放眼整個人類歷史，互聯(lián)網(wǎng)對人類文明的影響怎么評價也不為過的，而其發(fā)端不過是實驗室的產(chǎn)物。所以，一開始根本沒有考慮運營的問題，如與質(zhì)量相關(guān)的帶寬、時延等QOS技術(shù)根本沒有考慮，由于設(shè)計的理念和先天不足，即使后期修補改進，也難以實施。比如最重要的協(xié)議之一：IP協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)中如果評選最差員工獎，IP協(xié)議無疑拔得頭籌，這哥們的理念是盡力而為，聽上去蠻不錯的，實際上卻是毫不負責(zé)。不管IP包是丟失或者損壞，IP協(xié)議從不負責(zé)，那出了問題怎么辦?交給上會的傳輸層或應(yīng)用層，由別人來背黑鍋。想象一下XX快遞公司，把你寄的包裹弄丟了，或是損壞了，一概不管，一切居然要你自己負責(zé)，重新發(fā)貨，那不把你氣得七竅生煙?
在談?wù)搸捛埃覀兪紫纫私鈳挼亩x，澄清一些問題:
帶寬的定義：指在固定的時間可傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，單位是bps(bit per second)。首先要搞清楚單位問題，帶寬肯定是以bit為單位的，比如100M帶寬，就是100M bit,而平常我們下載軟件所顯示的單位都是byte,1byte=8bit，這有個換算。常常有個無知而憤怒的聲音：媽的，我的寬帶是4M的，下載速率才400K左右，電信騙子!
再次，我們要明白ISP給我們開通帶寬的真正含義：它僅僅是指從你家到本地ISP最近接入設(shè)備間線路的帶寬，一般這是你唯一可獨享的線路帶寬，除此這外，全世界任何一個ISP也無法承諾。這是真正和大眾有關(guān)且能控制的，其它很多問題當(dāng)?shù)豂SP也無法解決的。
TCP/IP協(xié)議本來就是基于包交換的，換句話說，是一種帶寬共享的協(xié)議，只能是在線路上獨享帶寬，從來沒有說能在網(wǎng)絡(luò)中獨享帶寬。10年前，ATM協(xié)議還有個虛電路的概念，理論上比IP協(xié)議能更好的承諾帶寬，可惜最后被IP廢成渣了，目前ATM僅在ADSL接入層還有應(yīng)用,大家常常要在ADSL貓里要設(shè)置的VPI,VCI就是ATM協(xié)議最重要的參數(shù)，隨著光纖的普及，ATM將徹底消失了。
假設(shè)以10M帶寬為例，理論上下載速率可以達到10/8=1.25M,但實際上根本不可能，能達到1M就不錯了，這是為什么呢?這其中的原因很復(fù)雜，大概有以下幾個方面：
一、協(xié)議開銷
TCP/IP是一個協(xié)議族，當(dāng)然核心的是TCP和IP協(xié)議，讓我們像剝洋蔥一樣，一層層剝開每一層協(xié)議：
TCP協(xié)議報文格式
由上可見，TCP最小協(xié)議開銷為5X32=160bit(20byte),
IP協(xié)議報文格式
由上可見，IP最小協(xié)議開銷為5X32=160bit(20byte),
Ethernet II幀格式
注此處單位是byte, Ethernet II類型以太網(wǎng)幀的最小長度為64字節(jié)(6+6+2+46+4)，最大長度為1518字節(jié)(6+6+2+1500+4)。Ethernet II最小協(xié)議開銷為6+6+2+4=18byte(144bit)
完整數(shù)據(jù)包
總結(jié)一下：所有協(xié)議的開銷為：14+20+20+4=58byte,按以太網(wǎng)最小數(shù)據(jù)包(46byte)算：其協(xié)議開銷占比58/104=56%,按最大數(shù)據(jù)包(1518byte)算，也就是最大效率：其協(xié)議開銷占比58/1518=3.8%。當(dāng)然每秒在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包大小并無規(guī)律可言，由于應(yīng)用不同，也無法統(tǒng)計出一個大致平均的協(xié)議開銷占比。其實這種算法并不嚴謹，數(shù)據(jù)鏈路層也并不是只有以太網(wǎng)協(xié)議，比如ADSL所用的PPPOE,WIFI的802.11n等等，其中還少算了應(yīng)用層和物理層的開銷，尤其是應(yīng)用層各種協(xié)議種類繁多(難于計算統(tǒng)計)，另外，傳輸層UDP協(xié)議的開銷也會更小一些。這些開銷全部要占用網(wǎng)絡(luò)帶寬，就好比到郵局寄包裹，包裹也是要算重量和費用的。
除此之外，為了維護物理鏈路的連接和各種協(xié)議和應(yīng)用軟件的連接，會定時地傳輸各種協(xié)議報文，類似心跳的報文，有時我們聯(lián)網(wǎng)后，并沒有任何上網(wǎng)動作，但很多協(xié)議已經(jīng)開始工作，有流量和連接產(chǎn)生，可以在DOS窗口下用netstat –a查看傳輸層的連接情況。比如，在思科的設(shè)備上，某些類型的端口(比如最常用的以太口)默認實際只能使用75%的帶寬，剩下那25%是拿來給網(wǎng)絡(luò)間的各種協(xié)議和設(shè)備間的通訊用的，如果無法保證并預(yù)留以上系統(tǒng)應(yīng)用的帶寬，那設(shè)備都宕機或脫網(wǎng)了，帶寬再多又有什么用呢?
二、傳輸問題
傳輸問題也分為幾部分：
1. 接入線路問題。
傳統(tǒng)的寬帶ADSL對線路的要求高，既有距離、介質(zhì)的要求，對電氣干擾也有要求，有一部分ADSL的線路是不達標的，自然其帶寬也不夠。比如電話線的線徑，最初只有電話時，線徑記得只有0.3或0.4毫米，這對通話質(zhì)量基本沒什么影響。但有了ADSL后，影響就大了，中國電信集團要求采用0.5毫米的電話線，同時采用類似網(wǎng)線的雙絞線，以減少干擾。曾經(jīng)看見太平洋網(wǎng)的一篇首頁文章，居然認為電話線太細造成中國帶寬不達標，真是外行的笑話，讓人無語。關(guān)于ADSL線路質(zhì)量是一個很專業(yè)的領(lǐng)域，線徑只是其中一個小小的指標而已，還有諸如雙絞線或平行線方式，主電纜的質(zhì)量，開線率等等指標。同時ADSL經(jīng)過不斷升級，各版本對線路質(zhì)量要求也不同。比如版本ADSL2反而比ADSL支持的線路距離要短，但帶寬增加不少。而線路質(zhì)量也只是帶寬問題中的一小部分。以我在電信工作10幾年的經(jīng)驗，告訴大家一個最靠譜的辦法：在ADSL貓里面可以查看到2種速率，一種是ISP給你配置的帶寬(也就是你向ISP申請的帶寬，一般是1024的整數(shù)倍)，另一種是實際適配的速率，這表示你家的ADSL線路實際能達到的帶寬。如果實際適配速率>配置速率，恭喜，你家的ADSL線路質(zhì)量很好，是達標的。否則，你可以向ISP投訴，要求整改。僅對ADSL而言，其它任何測速方法全是扯蛋。由于ADSL貓的種類太多，查看的方法無法一一舉例，一般在網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)里可以查看到。當(dāng)然這僅是針對你家到ISP這短短幾公里的線路而言，影響帶寬的因素遠不止這些。
目前光纖入戶已經(jīng)開始大量普及，衡量的指標又完全不同，主要是光衰，一般
2. ADSL終端匹配。
ADSL的標準版本很多：ADSL,ADSL2,ADSL2+,ADSL貓和電信DSLAM之間就需要協(xié)商，匹配一個大家都支持的版本。電信的DSLMA設(shè)備都是頂級的設(shè)備制造商的產(chǎn)品，而ADSL貓的質(zhì)量就參差不齊了，在ADSL版本匹配上影響很大，相同條件下，速率不達標，也許只是換個貓，速率就達標了，甚至速率會有成倍的提升。其中的原因是很復(fù)雜的，牽涉到硬件芯片和協(xié)議版本的兼容性，我也只是個門外漢。
3. 干線的傳輸
中國幅員遼闊，城市之間經(jīng)過成百上千公里的光纜連接，遠非彈丸小國可比。在這幾百甚至上千公里的距離，只有光纜嗎?那你就想錯了，光是有衰耗的，所以每隔一段距離都會有中繼站，重新放大光信號。同時為了更大的帶寬，也會設(shè)置光復(fù)用的傳輸設(shè)備。對于傳輸對網(wǎng)絡(luò)的影響，我想起一件事：當(dāng)時在新疆某市開通骨干路由器到烏魯木齊的電路，一般最少是2條電路，走不同路由的干線光纜。在測試的時候發(fā)現(xiàn)(路由器和電路均無負載)，一條電路的時延在10ms左右，另一條卻在20ms左右，難道是傳輸?shù)膯栴}?但經(jīng)過傳輸專業(yè)人員的檢查，指標正常，沒有任何問題。仔細一問，原來第2條光纜的距離有近千公里(實際某市到烏魯木齊的距離不過300多公里)，我很奇怪：光的速度不是30萬公里/秒嗎?這點距離的時間差幾乎可以忽略。但實際上，每臺傳輸設(shè)備大部分都有光電轉(zhuǎn)換的過程，在經(jīng)過無數(shù)個中繼站和波分復(fù)用設(shè)備后，信號被大大的遲延了。由此可見，這只是一個省內(nèi)的情況，對于全中國呢?一個北方的用戶如果訪問南方的游戲服務(wù)器，那會增加多少時延呢?對于傳輸，我是外行，希望有專家能指教一二。
三、設(shè)備問題
主要是網(wǎng)絡(luò)中各種設(shè)備，分2個方面：
1. 轉(zhuǎn)發(fā)性能問題。數(shù)據(jù)包從設(shè)備入口進來，再從出口轉(zhuǎn)發(fā)出去，這之間的時間差就是設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)的時延，時延是帶寬的殺手。網(wǎng)絡(luò)工程師都知道，在衡量設(shè)備性能上，有背板帶寬和包轉(zhuǎn)發(fā)速率等主要參數(shù)。交換機是純硬件轉(zhuǎn)發(fā)的，是最快的，電信級的路由器也基本上是硬件轉(zhuǎn)發(fā)的，而防火墻就慢多了，它要對每個數(shù)據(jù)包進行分析并控制，效率就差多了，所以在ISP骨干網(wǎng)里，是不會有防火墻的。
除了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備外，光傳輸設(shè)備的影響也非常大，小到本地網(wǎng)，大到省內(nèi)，甚至國家骨干網(wǎng)。每臺設(shè)備都要經(jīng)歷光-電-光的轉(zhuǎn)換，時延也在一次次的累加。純光的運算仍只在理論和實驗室中。其中涉及到光網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議開銷，已不在我所熟悉的領(lǐng)域了。
2. 除了ip及以上協(xié)議，每個數(shù)據(jù)包在進入一臺設(shè)備上時先要對數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議進行解包，而在離開設(shè)備時要重新封裝數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，這都是造成時延的因素。在DOS下有個tracert命令，可以查看經(jīng)過的三層以上的設(shè)備(如路由器)，但這其中根本不包括二層及以下的設(shè)備，像交換機，網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備FTTH等，其它傳輸設(shè)備根本不支持ICMP協(xié)議，更無法體現(xiàn)出來，其實我們隨便訪問一個頁面，都要經(jīng)過10臺以上的路由器，而實際每個數(shù)據(jù)包經(jīng)過的設(shè)備要乘以N倍。
綜上所述，網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備成百上千，每臺設(shè)備都不停地處理數(shù)據(jù)包，不斷地累加時延，而帶寬就只有2個參數(shù)：數(shù)據(jù)量/時間，而時延無疑嚴 重影響了帶寬。
四、測速問題
我們常常用軟件或在網(wǎng)站上測速，但在我看來，這并不科學(xué)，也不靠譜。本質(zhì)上所有的測速原理都是通過下載一個大的文件來計算帶寬的，是應(yīng)用層的，而我們的帶寬是純物理層的。比如用迅雷，它計算的下載速率是你下載的文件大小除以時間，這其中根本不管物理層，數(shù)據(jù)鏈路層，網(wǎng)絡(luò)層，傳輸層和應(yīng)用層的所有協(xié)議開銷，而且也不管PC中是否有其它程序同時也在占用網(wǎng)絡(luò)帶寬。真正科學(xué)的方法是從PC的網(wǎng)卡上抓取流量來計算帶寬，但這也僅僅解決了PC側(cè)的計算問題。那么對端呢?測速網(wǎng)站的服務(wù)器帶寬是否夠用?假設(shè)服務(wù)器的帶寬只有100M，而同時有100個人在測速，那每個人測出的最大帶寬也不過只有1M，哪怕你一個人就有100M帶寬。另外服務(wù)器的硬件也可能是瓶頸，目前大部分服務(wù)器還是用傳統(tǒng)硬盤，當(dāng)有成百上千的用戶請求時，即使帶寬足夠，但硬盤的傳輸速率也可能是瓶頸。其實，以上都不是最主要的問題，最主要的是這些測試都是測量PC到遠端服務(wù)器的帶寬，這些服務(wù)器可能在北京，也可能在廣州，可能長達幾千公里的距離。而ISP根本不可能給你承諾幾千公里距離的帶寬，它承諾的只是短短幾公里從你家到ISP設(shè)備間的帶寬。
其實簡單地說，我們所感知的實際帶寬分2部分：接入帶寬和骨干網(wǎng)性能，接入帶寬就是ISP辦理業(yè)務(wù)時承諾的帶寬。對于ISP來說，接入帶寬隨著光纖的普及，將不會成為瓶頸了，骨干網(wǎng)的性能只能通過不斷擴大帶寬，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)來解決。
而骨干網(wǎng)性能就是ISP骨干網(wǎng)的帶寬、容量和優(yōu)化情況，這就是大家所不了解的了。舉個最簡單的例子：某年和某設(shè)備制造商技術(shù)員聊天，談到骨干傳輸帶寬，他說某ISP正準備擴容新疆到北京的互聯(lián)網(wǎng)骨干帶寬，增加一條155M，我笑道：這么可憐的帶寬?要知道電信當(dāng)時到北京的帶寬已經(jīng)是40G了，就算是此ISP擴容完，其骨干帶寬也只有電信的1%。就這么點可憐的帶寬，也因為當(dāng)時此ISP老舊的國外設(shè)備難以和新的國產(chǎn)設(shè)備對接而久拖未決。當(dāng)然此ISP的寬帶價格比電信便宜了將近一半，很多老百姓覺得便宜而選擇了此ISP，但他們永遠無法了解這些真相。所以常常有人說某ISP的10M帶寬還不如另一ISP 2M的快，在中國，論骨干網(wǎng)的性能，北方的聯(lián)通和南方的中國電信比其它ISP強出幾條街，其實這就是中國電信拆分前的那張網(wǎng)絡(luò)。
總之，對大眾來說，帶寬是不靠譜的測試和應(yīng)用上的感知，而真正理性分析后，會發(fā)現(xiàn)這是個非常復(fù)雜的問題，即使羅列了以上因素，我仍然覺得遠遠不夠。只是希望大家能通過這篇文章，大家能理性地探討帶寬的問題，牢騷和叫罵是不能解決問題。也希望此文能拋磚引玉，和其它領(lǐng)域的專家一起探討，以便更全面地看待這個問題。
知乎用戶：
補充幾個啊。
首先樓主沒有澄清帶寬和速率的問題。這個問題非常有意思。
比如我們買了10M的帶寬(大家都叫帶寬，我先借用一下，等一下做進一步澄清)，但網(wǎng)線用百兆以太網(wǎng)接入網(wǎng)絡(luò)的時候(可能是光纖也可能是銅線)，我們的傳輸?shù)乃俾势鋵嵤?00M的!你沒看錯，是100M的。但是你的電腦顯示出來的bps為什么頂多10M?是因為你收包的時候是抽瘋似的一會兒發(fā)一個包，然后靜默一段時間。電腦上測試的是平均速率，而不是真實速率。
100M以太網(wǎng)只能按100M收發(fā)，不可能降速率收發(fā)。這一點非常有趣，但也經(jīng)常把人搞暈。
接下來說帶寬怎么回事。帶寬其實是運營商設(shè)備在某一級設(shè)備(一般是最后一跳)上，設(shè)置了限速。說是限速，其實就是限制平均速度。再解釋一層就是他不停地計算發(fā)給你的byte數(shù)，到了限定的值就緩存，緩存滿了就丟包。注意，如果對端以200M的速率向你發(fā)包，這個包基本上也能到你最后一跳的設(shè)備上，但設(shè)備會根據(jù)設(shè)置丟包。最后的平均值，就是你簽約的值。
下面才說到服務(wù)器和你的電腦最后形成的一個基本傳輸速率。tcp連接建立的時候，雙方會根據(jù)“收包確認ack”的成功率去調(diào)整速率。如果發(fā)端有能力限制(例如網(wǎng)卡是10M的或者其他程序占了網(wǎng)絡(luò)發(fā)包緩存)，包在發(fā)端主機內(nèi)就被丟。如果發(fā)端上行限速，那么他發(fā)出來的包在他的網(wǎng)絡(luò)里就被丟了。否則可能在收方的最后一跳設(shè)備或者收端的主機內(nèi)丟掉。無論哪種丟包，最后都通過tcp的ack去判斷。如果發(fā)現(xiàn)丟的多，發(fā)端會降速，如果丟的少，發(fā)端會嘗試提高發(fā)送速率。
這就是我們看到的電腦顯示出來的網(wǎng)速的由來。有很多因素影響：發(fā)送端計算能力，網(wǎng)絡(luò)能力，以及繁忙程度;發(fā)送端下一跳的限速，發(fā)送端接入他的業(yè)務(wù)服務(wù)商的限速，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)商網(wǎng)絡(luò)擁塞程度，接收端被網(wǎng)絡(luò)服務(wù)商的限速，接收端自己的網(wǎng)絡(luò)繁忙程度，接收端自己的網(wǎng)卡能力，計算能力，以及其他程序占用網(wǎng)絡(luò)程度，以及接收端自身處理數(shù)據(jù)的能力。
先寫這么多吧，細節(jié)上有不少不準確的地方，后面有空完善一下。
答：
帶寬即速率，單位是bps(bit per second)
不明白什么叫電腦顯示速率?在windows系統(tǒng)中顯示的速率是你的電腦和網(wǎng)線另一端設(shè)備協(xié)商出來的，一般是100M或1G,但并沒多少用，因為ISP提供的速率遠低于此，這不是瓶頸。
談到限速，就比較復(fù)雜了，我也不是太清楚，從限制的位置看，大概有幾種吧：
1.端口限速，直接在用戶端口上限速，但這種辦法最笨，現(xiàn)在早不用了，成千上萬的端口都要做數(shù)據(jù)，用戶的端口也會更改，結(jié)果就是完全無法控制和管理。
2.賬號限速，原理不是很清楚，Radius大概是和BRAS聯(lián)動，并沒有作用到用戶端口上。
以上是限速的手段，但限速的算法可多了去了，單桶雙桶三桶，cisco很多算法是不公開的，3層和2層設(shè)備又是不同的算法，更復(fù)雜，我學(xué)藝不精，無法深入討論。
另，TCP滑動窗口，只是TCP層面上的，端到端協(xié)議上的，不是設(shè)備硬件的上的。
標簽： 網(wǎng)絡(luò)帶寬
