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Ancho de banda (informática)

En informática , el ancho de banda es la velocidad máxima de transferencia de datos a través de una ruta determinada. El ancho de banda se puede caracterizar como ancho de banda de red , [1] ancho de banda de datos , [2] o ancho de banda digital . [3] [4]

Esta definición de ancho de banda contrasta con el campo del procesamiento de señales, las comunicaciones inalámbricas, la transmisión de datos por módem, las comunicaciones digitales y la electrónica , [ cita requerida ] en el que el ancho de banda se utiliza para referirse al ancho de banda de la señal analógica medido en hercios , es decir, el rango de frecuencia entre la frecuencia más baja y la más alta alcanzable mientras se cumple un nivel de deterioro bien definido en la potencia de la señal. La tasa de bits real que se puede lograr depende no solo del ancho de banda de la señal sino también del ruido en el canal.

Capacidad de la red

El término ancho de banda define a veces la tasa de bits neta , la tasa de bits pico , la tasa de información o la tasa de bits útil de la capa física , la capacidad del canal o el rendimiento máximo de una ruta de comunicación lógica o física en un sistema de comunicación digital. Por ejemplo, las pruebas de ancho de banda miden el rendimiento máximo de una red informática. La tasa máxima que se puede mantener en un enlace está limitada por la capacidad del canal Shannon-Hartley para estos sistemas de comunicación, que depende del ancho de banda en hercios y del ruido en el canal.

Consumo de red

El ancho de banda consumido en bit/s corresponde al rendimiento obtenido o goodput , es decir, la tasa promedio de transferencia exitosa de datos a través de una ruta de comunicación. El ancho de banda consumido puede verse afectado por tecnologías como la modelación del ancho de banda , la gestión del ancho de banda , la limitación del ancho de banda , el límite del ancho de banda , la asignación de ancho de banda (por ejemplo, el protocolo de asignación de ancho de banda y la asignación dinámica de ancho de banda ), etc. El ancho de banda de un flujo de bits es proporcional al ancho de banda de señal promedio consumido en hercios (el ancho de banda espectral promedio de la señal analógica que representa el flujo de bits) durante un intervalo de tiempo estudiado.

El ancho de banda del canal puede confundirse con el rendimiento útil de los datos (o rendimiento útil). Por ejemplo, un canal con x bits/s no necesariamente puede transmitir datos a una velocidad x , ya que los protocolos, el cifrado y otros factores pueden agregar una sobrecarga apreciable. Por ejemplo, gran parte del tráfico de Internet utiliza el protocolo de control de transmisión (TCP), que requiere un protocolo de enlace de tres vías para cada transacción. Aunque en muchas implementaciones modernas el protocolo es eficiente, agrega una sobrecarga significativa en comparación con protocolos más simples. Además, se pueden perder paquetes de datos, lo que reduce aún más el rendimiento útil de los datos. En general, para cualquier comunicación digital efectiva, se necesita un protocolo de tramado; la sobrecarga y el rendimiento efectivo dependen de la implementación. El rendimiento útil es menor o igual a la capacidad real del canal menos la sobrecarga de implementación.

Máximo rendimiento

El ancho de banda asintótico (formalmente rendimiento asintótico ) de una red es la medida del rendimiento máximo para una fuente codiciosa , por ejemplo, cuando el tamaño del mensaje (la cantidad de paquetes por segundo de una fuente) se acerca a la cantidad máxima. [5]

Los anchos de banda asintóticos se calculan generalmente enviando una cantidad muy grande de mensajes a través de la red, midiendo el rendimiento de extremo a extremo. Al igual que con otros anchos de banda, el ancho de banda asintótico se mide en múltiplos de bits por segundo. Dado que los picos de ancho de banda pueden distorsionar la medición, los operadores suelen utilizar el método del percentil 95. Este método mide continuamente el uso del ancho de banda y luego elimina el 5 por ciento superior. [6]

Multimedia

El ancho de banda digital también puede referirse a: tasa de bits multimedia o tasa de bits promedio después de la compresión de datos multimedia ( codificación de fuente ), definida como la cantidad total de datos dividida por el tiempo de reproducción.

Debido a los requisitos de ancho de banda poco prácticos de los medios digitales sin comprimir , el ancho de banda multimedia requerido se puede reducir significativamente con la compresión de datos. [7] La ​​técnica de compresión de datos más utilizada para la reducción del ancho de banda de los medios es la transformada de coseno discreta (DCT), que fue propuesta por primera vez por Nasir Ahmed a principios de la década de 1970. [8] La compresión DCT reduce significativamente la cantidad de memoria y ancho de banda necesarios para las señales digitales, capaz de lograr una relación de compresión de datos de hasta 100:1 en comparación con los medios sin comprimir. [9]

Alojamiento web

En el servicio de alojamiento web , el término ancho de banda a menudo se utiliza incorrectamente para describir la cantidad de datos transferidos hacia o desde el sitio web o servidor dentro de un período de tiempo prescrito, por ejemplo, el consumo de ancho de banda acumulado durante un mes medido en gigabytes por mes. [ cita requerida ] [10] La frase más precisa utilizada para este significado de una cantidad máxima de transferencia de datos cada mes o período determinado es transferencia de datos mensual .

Una situación similar puede ocurrir también para los proveedores de servicios de Internet para usuarios finales , especialmente cuando la capacidad de la red es limitada (por ejemplo, en zonas con conectividad a Internet subdesarrollada y en redes inalámbricas).

Conexiones a Internet

Esta tabla muestra el ancho de banda máximo (la tasa de bits neta de la capa física) de las tecnologías de acceso a Internet más comunes. Para obtener listas más detalladas, consulte

Ley de Edholm

La ley de Edholm , propuesta y nombrada en honor a Phil Edholm en 2004, [11] sostiene que el ancho de banda de las redes de telecomunicaciones se duplica cada 18 meses, lo que ha demostrado ser cierto desde la década de 1970. [11] [12] La tendencia es evidente en los casos de Internet , [11] celular (móvil), LAN inalámbrica y redes de área personal inalámbricas . [12]

El MOSFET (transistor de efecto de campo de semiconductor de óxido metálico) es el factor más importante que permite el rápido aumento del ancho de banda. [13] El MOSFET (transistor MOS) fue inventado por Mohamed M. Atalla y Dawon Kahng en Bell Labs en 1959, [14] [15] [16] y se convirtió en el componente básico de la tecnología de telecomunicaciones moderna . [17] [18] El escalamiento continuo de MOSFET , junto con varios avances en la tecnología MOS, ha hecho posible tanto la ley de Moore ( el número de transistores en los chips de circuitos integrados se duplica cada dos años) como la ley de Edholm (el ancho de banda de las comunicaciones se duplica cada 18 meses). [13]

Referencias

  1. ^ Douglas Comer , Redes informáticas e Internet, página 99 y siguientes, Prentice Hall 2008.
  2. ^ Fred Halsall, Datos+comunicaciones y redes de computadoras, página 108, Addison-Wesley, 1985.
  3. ^ Programa de la Academia de redes de Cisco: guía complementaria de CCNA 1 y 2, Volym 1–2, Cisco Academy 2003
  4. ^ Behrouz A. Forouzan, Comunicaciones de datos y redes , McGraw-Hill, 2007
  5. ^ Chou, CY; et al. (2006). "Modelado de la sobrecarga de paso de mensajes". En Chung, Yeh-Ching; Moreira, José E. (eds.). Avances en computación en red y generalizada: Primera conferencia internacional, GPC 2006. Springer. págs. 299–307. ISBN 3540338098.
  6. ^ "¿Qué es el ancho de banda? Definición y detalles". www.paessler.com . Consultado el 18 de abril de 2019 .
  7. ^ Lee, Jack (2005). Sistemas escalables de transmisión continua de medios: arquitectura, diseño, análisis e implementación. John Wiley & Sons . pág. 25. ISBN 9780470857649.
  8. ^ Stanković, Radomir S.; Astola, Jaakko T. (2012). "Reminiscencias de los primeros trabajos en DCT: entrevista con KR Rao" (PDF) . Reimpresiones de los primeros días de las ciencias de la información . 60 . Consultado el 13 de octubre de 2019 .
  9. ^ Lea, William (1994). Vídeo a la carta: Documento de investigación 94/68. Biblioteca de la Cámara de los Comunes . Archivado desde el original el 20 de septiembre de 2019. Consultado el 20 de septiembre de 2019 .
  10. ^ Low, Jerry (27 de marzo de 2022). "¿Cuánto ancho de banda de alojamiento necesito para mi sitio web?". WHSR .
  11. ^ abc Cherry, Steven (2004). "Ley de Edholm del ancho de banda". IEEE Spectrum . 41 (7): 58–60. doi :10.1109/MSPEC.2004.1309810. S2CID  27580722.
  12. ^ ab Deng, Wei; Mahmoudi, Reza; van Roermund, Arthur (2012). Formación de haces multiplexados en el tiempo con transformación espacio-frecuencia . Nueva York: Springer. p. 1. ISBN 9781461450450.
  13. ^ ab Jindal, Renuka P. (2009). "De milibits a terabits por segundo y más allá: más de 60 años de innovación". 2009 2nd International Workshop on Electron Devices and Semiconductor Technology . págs. 1–6. doi :10.1109/EDST.2009.5166093. ISBN 978-1-4244-3831-0. Número de identificación del sujeto  25112828.
  14. ^ "1960 - Se demuestra el transistor semiconductor de óxido metálico (MOS)". El motor de silicio . Museo de Historia de la Computación .
  15. ^ Lojek, Bo (2007). Historia de la ingeniería de semiconductores . Springer Science & Business Media . Págs. 321-3. ISBN. 9783540342588.
  16. ^ "¿Quién inventó el transistor?". Computer History Museum . 4 de diciembre de 2013. Consultado el 20 de julio de 2019 .
  17. ^ "El triunfo del transistor MOS". YouTube . Computer History Museum . 6 de agosto de 2010. Archivado desde el original el 7 de noviembre de 2021 . Consultado el 21 de julio de 2019 .
  18. ^ Raymer, Michael G. (2009). La red de silicio: física para la era de Internet. CRC Press . p. 365. ISBN 9781439803127.