Методика измерения пропускной способности в сетях tcp/ip

Способы передачи сигнала

На сегодняшний день существует три основных способа передачи сигнала между компьютерами:

Передача по радиосетям.
Передача данных по кабелю.
Передача данных через оптоволоконные соединения.

Каждый из этих способов имеет индивидуальные характеристики каналов связи, речь о которых пойдет ниже.

К преимуществам передачи информации через радиоканалы можно отнести: универсальность использования, простоту монтажа и настройки такого оборудования. Как правило, для получения и передачи данных беспроводным способом используется радиопередатчик. Он может представлять собой модем для компьютера или же Wi-Fi адаптер.

Недостатками такого способа передачи можно назвать нестабильную и сравнительно низкую скорость, большую зависимость от наличия радиовышек, а также дороговизну использования (мобильный интернет практически в два раза дороже «стационарного»).

Плюсами передачи данных по кабелю являются: надежность, простота эксплуатации и обслуживания. Информация передается посредством электрического тока. Условно говоря, ток под определенным напряжением перемещается из пункта А в пункт Б. А позже преобразуется в информацию. Провода отлично выдерживают перепады температур, сгибания и механическое воздействие. К минусам можно отнести нестабильную скорость, а также ухудшение соединения из-за дождя или грозы.

Пожалуй, самой совершенной на данный момент технологией по передаче данных является использование оптоволоконного кабеля. В конструкции каналов связи сети каналов связи применяются миллионы мельчайших стеклянных трубок. А сигнал, передаваемый по ним, представляет собой световой импульс. Так как скорость света в несколько раз выше скорости тока, данная технология позволила в несколько сотен раз ускорить интернет-соединение.

К недостаткам же можно отнести хрупкость оптоволоконных кабелей. Во-первых, они не выдерживают механические повреждения: разбившиеся трубки не могут пропускать через себя световой сигнал, также резкие перепады температур приводят к их растрескиванию. Ну а повышенный радиационный фон делает трубки мутными – из-за этого сигнал может ухудшаться. Кроме того, оптоволоконный кабель тяжело восстановить в случае разрыва, поэтому приходится полностью его менять.

Вышесказанное наводит на мысль о том, что с течением времени каналы связи и сети каналов связи совершенствуются, что приводит к увеличению скорости передачи данных.

Типы полосы пропускания

Симметричная полоса пропускания

Симметричная полоса пропускания относится к одному и тому же объему и скорости передачи данных или перемещения между двумя заданными точками. Загрузка и скачивание файлов будут иметь одинаковую емкость — симметричную. Симметричную связь можно наблюдать в разных городах мира через волоконно-оптическую сеть и кабельный интернет. Лучшим примером применения симметричной пропускной способности соединения является видеоконференция. Вы можете наслаждаться безбуферной передачей видеофайлов при таком типе подключения.

Асимметричная полоса пропускания

В этом типе, в отличие от симметричного, оба направления не имеют одинакового количества передаваемых данных в секунду. Передача данных вверх по течению ниже, чем передача данных вниз по течению. Это называется Асимметричная цифровая абонентская линия (ADSL) и является прекрасным примером такого типа полосы пропускания. Скорость загрузки ADSL намного выше, чем скорость загрузки, в основном потому, что загрузка файлов и мультимедийных данных используется больше, чем загрузка, для которой требуется только отправить запрос на доступ к URL-адресам.

Способы передачи сигнала

На сегодняшний день существует три основных способа передачи сигнала между компьютерами:

Передача по радиосетям.
Передача данных по кабелю.
Передача данных через оптоволоконные соединения.

Каждый из этих способов имеет индивидуальные характеристики каналов связи, речь о которых пойдет ниже.

Расчет показателей производительности ЛВС Ethernet

Показатели производительности среды передачи данных:

•
пропускная способность канала связи, определяемая как предельная
скорость передачи данных и измеряемая в бит/с;

•
полезная (эффективная) пропускная способность канала связи,
определяемая как предельная скорость передачи пользовательских данных (без учета
передаваемых служебных символов в заголовках и концевиках) и измеряемая в бит/с;

•
реальная (фактическая) пропускная способность канала связи
(скорость передачи данных), определяемая как реальная скорость передачи данных
(с учетом возможных простоев канала и конфликтов в процессе передачи) и измеряемая
в бит/с;

•
пропускная способность среды передачи, измеряемая в количестве
кадров, передаваемых за единицу времени.

Рассмотрим перечисленные характеристики
применительно к ЛВС Ethernet с пропускной способностью С=10 Мбит/с.

Расчет
пропускной способности среды передачи:

1. Кадр минимальной
длины с преамбулой:

L_min= 8байт(преамбула)
+ 64байта(кадр)
= 72 байта*8бит= 576бит;

T_min= 576бит*0,1мкс= 57,6 мкс+ 9,6 мкс(межкадр.интервал)
= 67,2 мкс;

Λ_max= ≅14880кадров/с.

Тmin

2. Кадр максимальной
длины с преамбулой:

L_max= 8байт(преамб.)
+1518байт(кадр)
=1526 байт*8бит=12208бит;

T_max=12208бит*0,1мкс=1220,8мкс+ 9,6 мкс(межкадр.инт.)
=1230,4 мкс;

Λ_min= ≅ 813кадров/с.

Тmax

Расчет полезной (эффективной) пропускной способности
канала связи:

С_min=14880*46*8
= 5,48Мбит/с;

C kmin =
min = 0,548.

С_max= 813*1500*8
= 9,76Мбит/с;

C kmax =
max = 0,976. C

Возможно, вам также будет интересно

В связи с резким увеличением числа используемых домашних сетевых устройств в России назрела необходимость в улучшении покрытия Wi-Fi. Компания NETGEAR предлагает новый повторитель WN2500RP, который способен решить данную задачу. Потребители могут продолжать использовать имеющееся беспроводное оборудование и с помощью данного устройства улучшить качество соединения, максимальную дальность и …

Компания Adeunis, основанная в 1993 г., специализируется на разработке и производстве беспроводных решений, предназначенных для реализации приложений M2M (Machine-to-Machine) и IoT (Internet of Things). Готовые к использованию модемы, изготовленные с применением технологий связи LoRa, SigFox или W-MBUS, обеспечивают выполнение функций измерения, хранения и передачи значений различных физических…

Компания Mobiletek Communication Ltd представляет модули LTE CAT4 серии L508, предназначенные для интеграции в качестве приемо-передающих устройств с высоким быстродействием и минимальным энергопотреблением.
Модули Mobiletek L508 оптимальны для новых разработок, где требуется высокая скорость передачи данных по мобильной сети. Модуль выполнен в форм-факторе LCC + LGA.
При отсутствии …

Пропускная способность во многом похожа на водопровод

Сантехника – отличная аналогия с пропускной способностью … серьезно! Данные относятся к доступной полосе пропускания, как вода – к размеру трубы. Другими словами, по мере увеличения пропускной способности увеличивается и количество данных, которые могут проходить через заданный промежуток времени, точно так же, как увеличивается диаметр трубы, увеличивается и количество воды, которая может проходить через заданный промежуток времени. .

Предположим, вы транслируете фильм, кто-то другой играет в многопользовательскую онлайн-игру, а еще несколько человек в той же сети загружают файлы или используют свои телефоны для просмотра онлайн-видео. Скорее всего, каждый почувствует, что дела идут немного вяло, если не постоянно запускаться и останавливаться. Это связано с пропускной способностью.

Чтобы вернуться к аналогии с водопроводом, предположим, что водопровод, ведущий в дом (пропускная способность), остается того же размера, поскольку смесители и души в доме включены (данные загружаются на устройства), давление воды в каждой точке (воспринимаемое ” скорость “на каждом устройстве) будет уменьшаться – опять же, потому что для дома (вашей сети) доступно не так много воды (пропускной способности).

Другими словами: пропускная способность – это фиксированная сумма, зависящая от того, за что вы платите. Хотя один человек может транслировать видео высокого разрешения без каких-либо задержек, в тот момент, когда вы начнете добавлять в сеть другие запросы на загрузку, каждый из них получит только свою часть от полной емкости.

Например, если тест скорости определяет мою скорость загрузки как 7,85 Мбит / с, это означает, что при отсутствии перебоев или других приложений, потребляющих полосу пропускания, я могу загрузить файл размером 7,85 мегабит (или 0,98 мегабайта) за одну секунду. Небольшая математика скажет вам, что при такой разрешенной пропускной способности я мог бы загрузить около 60 МБ информации за одну минуту или 3528 МБ за час, что эквивалентно файлу 3,5 ГБ … довольно близко к полноразмерному, Фильм DVD-качества.

Итак, хотя теоретически я мог бы загрузить видеофайл размером 3,5 ГБ за час, если кто-то еще в моей сети попытается загрузить аналогичный файл в то же время, теперь для завершения загрузки потребуется два часа, потому что, опять же, только сеть разрешает загрузку x объема данных в любой момент времени, поэтому теперь он должен разрешить другой загрузке также использовать часть этой полосы пропускания.

Технически сеть теперь будет видеть 3,5 ГБ + 3,5 ГБ для 7 ГБ общих данных, которые необходимо загрузить. Пропускная способность не меняется, потому что это уровень, за который вы платите своему интернет-провайдеру, поэтому применяется та же концепция: сеть со скоростью 7,85 Мбит / с теперь займет два часа, чтобы загрузить файл размером 7 ГБ, так же, как для загрузки потребуется всего один час. половина этой суммы.

Общие рекомендации

При проектировании IP-сетей пропускная способность является ключевым параметром, от которого будет зависеть архитектура сети в целом. Для более точной оценки пропускной способности, можно руководствоваться следующим рекомендациям:

Изучайте приложения, которые планируется использовать в сети, применяемые ими технологии и объемы передаваемого трафика. Пользуйтесь советами разработчиков и опытом коллег, чтобы учесть все нюансы работы этих приложений при построении сетей.
Детально изучайте сетевые протоколы и технологии, которые используются этими приложениями.
Внимательно читайте документацию при выборе оборудования. Чтобы иметь некоторый запас готовых решений, ознакомьтесь с продуктовыми линейками разных производителей.

В результате при правильном выборе технологий и оборудования можно быть уверенным, что сеть в полной мере удовлетворит требованиям всех приложений и, будучи достаточно гибкой и масштабируемой, прослужит долгое время.

За последние несколько лет в разы увеличились разрешения IP камер видеонаблюдения и несомненно качество получаемого изображения. Бешеными темпами развиваются цифровые Ip системы и сейчас, появились IP камеры видеонаблюдения с разрешениями 4K. Давайте разберемся, насколько с увеличением потока возросли требования к пропускной способности ЛВС. Без понимания полной картины, системы, построенные на современном IP оборудовании могут неверно проектироваться. В результате нехватки сетевых ресурсов из-за повышенной нагрузки на сеть, получаемое видео с IP камер может быть с плохим качеством или прерывистым. Чрезмерная нагрузка на сеть также влияет и на работу других приложений, особенно, если используется одна сеть для передачи видеонаблюдения и для работы организации.

К счастью еще до построения ЛВС можно рассчитать пропускную способность и правильно подобрать оборудование. Расчет не займет много времени, итак, приступим.

Формула для расчета пропускной способности локально вычислительной сети: X * (# камер) * (Разрешение в мегапикселях каждой камеры) * (FPS), где X — это переменная, которая зависит от степени сжатия видео и уровня активности движения в кадре. При использовании кодека h264 будем считать, что это значение равно: 0,03 (низкая) 0,06 (средняя) 0,09 (высокая) Значения коэффициента «X» усреднены и получены в ходе практических экспериментов с камерами разных производителей. Потому как теоретические расчеты не всегда совпадают с полученными реальными показателями. Расчет не претендует на истину, и основан исключительно на наших практических экспериментах!

# камер — количество камер. Допустим у нас их 16.

Разрешение в мегапикселях каждой камеры, при разрешении 4096×2160 перемножаем количество пикселей по горизонтали и по вертикали, то есть получаем 8,8 Мегапикселей.

FPS — Кадров в секунду. Наша камера работает с частотой 22 кадра в секунду. Наш расчет: 0,06*16*8,8*22=185,86 Мбит/с (Необходимая пропускная способность локально вычислительной сети при среднем уровне активности в кадре, не менее).

Пример 2. Имеем: 4 камеры в качестве Full-HD 1920×1080, 25 к/c, оборудование установлено на производстве, которое работает в две смены круглосуточно, то есть уровень активности высокий. Наш расчет: 0,09*4*2,1*25=18,9 Мбит/с (Необходимая пропускная способность локально вычислительной сети при высоком уровне активности в кадре, не менее).

После вычисления требуемой пропускной способности сети для организации системы видеонаблюдения вы можете подобрать соответствующее сетевое оборудование. Для первого примера нам потребуется скорость локальной сети не ниже 1 Гбит/с, соответственно все оборудование должно соответствовать указанной пропускной способности

При выборе видеорегистратора обращайте внимание на суммарно входящую пропускную способность (ее обычно указывает производитель в технических характеристиках или в паспорте изделия), если ее не будет хватать, то придется уменьшать битрейт на камерах или строить систему видеонаблюдения на нескольких видеорегистраторах

Для второго примера потребуется скорость локальной сети не ниже 100 Мбит/с

При расчете пропускной способности локальной сети, также возьмите во внимание, что нагрузка может быть выше за счет нагрузки на ЛВС других приложений, таких как данные компьютера: почта, 1c, работа с файлами на сетевых ресурсах, интернет, голосовой IP трафик и многое другое

Теория: Краткое описание

Максимальная пропускная способность может быть рассчитана как следует:

Пропускная способность ≤ RWINRTT {\ displaystyle \ mathrm {Throughput} \ leq {\ frac {\ mathrm {RWIN}} {\ mathrm {RTT}}} \, \!}

где RWIN — это TCP Окно приема и RTT — это r время обхода для пути. Максимальный размер окна TCP при отсутствии параметра масштаба окна TCP составляет 65 535 байт. Пример: максимальная пропускная способность = 65 535 байт / 0,220 с = 297886,36 Б / с * 8 = 2,383 Мбит / с. По одному TCP-соединению между этими конечными точками тестируемая полоса пропускания будет ограничена до 2,376 Мбит / с, даже если полоса пропускания по контракту больше.

Измерение пропускной способности

Измерение пропускной способности – достаточно важная операция. Она осуществляется для того, чтобы узнать точную скорость интернет-соединения. Измерение можно осуществить с помощью следующих действий:

Наиболее простое – загрузка объемного файла и отправление его на другой конец. Недостатком является то, что невозможно определить точность измерения.
Кроме того, можно воспользоваться ресурсом speedtest.net. Сервис позволяет измерить ширину интернет-канала, «ведущего» к серверу. Однако для целостного измерения этот способ также не подходит, сервис дает данные обо всей линии до сервера, а не о конкретном канале связи. Кроме того, подвергаемый измерению объект не имеет выхода в глобальную сеть Интернет.
Оптимальным решением для измерения станет клиент-серверная утилита Iperf. Она позволяет измерить время, количество переданных данных. После завершения операции программа предоставляет пользователю отчет.

Благодаря вышеперечисленным способам, можно без особых проблем измерить реальную скорость интернет-соединения. Если показания не удовлетворяют текущие потребности, то, возможно, нужно задуматься о смене провайдера.

Какая скорость Интернета нужна

Необходимая вам пропускная способность зависит от того, что вы планируете делать со своим Интернет-соединением. По большей части, чем больше, тем лучше, если, конечно, ваш бюджет не ограничен. Мы уже писали ранее какая скорость интернета нужна для просмотра видео в 4К .

В общем, если вы не планируете ничего делать, кроме Facebook и периодического просмотра видео, то, вероятно вам подойдет какой-то недорогой высокоскоростной тариф.

В зависимости от того, для чего вы используете Интернет, вы можете получить официальную рекомендацию по пропускной способности, чтобы точно знать, что вам нужно для оптимального использования этой услуги. Например, если ваш Интернет сейчас работает без сбоев, но вы планируете добавить к нему службу потоковой передачи фильмов, поищите на их веб-сайте минимальную полосу пропускания, которую они рекомендуют для потоковой передачи без прерываний.

Если у вас есть несколько телевизоров, на которых будет транслироваться YouTube, и несколько компьютеров, планшетов и других устройств, которые могут делать неизвестно что, я бы взял столько, сколько вы можете себе позволить. Вы не пожалеете.

Что такое пропускная способность?

Чтобы решить эту проблему, сначала нужно узнать, какие возможности у вашей пропускной способности и что влияет на скорость соединения. Когда речь заходит о компьютерах, то под пропускной способностью понимается объем данных, которые могут быть загружены или выгружены с вашего компьютера за определенный период времени. Она измеряется и выражается в битах в секунду (bps).

Пропускная способность в основном определяется вашим мобильным устройством, роутером, интернет-провайдером (ISP) и полосой пропускания, которую обещал провайдер. Однако, даже если в вашем контракте указано, что скорость соединения будет составлять до 20 Мбит/с, это не означает, что вы всегда будете получать максимальную пропускную способность – особенно когда подключаете сразу несколько устройств к одной сети и используете их одновременно. Почему?

Пропускная способность похожа на двухполосную магистраль, где все автомобили (данные) движутся с одинаковой скоростью. Вести автомобиль просто, пока машин не слишком много. Чем больше автомобилей появится на трассе, тем медленнее вы будете ехать. Но когда больше полос движения (полос пропускания), то это может разрешить проблему.

Битрейт

Пропускная способность реального канала вычисляется согласно теории. Строится модель шума, например, аддитивная Гауссова, получают выражение теоремы Шеннона-Хартли:

С = В log2 (1 + S/N),

В – полоса пропускания (Гц); S/N – отношение сигнал/шум. Логарифм по основанию 2 позволяет посчитать битрейт (бит/с). Величины сигнала, шума записываются квадратами вольта, либо ваттами. Подстановка децибелов даёт неправильный результат. Формула пиринговых беспроводных сетей немного отличается. Берут спектральную плотность шума, помноженную на ширину полосы пропускания. Выведены отдельные выражения каналов с быстрыми и медленными замираниями.

Мультимедийные файлы

Применительно к развлекательным приложениям битрейт показывает количество информации, сохраняемой, воспроизводимой ежесекундно:

Частота сэмплирования данных различна.
Выборки разного размера (бит).
Иногда проводится шифрование.
Специализированные алгоритмы сжимают информацию.

Выбирается золотая середина, способствующая минимизации битрейта, обеспечивающая приемлемое качество. Иногда сжатие необратимо искажает исходный материал помехами компрессии. Часто скорость показывает число битов в единице воспроизводимого времени аудио, видео (отображается плеером). Иногда величину вычисляют делением размера файла на общую длительность. Поскольку размерность задана байтами, вводят множитель 8. Часто мультимедийный битрейт скачет. Скоростью энтропии называют минимальную, обеспечивающую полное сохранение исходного материала.

Компакт-диски

Стандарт audio CD предписывает передавать поток частотой выборки 44,1 кГц (глубина 16 бит). Типичная музыка формата стерео составлена двумя каналами (левая, правая колонка). Битрейт удваивается к моно. Пропускаемая способность канала кодово-импульсной модуляции определена выражением:

битрейт = частота выборки х глубина х число каналов.

Стандарт audio CD даёт итоговую цифру 1,4112 Мбит/с. Нехитрый подсчёт показывает: 80 минут записи занимают 847 МБ без учёта заголовков. Большим размером файла определяется потребность содержимое сжимать. Приведём цифры формата MP3:

32 кбит/с – приемлемо для членораздельной речи.
96 кбит/с – низкокачественная запись.
.160 кбит/с – слабый уровень.
192 кбит/с – нечто среднее.
256 кбит/с – типичное значение большинства треков.
320 кбит/с – качество премиум.

Эффект налицо. Снижение скорости с одновременным ростом качества воспроизведения. Простейшие телефонные кодеки занимают 8 кбит/с, Opus – 6 кбит/с. Видео более требовательное. 10-битный несжатый поток Full HD (24 кадра) занимает 1,4 Гбит/с. Становится понятной необходимость провайдерам постоянно превосходить ранее установленные рекорды. Элементарный семейный воскресный просмотр измеряется общими впечатлениями зрителей. Близким сложно объяснить, что такое погрешность оцифровывания изображения.

Реальные каналы строят, обеспечивая солидный запас. Аналогичными причинами обусловлен прогресс стандартов цифровых носителей. Dolby Digital (1994) предусматривал однозначно потерю информации. Первый показ Бэтмен возвращается (1992) проигрывали с 35-мм плёнки, несущей сжатый звук (320 кбит в секунду). Кадры видео переносил CCD сканер, попутно оборудование распаковывало звуковое сопровождение. Оснащённый системой 5.1 Digital Surround зал требовал дальнейшей цифровой обработки потока.

Реальные системы чаще образованы набором каналов. Сегодня былой шик вытесняется Dolby Surround 7.1, растёт популярность Atmos. Одинаковые технологи могут реализоваться практически самобытно. Приведём примеры восьмиканального (7.1) звукового сопровождения:

Dolby Digital Plus (3/1,7 Мбит/с).
Dolby TrueHD (18 Мбит/с).

Заданная пропускная способность различна.

Бесплатные программы для проверки скорости Интернета на ПК и мобильных устройствах

Если вы воспользуетесь вышеперечисленными сервисами несколько раз подряд, то заметите, что показатели пропускной способности Интернета будут всегда разными. Это нормально, однако не совсем информативно, особенно когда связь работает с перебоями. Приложения, в отличие от веб-сервисов, позволяют мониторить сетевой трафик непрерывно. И в этом их главное преимущество.

NetTraffic для Windows

Утилита NetTraffic, выпускаемая в установочной и портабельной версиях, представляет собой небольшое окошко, постоянно висящее в углу экрана, где скорость подключения отображается в реальном времени.

Помимо текущих данных, она собирает статистику трафика за указанные пользователем временные промежутки. Может мониторить несколько сетевых интерфейсов одновременно.

TMeter для Windows

TMeter — более продвинутый инструмент контроля интернет-трафика, чем предыдущая утилита, но тоже весьма простой для понимания и использования. Помимо скоростных параметров, собирает статистику об IP-адресах посещенных ресурсов, портах, протоколах и т. д.

Tmeter имеет встроенный файервол и распределитель трафика (трафик-шейпер) между устройствами локальной сети. Эти функции становятся доступны, если программа запущена на компьютере, который используется как шлюз для подключения к Интернету других устройств.

NetworkTrafficView

Утилита NetworkTrafficView предназначена для мониторинга всего потока информации, проходящего через сетевой адаптер, в том числе и скорости передачи данных. Изначально англоязычная, но для нее выпущен русификатор (доступен на странице загрузки), который достаточно скопировать в папку с исполняемым файлом или архивом программы.

NetworkTrafficView работает без установки и не требует особых настроек. Данные о подключении отображаются в виде таблицы в главном и единственном окне утилиты.

Еще приложение удобно тем, что поддерживает даже очень старые версии Android.

Метеор — тест скорости для Android

Метеор — тест скорости — одно из немногих мобильных приложений, которое удостоилось высочайшей оценки пользователей — 4,8 баллов. Оно не только показывает реальную скорость Интернет-соединения, но и определяет, насколько быстро будут работать популярные сетевые программы при текущем качестве связи. Среди таких программ — клиенты социальных сетей, браузеры, почта Gmail, YouTube, Skype, WhatsApp, навигатор Wase, карты Google Maps, служба такси Uber и т. д. Всего 16 разных приложений.

Другие достоинства «Метеора» в том, что он поддерживает все виды сетевых соединений, включая 4G, и не содержит рекламы.