Побитова скорост, честотната лента и латентност

Всички изчислителни устройства в интернет комуникират с двоичната система. Независимо дали са свързани чрез кабел или безжично, те изпращат електромагнитни сигнали, които представляват потоци от единици и нули.

Нека изследваме как се изпращат тези битове и колко бързо могат да бъдат изпратени.

Когато компютрите трябва вътрешно да представят числото $5$‍ ($101$‍ в двоично), те могат да използват три проводника/кабела, за да представят трите бита: един включен проводник, един изключен проводник, един включен проводник.

Ако компютър иска да изпрати числото $5$‍ на друг компютър, то компютрите не могат да използват толкова проводници, колкото биха искали. Всъщност може да има само един-единствен проводник, по който да могат да изпращат информация. Вместо това, те могат да изпратят числото $5$‍ през три периода от време: първо изпращане на импулс (и чакане), след това не изпращане на нищо (и чакане), след това изпращане на импулс.

Стига двата компютъра са единодушни за периода от време, те могат да прехвърлят информация един към друг, превръщайки двоичните данни в сигнали и превръщайки сигналите обратно в двоични данни.

При електрическа връзка (като локална мрежа) сигналът би бил под формата на напрежение или ток. При оптична връзка (като оптичен кабел) сигналът би представлявал интензитетът на светлината.

Процесът на превръщане на двоични данни в базиран на времето сигнал е известен като линейно кодиране. Има различни схеми за линейно кодиране, които могат да се използват въз основа на нуждите на връзката.

Мрежовите връзки могат да изпращат битове много бързо. Измерваме тази скорост, като използваме побитова скорост, това е броят битове, които се обработват за една секунда време.

Най-ранните интернет връзки са със скорост от само $75$‍ bps (бита в секунда). В днешно време скоростта на връзките по-често се измерва в Mbps (мегабита в секунда).

Един мегабит е огромен: $1$‍ милион бита! Мрежова връзка от $10$‍ Mbps прехвърля данни със скорост $10$‍ милиона бита в секунда.

Това е един бит на всеки $100$‍ наносекунди ($0,0000001$‍ секунди).

Също така измерваме скоростта на обмен и в по-малки единици като килобита (хиляда бита) или много по-големи единици като гигабита ($1$‍ милиард бита) и дори петабита ($1$‍ квадрилион бита).

Използваме термина честотна лента, за да опишем максималната побитова скорост на системата. Ако мрежовата връзка има честотна лента от $100$‍ Mbps, това означава, че не може да прехвърля повече от $100$‍ мегабита в секунда. За щастие, това все пак е много!

Знаеш ли термина "широколентов интернет"? Това се отнася за мрежова връзка с минимална честотна лента от $256$‍ Kbps. Това е достатъчна честотна лента за основно използване на интернет, като например за проверка на имейли и четене на уебсайтове, но не е достатъчно за гледане на видеоклипове онлайн. Към 2016 г. само 40% от хората в развиващите се страни имат достъп дори до широколентов интернет.

Друг начин за измерване на скоростта на компютърна мрежа е чрез латентността. Можеш да се досетиш за значението ѝ от самата дума: латентността измерва колко късно пристигат битовете. Казано по-формално: латентността е времето между изпращането на съобщение с данни и получаването на това съобщение, измерено в милисекунди.

Обикновено измерваме латентността на "двупосочно пътуване" на една заявка. Нека преминем през реален пример, за да видим какво означава това.

Компютърът ми изпраща съобщение до сървъра на Google. $30$‍ милисекунди по-късно Google получава съобщението. $40$‍ милисекунди по-късно компютърът ми получава потвърждение от Google, че е получил съобщението.

Това е обща латентност за двупосочно пътуване от $70$‍ милисекунди. Латентността зависи от редица физически фактори: вида на връзката от моя компютър към Google, разстоянието от моя компютър до сървърите на Google и претоварването на мрежата (което може да означава, че заявката ми трябва да чака на опашка).

Има основен ограничаващ фактор за латентността: скоростта на светлината. Нищо не може да се движи по-бързо от светлината, дори и нашите много важни интернет заявки. Скоростта на светлината е 29,97 cm в наносекунда, което означава продължителност на пътуването най-малко $30$‍ милисекунди от Лос Анджелис до Токио. Не можем да направим много за скоростта на светлината, но можем да намалим латентността, като намалим претоварванията и подобрим физическите си връзки.

Скоростта е комбинация от честотна лента и латентност. Компютрите разделят съобщенията на пакети и не могат да изпратят друго съобщение, докато не бъде получен първият пакет. Дори ако компютърът е на връзка с висока честотна лента, скоростта му на изпращане и получаване на съобщения пак ще бъде ограничена от латентността на връзката.

Можеш да измериш текущата скорост на мрежата с помощта на тест за скорост на интернет: уебсайт, който изтегля и качва данни, докато проследява колко бързо се прехвърлят данните.

Ето резултатите от тест за скорост на интернет от домашния ми лаптоп:

Латентността (наричана още Пинг скорост) е само $18$‍ милисекунди. Това е достатъчно бързо за повечето онлайн игри за много играчи.

Скоростта на изтегляне е $39$‍ Mbps, а скоростта на качване е $5,85$‍ Mbps, значително по-ниска. Всъщност това се очаква. Интернет доставчиците често поддържат много по-бърза скорост на изтегляне в сравнение със скоростта на качване, тъй като интернет потребителите прекарват много повече време в изтегляне на данни (четене на статии, гледане на филми), отколкото в качване на данни (писане на блог публикации, подаване на формуляри).

🔍 Каква е скоростта на твоята интернет връзка? Каква честотна лента обещава твоят интернет доставчик? Какъв тип физическа свързаност използваш? Това е чудесна възможност да получиш по-задълбочено разбиране за физическата инфраструктура, която използваш всеки ден.

🙋🏽🙋🏻‍♀️🙋🏿‍♂️Имаш въпроси по тази тема? Ще се радваме да отговорим — само ни попитай, като използваш полето за въпроси по-долу!