 kHz（0.2 MHz）。这意味着它使用从 99.9 MHz 到 100.1 MHz 之间的频率来广播信号，而旁边的电台必须使用这个范围之外的频率，以避免干扰。
Wi-Fi信道：你的无线路由器工作在2.4GHz或5GHz频段。每个Wi-Fi信道都有一定的带宽（如20MHz, 40MHz, 80MHz）。选择更宽的频道带宽可以提供更高的速度，但可用的不重叠信道会变少，更容易受到干扰。
（4）重要性：
频率带宽直接决定了该信道所能承载的最大信息量。这由香农-哈特利定理描述：信道容量（最大数据速率）与信道带宽成正比。带宽翻倍，潜在的数据速率也大致翻倍。
2.2 网络带宽
这是当今大多数人日常生活中接触到的“带宽”含义，它是从频率带宽的概念衍生而来的。
（1）定义：指在单位时间内（通常为1秒），网络连接所能传输的最大数据量。其单位是比特每秒。
（2）关键比喻：继续使用高速公路的比喻。
- 网络带宽就是这条高速公路的最大车流量（例如，每小时能通过1000辆车）。
- 数据就像是公路上行驶的汽车。
- 高带宽就像一条宽阔的多车道高速公路，允许大量汽车同时高速行驶（快速下载、高清视频流）。
- 低带宽就像一条狭窄的单车道小路，汽车只能缓慢通过，容易造成拥堵（视频卡顿、下载慢）。
（3）常用单位：
- bps : 比特每秒
- Kbps: 千比特每秒 (1,000 bps)
- Mbps: 兆比特每秒 (1,000,000 bps) - 这是目前最常见的家庭宽带单位。
- Gbps: 吉比特每秒 (1,000,000,000 bps)
（4）重要区别：
- 带宽 vs. 速度：虽然人们常把带宽称为“网速”，但严格来说，它们有关联但不完全相同。
带宽是容量（水管有多粗）。速度（延迟/Ping）是数据从A点传到B点所需的时间（水从水管一头流到另一头要多快）。
（5）比特 vs. 字节：
- 网络带宽通常用比特表示（小写 b，如 Mbps）。
- 电脑上的文件大小通常用字节表示（大写 B，如 MB, GB）。
- 1 字节 = 8 比特。
因此，如果你的宽带带宽是 100 Mbps（100兆比特每秒），理论上的最大下载速度大约是 100 / 8 = 12.5 MB/s（12.5兆字节每秒）。这就是为什么你下载一个100MB的文件，不会在1秒内完成的原因。
根据带宽计算下载的速度：
| 带宽 | 下载速度 | 公式 |
|---|---|---|
| 带宽为2Mb | 下载速度为256KB/s | 2 / 8 = 0.25 |
| 带宽为4Mb | 下载速度为512KB/s | 4 / 8 = 0.5 |
| 带宽为8Mb | 下载速度为1.00MB/s | 8 / 8= 1.0 |
| 带宽为10Mb | 下载速度为1.25MB/s | 10 / 8 = 1.25 |
| 带宽为20Mb | 下载速度为2.50MB/s | 20 / 8 = 2.50 |
| 带宽为100Mb | 下载速度为12.5MB/s | 100 / 8 = 12.50 |
由于外界各种因素的影响，我们真实上网的速度会低于理论值。
3、窄带和宽带
3.1 窄带
窄带，泛指那些数据传输速率较低的互联网接入技术，其标志性技术是拨号上网。
（1）极低的带宽：最快速度仅为 56 Kbps（V.92标准）。请注意单位是 Kbps。
（2）独占式连接：使用电话线上网时，电话线路处于占线状态，无法接听或拨打电话。
（3）非永久连接：每次上网都需要进行手动拨号，伴随着一阵“嘟嘟嘟……吱吱喳喳”的经典握手音（Handshake Tone），连接成功后才能访问网络。
典型的用户体验：
（1）打开一个带有图片的网页需要漫长的等待，图片逐行加载是常态。
（2）下载一首5MB的MP3歌曲需要近15分钟。
（3）观看在线视频？在当时几乎是天方夜谭。
3.2 宽带
宽带是一个相对的概念，通常指高速、始终在线的互联网接入技术，它是一个技术家族的统称，而非单一技术。
- xDSL（数字用户线路）：尤其是ADSL（非对称数字用户线路）。它利用电话线中高于语音频段的高频部分传输数据，通过频分复用技术实现上网与通话并行不悖。
- 光纤接入（FTTx）：目前的主流技术。将电信号转换为光信号，在玻璃纤维中传输。根据光纤终端位置分为FTTH（光纤到户）、FTTB（光纤到楼）等。带宽高、延迟低、抗干扰能力强。
- 同轴电缆（Cable Internet）：利用有线电视（CATV）网络进行数据传输。
- 无线宽带：如4G/5G移动网络和卫星互联网。
- 高带宽：起步速度通常在几十Mbps，普遍为100Mbps至1000Mbps（1Gbps）甚至更高。单位是 Mbps 或 Gbps。
- 始终在线：一旦接通，7x24小时在线，无需拨号，实现“永远在线”（Always On）。
- 不占用语音通道：通过频分复用或独立线路，彻底解决了上网与打电话的矛盾。
典型的用户体验：
（1）流媒体革命：无缝播放1080p、4K超高清视频（Netflix、YouTube、Bilibili）。
（2）极速下载：下载数GB的大型游戏或软件更新仅需几分钟。
（3）实时交互：高质量视频会议（Zoom、Teams）、低延迟在线游戏（《英雄联盟》、《绝地求生》）、智能家居控制成为可能。
补充
宽带的标准各不相同，最初认为128kbps以上带宽的就是宽带，而以下的就是窄带。
- 宽带：在数字通信中通常指64kbit/s以上信号的带宽。
- 窄带：在数字通信中通常指64kbit/s以下信号的带宽。
4、传输速率
传输速率，也称为数据率或比特率（Bit Rate），定义为在单位时间内通过某个网络信道或接口传输的数据量。
核心公式：
传输速率 = 传输的数据量 / 耗时
它的本质是描述数据流动的“速度”，就像水流速度（立方米/秒）一样。只不过我们测量的不是水，而是比特（bit） 流。
那么带宽和传输速率的关系如下：
| 特性 | 带宽 | 传输速率 |
|---|---|---|
| 本质 | 理论上的最大容量上限 | 实际达到的数据流动速度 |
| 比喻 | 公路的车道总数 | 公路上实际的车辆通行量 |
| 决定因素 | 网络介质（光纤、网线）、技术标准（Wi-Fi 6）、服务商套餐 | 带宽、网络拥堵、延迟、信号强度、设备性能、服务器能力 |
| 稳定性 | 固定不变的 | 动态变化的，时刻波动 |
| 关系 | 是传输速率的理论极限和天花板 | 是带宽在现实环境中的具体表现 |
| 比喻 | 水管的直径 | 单位时间内流出的水量 |
- 带宽是“可能性”：它是由硬件和服务套餐决定的静态容量上限，是传输速率的理论极限。
- 传输速率是“现实性”：它是在真实网络环境中动态变化的实际性能，是带宽扣除各种损耗后的实际表现。
- 核心关系：传输速率 ≤ 带宽。我们的网络优化工作，就是尽可能地让传输速率无限接近带宽这个天花板。
5、流量
在网络技术领域，流量指的是在计算机网络中传输的数据包的总量。在单位时间内通过网络（如互联网、移动网络）传输的数据包的总量。其本质是数字信息的流动。
衡量单位:
（1）比特： 最小的单位。
（2）千字节, 兆字节, 千兆字节, 太字节。
主要分类：
（1）上行流量： 从你的设备（手机、电脑）发送到网络上的数据量。例如：发送邮件、上传照片/视频、开视频会议（你的画面传给别人）。
（2）下行流量： 从网络下载到你的设备的数据量。例如：浏览网页、看视频、听音乐、下载文件。
为什么它重要：
（1）对用户而言： 移动数据套餐通常有月度流量上限，超出后可能降速或额外收费。宽带套餐则通常不限量或有很高的上限。
（2）对网站/应用运营商而言： 流量（通常指访问量）是衡量其受欢迎程度和商业价值的关键指标。高流量意味着更多的用户、更高的广告收入和更大的影响力。
相关术语：
（1）网站流量： 指访问某个网站的用户数量以及他们的浏览行为（如页面浏览量、独立访客数）。常用分析工具如 Google Analytics 来衡量。
（2）流量套餐： 运营商提供给用户的月度数据使用限额。
（3）流量劫持： 一种网络攻击，将用户的访问引导至恶意或欺诈网站。
6、总结
带宽、宽带、传输速率、流量这些是我们经常遇到的，可能有时不太理解，希望这篇文章对大家有所帮助。