Przepływność, przepustowość i opóźnienie

Wszystkie urządzenia komputerowe w Internecie komunikują się binarnie. Niezależnie od tego, czy są połączone przewodowo czy bezprzewodowo, wysyłają sygnały elektromagnetyczne reprezentujące strumienie zer i jedynek.

Sprawdźmy, jak te bity są wysyłane i jak szybko można je wysłać

Kiedy komputery muszą wewnętrznie reprezentować liczbę $5$‍ ($101$‍ w zapisie binarnym), mogą użyć trzech przewodów do reprezentowania trzech bitów: jeden przewód włączony, jeden wyłączony, jeden przewód włączony.

Jeżeli dany komputer chce wysłać liczbę 5 do innego komputera, nie może użyć tylu przewodów, ile zechce. W rzeczywistości mogą posiadać tylko jeden przewód do wysyłania informacji. Zamiast tego, mogą wysłać liczbę 5 w trzech przedziałach czasu: najpierw wysyłając impuls (i czekając), potem nic nie wysyłając (i czekając), a następnie wysyłając impuls.

Tak długo, jak oba komputery będą zgodne co do przedziału czasowego, będą mogły przekazywać sobie nawzajem informacje, zamieniając dane binarne na sygnały, a sygnały z powrotem na dane binarne.

W połączeniu elektrycznym (np. Ethernet), sygnał będzie miał postać napięcia lub prądu. W połączeniu optycznym (takim jak kabel światłowodowy), sygnałem będzie natężenie światła.

Proces przekształcania danych binarnych w sygnał oparty na czasie jest znany jako kodowanie liniowe. Istnieją różne systemy kodowania liniowego, które mogą być stosowane w zależności od potrzeb połączenia.

Połączenia sieciowe mogą wysyłać bity bardzo szybko. Szybkość tę mierzymy za pomocą przepływności, liczby bitów danych, które są przesyłane w każdej sekundzie.

Najwcześniejsze połączenia internetowe miały zaledwie $75$‍ bitów na sekundę (bps z ang. bit per second). Obecnie połączenia są częściej mierzone w Mbps (megabitów na sekundę).

Megabit jest ogromny: $1$‍ milion bitów! Połączenie o przepustowości $10$‍ Mbps przesyła dane z prędkością $10$‍ milionów bitów na sekundę.

To jeden bit na każde $100$‍ nanosekund ($0,0000001$‍ sekundy).

Mierzymy też przepływność w mniejszych jednostkach jak kilobity ($1$‍ tysiąc bitów) lub znacznie większych niż gigabity ($1$‍ miliard bitów), a nawet petabity ($1$‍ kwadrylion bitów).

Używamy terminu przepustowość do określenia maksymalnej przepływności systemu. Jeśli połączenie sieciowe ma przepustowość $100$‍ Mbps, oznacza to, że nie może ono przesyłać więcej niż $100$‍ megabitów na sekundę. Na szczęście, to wciąż dużo!

Słyszałeś kiedyś termin "szerokopasmowy Internet"? Odnosi się ono do połączenia o minimalnej przepustowości $256$‍ Kbps. Jest to wystarczająca przepustowość dla podstawowego korzystania z Internetu, jak sprawdzanie poczty elektronicznej i czytanie stron internetowych, ale nie wystarczająca do oglądania filmów online. W roku 2016 tylko 40% ludzi w krajach rozwijających się ma dostęp nawet do szerokopasmowego Internetu.

Innym sposobem pomiaru prędkości sieci komputerowej jest opóźnienie. Możesz zgadnąć, co to oznacza po samym słowie: opóźnienie mierzy, jak późno docierają bity. Mówiąc bardziej formalnie: opóźnienie to czas pomiędzy wysłaniem wiadomości z danymi a otrzymaniem tej wiadomości, mierzony w milisekundach.

Zazwyczaj mierzymy opóźnienie w obie strony w przypadku żądania. Prześledźmy prawdziwy przykład, aby zobaczyć, co to oznacza.

Mój komputer wysyła wiadomość do serwera Google. $30$‍ milisekund później, Google otrzymuje wiadomość. $40$‍ milisekund później, mój komputer otrzymuje potwierdzenie od Google'a, że otrzymał wiadomość.

To całkowite opóźnienie w obie strony wynoszące $70$‍ ms. Opóźnienie zależy od wielu czynników fizycznych: rodzaju połączenia z mojego komputera do Google'a, odległości od mojego komputera do serwerów Google'a, oraz przeciążenia w sieci (co może oznaczać, że moje żądanie musi czekać w kolejce).

Istnieje główny czynnik wpływający na opóźnienie: prędkość światła. Nic nie może poruszać się szybciej niż światło, nawet nasze bardzo ważne żądania internetowe. Szybkość światła wynosi $30$‍ cm na nanosekundę, co oznacza, że podróż z Los Angeles do Tokio trwa co najmniej $30$‍ ms. Niewiele możemy zrobić z prędkością światła, ale możemy zmniejszyć opóźnienie poprzez zmniejszenie zatorów i poprawić nasze fizyczne połączenia.

Prędkość jest kombinacją szerokości pasma i opóźnienia. Komputery dzielą wiadomości na pakiety i nie mogą wysłać kolejnej wiadomości do czasu otrzymania pierwszego pakietu. Nawet jeśli komputer jest na połączeniu o dużej przepustowości, jego prędkość wysyłania i odbierania wiadomości będzie nadal ograniczona opóźnieniem połączenia.

Aktualną prędkość sieci możesz zmierzyć za pomocą testu prędkości internetowej: strony internetowej, która pobiera i wysyła dane, jednocześnie śledząc jak szybko dane są przesyłane.

Oto wyniki testu szybkości Internetu z mojego domowego laptopa:

Opóźnienie wynosiło zaledwie $18$‍ ms. To wystarczająco szybkie dla większości gier online dla wielu graczy.

Prędkość pobierania wynosi $39$‍ Mbps, a wysyłania $5,85$‍ Mbps, czyli znacznie mniej. Właściwie, to jest oczekiwane. Dostawcy Internetu często obsługują znacznie szybsze pobieranie niż wysyłanie, ponieważ internauci spędzają znacznie więcej czasu na pobieraniu danych (czytanie artykułów, oglądanie filmów) niż na wysyłaniu danych (pisanie postów na blogu, przesyłanie formularzy).

🔍 Jaka jest prędkość twojego połączenia internetowego? Jaką przepustowość obiecuje Twój dostawca Internetu? Jakiego rodzaju połączenia fizycznego używasz? Jest to doskonała okazja do głębszego zrozumienia, z jakiej infrastruktury fizycznej korzystasz na co dzień.

🙋🏽🙋🏻‍♀️🙋🏿‍♂️Czy masz jakieś pytania na ten temat? Chętnie na nie odpowiemy — wystarczy, że zadasz pytanie w poniższym obszarze pytań!