С повсеместным распространением компьютерных сетей термин «пропускная способность канала» стал известен каждому. И если ранее интерес был сугубо теоретическим, то сейчас все совершенно иначе. Понимание того, что же скрывается за словами «пропускная способность сети» позволяет подобрать наилучшего доступного провайдера (здесь и далее подразумеваются локальные сети и Интернет), а также оптимальным образом настроить работу с сетью.
Прежде чем углубиться в теорию, рассмотрим практическую ситуацию, с которой, увы, часто сталкиваются пользователи Интернета, проживающие в странах постсоветского пространства. Как известно, при подключении услуг доступа в сеть провайдеры в своих тарифных планах указывают скорости с приставкой «до». Например, «до 10 Мб/с», «до 50 Мб/с» и т.д.
На самом деле, пропускная способность канала и данная оговорка взаимосвязаны. Представим ситуацию, что в какой-то момент времени к сети провайдера подключается один абонент. Как правило, ему предоставляется полная тарифная скорость. Преследуя экономические цели, компания-провайдер продолжает набирать новых абонентов. В результате становится естественной ситуация, когда единовременно инициируют подключение к сети множество пользователей. У одного тариф «до 50 Мб», у другого, у третьего…
Логичное следствие – падение скорости у всех ниже заявленной (вспоминаем приставку «до»). Начинаются звонки недовольных абонентов, общие проблемы со связью и пр. В ответ представители службы поддержки упоминают, что пропускная способность канала ограничена. Наверняка, это знакомо многим пользователям. О чем же идет речь и почему падает скорость?
В 1920 году американский исследователь-электронщик Ральф Хартли и физик Гарри Никвист, занимаясь вопросами передачи информации в телеграфии, сформулировали основные особенности процесса передачи данных. Одна из важнейших – это взаимосвязь между частотой передачи сигнала и временем. Так, Хартли сформулировал закон, согласно которому суммарное количество передаваемых данных пропорционально используемой частоте передачи и времени операции. В 1927 году Никвист уточнил, что передаваемый объем ограничен удвоенным значением используемой частоты (имеется в виду передача без потери данных в единицу времени). Лишь в 1940 году Шеннон обобщил результаты их работ, сформулировав теорию передачи данных и понятие «пропускная способность канала связи».
Диапазон частот, используемый каналом для передачи информации, носит название «ширина полосы пропускания». Из теоремы Шеннона следует, что достижение максимальной скорости возможно путем увеличения мощности сигналов, полосы пропускания, снижения паразитных шумов. Повышение скорости путем модуляции сигнала затруднено, так как при увеличении импульса снижается их общее количество в единицу времени, а при уплотнении посредством уменьшения длительности одиночного разряда возрастает количество потерь в проводнике. Вообще, длительность импульса рассчитывается по формуле, учитывающей выбранную частоту.
Стоит отметить, что пропускная способность канала включает в себя не только полезный сигнал, но и шумы. Это могут быть электромагнитные наводки, свойства проводника, отражения, процесс гаусса и пр. Приемник воспринимает полный поток сигналов и отсеивает нужную составляющую.
Возвращаясь к примеру: при большом количестве подключенных абонентов быстро достигается предел суммарного потока данных для используемой провайдером частоты передачи (оптическая линия, радиоканал, медный проводник). Для решения проблемы необходимо увеличивать мощность сигнала, менять среду передачи и частоту (дорогостояще, так как требует модернизации оборудования), либо ограничивать поток данных от каждого абонента, что и делается.
