峯值速率、系統容量、吞吐量、帶寬之間的區別

原文鏈接:https://blog.csdn.net/dallin0408/article/details/79158944

1、峯值速率

峯值速率定義爲單用戶在系統中被分配最大的帶寬(在TDD系統中上下行分別定義峯值速率,對應上下行分別最有利的TDD配置)、最高的調製編碼方式、處於理想的無線環境時所能達到的最高速率。對應到實際網絡測試中,當一個用戶獨佔小區所有帶寬、靠近基站、鄰小區干擾極微弱時,測得的實際速率有可能達到該網絡所聲稱的峯值速率。所以在實際網絡中,用戶只有在某些情況下才可以達到系統設計的峯值速率,大多數終端在大多數情況下是達不到峯值速率的。

峯值速率是無線技術最大頻譜利用潛力的表徵,是無線技術中的一個專門概念,在研發中是對兩種無線技術進行比較的一系列指標中的一個(其他重要指標還包括小區平均速率、用戶平均速率、小區邊緣用戶平均速率等)。出於市場和商業的目的,當向普通消費者解釋時,一般營運商和設備商就只用峯值速率這個概念來表達系統的先進性。

2、容量、 吞吐量

容量:系統可容納多少用戶; 吞吐量:當前信道上的傳輸速率;信道容量一般大於吞吐量。

香農定理已經給出了信道容量和信道帶寬的關係,就是理論上信道傳輸數據的最大速率,吞吐量是在這樣的信道上傳輸的實際速率,實際上是達不到理想值的。

3、單終端設備帶寬需求

單位:kbps,假如集中器帶寬需求是25kbps,在2s內傳完,那麼集中器的數據量爲50kbit,但是在網絡規劃時使用25kbps。

2M帶寬通道,可以同時承載100路(個)終端設備(帶寬需求爲20.48kbps)。

單基站帶寬預估設計時,終端數*單終端帶寬*併發數,這裏單終端帶寬單位是kbps,每秒鐘傳輸的bit位數,因爲LTE是TDD時分雙工,總帶寬估算就是計算的各類業務總傳輸峯值速率,至於單終端是否傳完與這沒關係,系統是分時的,這樣算是對的。

4、帶寬和速率關係

信道帶寬與數據傳輸速率的關係可以用奈奎斯特(Nyquist)準則與香農(Shanon)定律描述。 

奈奎斯特准則指出:如果時間間隔爲π/ω(ω=2πf ==> 2f = w/π),通過理想通信信道傳輸窄脈衝信號,則前後碼元之間不產生相互竄擾。因此,對於二進制數據信號的最大數據傳輸速率Rmax與通信信道帶寬B(B=f,單位Hz)的關係可以寫爲:Rmax=2f(bps)對於二進制數據若信道帶寬B=f=3000Hz,則最大數據傳輸速率爲6000bps,多進制的話速率可增加N倍。

奈奎斯特定理描述了有限帶寬、無噪聲信道的最大數據傳輸速率與信道帶寬的關係。

香農定理指出:在有隨機熱噪聲的信道上傳輸數據信號時,數據傳輸速率Rmax與信道帶寬B、信噪比S/N的關係爲: Rmax=B.log2(1+S/N) 式中,Rmax單位爲bps,帶寬B單位爲Hz,信噪比S/N通常以dB(分貝)數表示。若S/N=30(dB),那麼信噪比根據公式: S/N(dB)=10.lg(S/N) 可得,S/N=1000。若帶寬B=3000Hz,則Rmax≈30kbps。香農定律給出了一個有限帶寬、有熱噪聲信道的最大數據傳輸速率的極限值。它表示對於帶寬只有3000Hz的通信信道,信噪比在30db時,無論數據採用二進制或更多的離散電平值表示,都不能用越過30kbps的速率傳輸數據。

香農定理則描述了有限帶寬、有隨機熱噪聲信道的最大傳輸速率與信道帶寬、信噪比之間的關係。

4、帶寬、流量、網速、吞吐量的區別聯繫
首先來看帶寬、流量、網速,僅憑單位就可看出其不同。 

帶寬:單位是b/s,即在規定時間內從一端流到另一端的信息量,帶寬也稱之爲“數據傳輸率”。如10M帶寬的意思是每秒可通過10Mb的信息流。通常指的帶寬是指理論下載最大速率,實際情況下是達不到的。 

流量:單位是字節(即B)、如MB、GB等,即訪問或下載數據的總量。流量通常與時間結合纔有其真正的意義,即統計一段時間內的流量。結合今天的手機,運營商限制的是訪問或下載數據的量(即流量)。 

網速:單位是B/S,及每秒存取數據的量。也可看成是每秒鐘的流量。 網速與帶寬的關係是:首先是單位的不同。電腦中存取數據的單位是“字節”,即byte(大寫B),而數據通信是以“字位”做爲單位,即bit(小寫b),兩者之間的關係是1byte=8bit。 

另外,考慮到數據傳輸中的各種損耗和電腦終端的性能,網速是不可能達到帶寬的理論值的。 

網速的實際參考值如下: 

1M正常下載速率在75-125KBs之間 

2M正常下載速率在150-250KBs之間 

3M正常下載速率在225-375KBs之間 

4M正常下載速率在300-500KBs之間,以此類推。 

吞吐量的定義:單位時間內成功地通過網絡、設備、端口、虛電路或其他設施傳送數據的數量(以比特、字節、分組等測量)。 

由於多方面的原因,實際上吞吐量往往比傳輸介質所標稱的最大帶寬小得多。 受網絡的帶寬或網絡的額定速率的限制,對於100Mb/s的以太網,其典型的吞吐量可能只有70Mb/s。 

影響網絡中帶寬和吞吐量的主要因素有: 

1)網絡設備(交換機、路由器、集線器); 

2)拓撲結構(即網絡構形狀,如星型、環狀); 

3)數據類型; 

4)用戶的數量;                                      

5)客戶機與服務器(如系統總線、磁盤性能、網絡適配器、硬件防火牆); 

6)電力系統和自然災害引起的故障率

吞吐量與帶寬的區分:吞吐量和帶寬是很容易搞混的一個詞,兩者的單位都是Mbps.先讓我們來看兩者對應的英語,吞吐量:throughput  帶寬: Max net bitrate 。當我們討論通信鏈路的帶寬時,一般是指鏈路上每秒所能傳送的比特數,它取決於鏈路時鐘速率和信道編碼,在計算機網絡中又稱爲線速。我們可以說以太網的帶寬是10Mbps。但是,我們需要區分鏈路上的可用帶寬(帶寬)與實際鏈路中每秒所能傳送的比特數(吞吐量)。我們傾向於用“吞吐量”一次來表示一個系統的測試性能。這樣,因爲受各種低效率因素的影響,所以由一段帶寬爲10Mbps的鏈路連接的一對節點可能只達到2Mbps的吞吐量。這樣就意味着,一個主機上的應用能夠以2Mbps的速度向另外的一個主機發送數據。 

網絡中的數據是由一個個數據包組成,防火牆對每個數據包的處理要耗費資源。吞吐量是指在沒有幀丟失的情況下,設備能夠接受的最大速率。其測試方法是:在測試中以一定速率發送一定數量的幀,並計算待測設備傳輸的幀,如果發送的幀與接收的幀數量相等,那麼就將發送速率提高並重新測試;如果接收幀少於發送幀則降低發送速率重新測試,直至得出最終結果。吞吐量測試結果以比特/秒或字節/秒錶示。 

吞吐量和報文轉發率是關係防火牆應用的主要指標,一般採用FDT(Full Duplex Throughput)來衡量,指64字節數據包的全雙工吞吐量,該指標既包括吞吐量指標也涵蓋了報文轉發率指標。  

隨着Internet的日益普及,內部網用戶訪問Internet的需求在不斷增加,一些企業也需要對外提供諸如WWW頁面瀏覽、FTP文件傳輸、DNS域名解析等服務,這些因素會導致網絡流量的急劇增加,而防火牆作爲內外網之間的唯一數據通道,如果吞吐量太小,就會成爲網絡瓶頸,給整個網絡的傳輸效率帶來負面影響。因此,考察防火牆的吞吐能力有助於我們更好的評價其性能表現。這也是測量防火牆性能的重要指標。  

吞吐量的大小主要由防火牆內的網卡及程序算法的效率決定,尤其是程序算法,會使防火牆系統進行大量運算,通信量大打折扣。因此,大多數防火牆雖號稱100M防火牆,由於其算法依靠軟件實現,通信量遠遠沒有達到100M,實際只有10M-20M。純硬件防火牆,由於採用硬件進行運算,因此吞吐量可以達到線性90-95M,是真正的100M防火牆。 

對於中小型企業來講,選擇吞吐量爲百兆級的防火牆即可滿足需要,而對於電信、金融、保險等大公司大企業部門就需要採用吞吐量千兆級的防火牆產品。網絡吞吐量測試是網絡維護和故障查找中最重要的手段之一,尤其是在分析與網絡性能相關的問題時吞吐量的測試是必備的測試手段。
 

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