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數據通信的帶寬、吞吐率與信道容量三者的概念

瀏覽:13308  來源:通信人在線  日期:2018-04-06

在數據通信中,帶寬、信道容量和數據吞吐率是衡量通信質量的三個重要指標。但使用中經常被混用,常引起概念上的混淆。這里對有關概念作一簡單的比較。

1、吞吐率與信道容量

在早期的網絡文獻中,吞吐率(Throughput)一詞僅用于描述物理通信線路單位時間內傳輸的比特數,即最大比特率,在有的文獻中也采用信道容量C一詞來描述物理線路的吞吐率。當OSI/RM出現以后,對吞吐率一詞賦予了協議層的特征。在OSI術語中,吞吐率被定義為:在某協議層的兩服務訪問點(SAPService Access Point)之間,單位時間內傳送的服務數據單元數(單位:字節/比特)。對于面向連接的服務,吞吐率是針對每條連接而進行定義與測試的,在建立某OSI層連接時它是需要進行協商的服務質量參數之一;對無連接服務,吞吐率隸屬于一對服務訪問點。

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當討論的對象為物理層時,OSI/RM中的吞吐率是指在物理層服務訪向點(Ph-SAP)間,數據鏈路層與物理層間交換的有效二進制位流速率,也即通常所說的數據傳輸率或簡稱數據率。應當注意的是:由于采用的編碼技術不同,吞吐率與線路上實際傳輸的位流率(數據率)并不一定相同。例如,說100BASE-T的(最大)吞吐率為100Mbps是指在采用該局網標準時,物理層服務訪問點(Ph-SAP)之間能為數據鏈路層傳送的最大有效位流率為100Mbps,但由于100BASE-T采用4B5B編碼方式,在傳送100Mbps的數據鏈路層要求的最大數據率(吞吐率)時,在一對雙絞線上實際的位流率為125Mbps。按照對離散信道數據傳輸率R的定義,如果不考慮干擾引起的誤碼,R=125Mbps。類似地,1000BASE-T采用8B10B編碼,傳送數據鏈路層交來的1000 Mbps的位流率,不考慮誤碼時,在4對雙絞線上的數據傳輸率R=1250Mbps。由此可見,物理層的吞吐率不一定等于線路上的實際位流率,也不一定等于離散信道的數據傳輸率R或信道容量C

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根據上面的討論,建議在討論網絡物理層對數據鏈路層用戶位流的最大傳輸率(這是網絡設計者與使用者真正關心的指標)時,為了避免概念上的混淆,還是應避免使用信道容量C和信道數據傳輸率R,而以使用物理層“最大吞吐率”為好。至于物理層以上協議層的吞吐率,作為服務質量的重要參數之一的“吞吐率”,在相關的ISO文本中有明確的定義,與信道容量在概念上不容易產生混淆。

2、帶寬

“帶寬”一詞最早在通信電路技術中用于描述信道或電路的頻率特性,表征信道或電路允許通過的模擬信號頻率的范圍,也即所謂“通頻帶”的寬度。具有帶通特性的信道的帶寬,是其輸出頻率曲線中輸出信號功率降低為最大輸出功率一半的兩頻率點間頻差。因此,帶寬的量綱是Hz

在現有的網絡文獻與教材中,常使用帶寬一詞代替吞吐率或數據吞吐率,例如說10 BASE-T的帶寬為10MHz),實際上原意應為其物理層的最大吞吐率或最大數據傳輸率為10Mbps。事實上,10Mbps吞吐率的10BASE-T使用的介質為3/5類無屏蔽雙絞線,前者的最高工作頻率為15MHz,后者為100MHz,相應地,其通頻帶為0~15MHz(其帶寬為15MHz)和0~100 MHz(其帶寬為100MHz)。盡管傳輸介質的最高工作頻率或帶寬可能限制數據傳輸率,但二者之間并無直接的對應關系,因此,把吞吐率之值說成是帶寬值在概念上是完全錯誤的。

與帶寬一詞相關的術語還常用于表示高速網絡,特別是與光纖或同軸電纜作為通信介質的網絡,如“寬帶網”、“寬帶IP網”等等。電信中常使用的同軸電纜的工作頻率范圍為300kHz~60MHz,而以太網10BASE5的吞吐率僅為10Mbps;常用的G.651標準的多模光纖,使用850/1310 nm光波時,其帶寬分別為200~1000MHz200~1200MHz,在10BASE-FL標準中,吞吐率僅定為10Mbps,在100BASE-FX標準中,吞吐率卻為100Mbps,而在1000BASE-SX標準中,吞吐率又為1000Mbps。由此可見,使用帶寬較寬的通信介質的網絡盡管有可能提高吞吐率,但采用不同通信技術的網絡設備的吞吐率就未必一定很高。因此,用通信介質的帶寬表示網絡吞吐率一是造成概念上的混亂,二是不科學。因此,在討論網絡物理層傳輸性能時還是以使用物理層數據吞吐率為好,概念清晰準確(有明確的定義),也不必引入通信領域的其他概念(特別是像帶寬這樣的概念),以免引起混亂。事實上,使用“寬帶網”一詞時,本意為“高速網”,其意自明,“寬帶”只能引起混亂。大家在閱讀有關文獻時遇到“帶寬”和“寬帶”時應當注意分析其實際涵義。

在我國通信行業標準YD/T 1133-2001《數據通信名詞術語》給出了吞吐率(包括吞吐量)與信道容量的定義,詳見下表1中。

1:吞吐率與信道容量的定義

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附錄
本文的附表2018-04-06
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