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 puede caracterizarse 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 su uso en el procesamiento de señales , las comunicaciones inalámbricas , la transmisión de datos por módem , las comunicaciones digitales y la electrónica , donde el ancho de banda se refiere al ancho de banda de la señal medido en hercios , es decir, el rango de frecuencia entre la frecuencia más baja y la más alta alcanzables, cumpliendo con un nivel de atenuación 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.

El término ancho de banda a veces se refiere a la tasa de bits neta , la tasa de bits pico , la tasa de información , 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.

El ancho de banda consumido en bits/s corresponde al rendimiento logrado o rendimiento efectivo , es decir, la tasa promedio de transferencia de datos exitosa a través de una ruta de comunicación. El ancho de banda consumido puede verse afectado por tecnologías como la conformación del ancho de banda , la gestión del ancho de banda , la limitación del ancho de banda , el límite de ancho de banda , la asignación de ancho de banda (por ejemplo, protocolo de asignación de ancho de banda y 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 datos (o rendimiento efectivo). Por ejemplo, un canal con x bits/s no necesariamente transmite datos a una velocidad x , ya que los protocolos, el cifrado y otros factores pueden añadir una sobrecarga considerable. Por ejemplo, gran parte del tráfico de internet utiliza el protocolo de control de transmisión (TCP), que requiere un intercambio de tres partes para cada transacción. Si bien en muchas implementaciones modernas el protocolo es eficiente, añade una sobrecarga significativa en comparación con protocolos más sencillos. Además, pueden perderse paquetes de datos, lo que reduce aún más el rendimiento útil de datos. En general, para cualquier comunicación digital eficaz, se necesita un protocolo de trama; 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.

El ancho de banda asintótico (formalmente rendimiento asintótico ) para una red es la medida del rendimiento máximo para una fuente voraz , por ejemplo, cuando el tamaño del mensaje (el número de paquetes por segundo desde una fuente) se aproxima a la cantidad máxima. ^{[ 5 ]}

El ancho de banda asintótico se suele estimar enviando varios mensajes de gran tamaño a través de la red y midiendo el rendimiento de extremo a extremo. Al igual que 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 % superior. ^{[ 6 ]}

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 excesivamente altos de los medios digitales sin comprimir , el ancho de banda multimedia necesario puede reducirse 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 discreta del coseno (DCT), 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, pudiendo alcanzar una relación de compresión de datos de hasta 100:1 en comparación con los medios sin comprimir. ^{[ 9 ]}

En el servicio de alojamiento web , el término ancho de banda se usa a menudo para describir la cantidad de datos transferidos hacia o desde el sitio web o servidor dentro de un período de tiempo determinado, por ejemplo, el consumo de ancho de banda acumulado durante un mes medido en gigabytes por mes. ^{[ 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 darse también para los proveedores de servicios de Internet para usuarios finales , especialmente cuando la capacidad de la red es limitada (por ejemplo, en áreas con conectividad a Internet poco desarrollada y en redes inalámbricas).

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 cual se ha demostrado 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 metal-óxido-semiconductor) 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 ]} La continua miniaturización del MOSFET , junto con varios avances en la tecnología MOS, ha permitido 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 comunicación se duplica cada 18 meses). ^{[ 13 ]}