Пропускна здатність каналу доступу в Мережу

З повсюдним поширенням комп`ютерних мереж термін «пропускна здатність каналу» став відомий кожному. І якщо раніше інтерес був суто теоретичним, то зараз все зовсім інакше. Розуміння того, що ж ховається за словами «пропускна здатність мережі» дозволяє підібрати найкращого доступного провайдера (тут і далі маються на увазі локальні мережі та Інтернет), а також оптимальним чином налаштувати роботу з мережею.

Перш ніж заглибитися в теорію, розглянемо практичну ситуацію, з якою, на жаль, часто стикаються користувачі Інтернету, які проживають в країнах пострадянського простору. Як відомо, при підключенні послуг доступу в мережу провайдери в своїх тарифних планах вказують швидкості з приставкою «до». Наприклад, «до 10 Мб / с», «до 50 Мб / с» і т.д.

Насправді, пропускна здатність каналу і дана обмовка взаємопов`язані. Уявімо ситуацію, що в якийсь момент часу до мережі провайдера підключається один абонент. Як правило, йому надається повна тарифна швидкість. Переслідуючи економічні цілі, компанія-провайдер продовжує набирати нових абонентів. В результаті стає природною ситуація, коли одноразово ініціюють підключення до мережі безліч користувачів. У одного тариф «до 50 Мб», в іншого, у третього ...

Логічний наслідок - падіння швидкості у всіх нижче заявленої (згадуємо приставку «до»). Починаються дзвінки невдоволених абонентів, загальні проблеми зі зв`язком тощо. У відповідь представники служби підтримки згадують, що пропускна здатність каналу обмежена. Напевно, це знайоме багатьом користувачам. Про що ж ідеться і чому падає швидкість?

У 1920 році американський дослідник-електронник Ральф Хартлі і фізик Гаррі Ніквіст, займаючись питаннями передачі інформації в телеграфії, сформулювали основні особливості процесу передачі даних. Одна з найважливіших - це взаємозв`язок між частотою передачі сигналу і часом. Так, Хартлі сформулював закон, згідно з яким сумарна кількість переданих даних пропорційно використовуваної частоті передачі і часу операції. У 1927 році Ніквіст уточнив, що передається обсяг обмежений подвоєним значенням використовуваної частоти (мається на увазі передача без втрати даних в одиницю часу). Лише в 1940 році Шеннон узагальнив результати їхніх робіт, сформулювавши теорію передачі даних і поняття «пропускна здатність каналу зв`язку».

Діапазон частот, використовуваний каналом для передачі інформації, носить назву «ширина смуги пропускання». З теореми Шеннона випливає, що досягнення максимальної швидкості можливо шляхом збільшення потужності сигналів, смуги пропускання, зниження паразитних шумів. Підвищення швидкості шляхом модуляції сигналу утруднене, оскільки при збільшенні імпульсу знижується їх загальна кількість в одиницю часу, а при ущільненні за допомогою зменшення тривалості одиночного розряду зростає кількість втрат у провіднику. Взагалі, тривалість імпульсу розраховується за формулою, що враховує обрану частоту.

Варто відзначити, що пропускна здатність каналу включає в себе не тільки корисний сигнал, але і шуми. Це можуть бути електромагнітні наведення, властивості провідника, відображення, процес Гаусса та ін. Приймач сприймає повний потік сигналів і відсіває потрібну складову.

Повертаючись до прикладу: при великій кількості підключених абонентів швидко досягається межа сумарного потоку даних для використовуваної провайдером частоти передачі (оптична лінія, радіоканал, мідний провідник). Для вирішення проблеми необхідно збільшувати потужність сигналу, змінювати середовище передачі і частоту (дорогостояще, оскільки вимагає модернізації обладнання), або обмежувати потік даних від кожного абонента, що і робиться.