پهنای باند شبکه یا Bandwidth چیست؟

پهنای باند شبکه معیاری است که حداکثر ظرفیت یک لینک ارتباطی سیمی یا بی سیم را برای انتقال داده‌ها از طریق اتصال شبکه در مدت زمان معین نشان می‌دهد. معمولا Bandwidth برحسب بیت، کیلوبیت، مگابیت یا گیگابیتی نشان داده می‌شود که می‌تواند در 1 ثانیه منتقل شود.

همانند ظرفیت، پهنای باند نرخ انتقال داده را مشخص می‌کند. برخلاف یک تصور غلط رایج، پهنای باند معیاری برای سنجش سرعت شبکه نیست.

پهنای باند چگونه کار می‌کند؟

هرچه یک اتصال داده پهنای باند بیشتری داشته باشد، داده‌های بیشتری را می‌تواند در یک زمان مشخص ارسال و دریافت کند. می‌توان پهنای باند را با حجم آبی که می‌تواند در یک لوله جریان داشته باشد، مقایسه کرد. هرچه قطر لوله بیشتر باشد، در یک زمان مشخص میزان آب بیشتری می‌تواند از آن عبور کند.

Bandwidth بر اساس همین اصل کار می‌کند. هرچه ظرفیت پیوند ارتباطی بیشتر باشد، داده‌های بیشتری می‌توانند در هر ثانیه از آن عبور کنند.

هزینه اتصال به شبکه با افزایش Bandwidth افزایش می‌یابد. بنابراین، پیوند 1 گیگابیت در ثانیه‌ی (Gbps) دسترسی به اینترنت اختصاصی (DIA) گران‌تر از پیوندی است که می‌تواند 250 مگابیت در ثانیه (Mbps) توان عملیاتی را مدیریت کند.

مقایسه پهنای باند و سرعت

معمولا کلمات پهنای باند و سرعت به جای هم استفاده می‌شوند که درست نیست. دلیل این ابهام می‌تواند تا حدی به دلیل تبلیغات ارائه دهندگان خدمات اینترنتی (ISP) باشد که این دو را بیشتر به معنای سرعت و بجای یکدیگر به کار می‌برند.

بطور کلی، سرعت به سرعت انتقال داده‌ها اشاره دارد، درحالی‌که پهنای باند به ظرفیت آن سرعت اطلاق می‌شود. با فرض مجدد مثال آب که در بالا ذکر شد، سرعت به این اشاره دارد که آب با چه سرعتی می‌تواند در یک لوله جریان داشته باشد اما پهنای باند به میزان آبی اطلاق می‌شود که می‌تواند در یک بازه زمانی معین از طریق لوله جابجا شود.

چرا Bandwidth مهم است؟

Bandwidth یک منبع نامحدود نیست. در هر مکان معینی مانند خانه یا محیط کار، تنها ظرفیت محدودی وجود دارد. گاهی اوقات، این محدودیت به دلیل محدودیت فیزیکی دستگاه‌های شبکه مانند روتر یا مودم، کابل کشی یا فرکانس‌های بی سیم مورد استفاده است. در برخی موارد نیز معمولا Bandwidth توسط مدیر شبکه یا متصدی اینترنت (یا WAN) محدود می‌شود.

دستگاه‌هایی که از یک اتصال استفاده می‌کنند باید پهنای باند مشترکی داشته باشند. برخی از دستگاه‌ها، مانند تلویزیون‌هایی که ویدیوهای 4K را پخش می‌کنند، پهنای باند را تسخیر می‌کنند. در مقابل، یک وبینار معمولاً از Bandwidth بسیار کمتری استفاده می‌کند.

اگرچه سرعت و پهنای باند قابل تعویض نیستند اما داشتن پهنای باند بیشتر برای حفظ تلرانس سرعت در چندین دستگاه ضروریست. برای بهتر نشان دادن این موضوع، در ادامه میانگین پهنای باند مصرف شده برای سرویس‌های مختلف آورده شده است:

نحوه اندازه گیری Bandwidth

Bandwidth به طور معمول برحسب بیت در ثانیه (bps) بیان می‌شود اما چون لینک‌های شبکه مدرن ظرفیت بسیار بیشتری دارند، امروزه پهنای باند اغلب به صورت مگابیت بر ثانیه یا گیگابیت بر ثانیه بیان می‌شود.

اتصالات پهنای باند می‌توانند متقارن (به این معنی که ظرفیت داده برای آپلود و دانلود یکسان است) و یا نامتقارن (به این معنی که ظرفیت دانلود و آپلود برابر نیست) باشند.

در اتصالات نامتقارن، ظرفیت آپلود معمولاً کمتر از ظرفیت دانلود است که این مساله در اتصالات پهن باند اینترنت در سطح مشتری رایج است. پیوندهای WAN و DIA سطح سازمانی معمولاً دارای پهنای باند متقارن هستند.

بررسی‌های لازم برای محاسبه Bandwidth

پیشرفت‌های فناوری برخی از محاسبات پهنای باند را پیچیده‌تر کرده که می‌تواند به نوع پیوند شبکه مورد استفاده نیز بستگی داشته باشد. به عنوان مثال، فیبر نوری با استفاده از انواع مختلف امواج نور و تسهیم بخش‌های زمانی می‌تواند داده‌های بیشتری را از طریق یک اتصال در یک زمان در مقایسه با اترنت مسی منتقل کند، که به طور موثر باعث افزایش پهنای باند آن می‌شود.

در شبکه‌های داده تلفن همراه، مانند Long-Term Evolution، یا LTE و 5G، پهنای باند به صورت محدوده فرکانس‌هایی تعریف می‌شود که اپراتورها می‌توانند از کمیسیون ارتباطات فدرال و اداره مخابرات برای استفاده در کشورشان مجوز بگیرند.

این طیف نمی‌تواند توسط کسی غیر از صاحب مجوز آن کسب‌وکار استفاده شود. در این حالت اپراتور می‌تواند از فناوری‌های بی سیم برای انتقال داده‌ها در آن محدوده استفاده کند تا به بیشترین پهنای باندی که سخت افزار پشتیبانی می‌کند دست یابد.

از طرف دیگر، محدوده وای فای بدون مجوز نیز ارائه می‌شود. بنابراین، هر کسی که یک نقطه دسترسی Wi-Fi (Access Point یا به اختصار AP) یا روتر Wi-Fi داشته باشد، می‌تواند یک شبکه بی سیم ایجاد کند.

اما نکته مهم اینجاست که بازه تضمینی همواره در دسترس نخواهد بود. بنابراین، پهنای باند Wi-Fi در زمان‌هایی که سایر APهای Wi-Fi می‌خواهند از برخی یا همه فرکانس‌های مشابه استفاده کنند، ممکن است دچار اختلال شود.

پهنای باند مؤثر (بالاترین نرخ انتقال قابل اطمینانی که یک پیوند می‌تواند در هر فناوری انتقال ارائه دهد) را می‌توان با استفاده از آزمایش Bandwidth اندازه گیری کرد. در طول آزمایش پهنای باند، ظرفیت پیوند با اندازه‌گیری مکرر زمان لازم برای خروج یک فایل خاص از مبدا و دانلود موفقیت‌آمیز در مقصد تعیین می‌شود.

پس از تعیین پهنای باند مصرفی در سراسر شبکه، باید دید برنامه‌ها و داده‌ها در کجا قرار دارند و میانگین پهنای باند مورد نیاز آن‌ها برای هر کاربر و نشست محاسبه می‌شود.

برای درک میزان Bandwidth شبکه یا پهنای باند اینترنت، این چهار مرحله را دنبال کنید:

1. تعیین کنید که کدام برنامه‌ها مورد استفاده قرار خواهند گرفت.
2. پهنای باند مورد نیاز هر برنامه را تعیین کنید.
3. الزامات برنامه کاربردی هر برنامه را در تعداد کاربران همزمانی که مورد نظر است ضرب کنید.
4. تمام اعداد پهنای باند برنامه را با هم جمع کنید.

برای تعیین نیازهای پهنای باند برای ابرهای عمومی یا خصوصی در سراسر اینترنت یا پیوندهای WAN نیز همین محاسبه انجام می‌شود.

با این حال، تفاوت در این است که پهنای باند موجود در یک شبکه محلی یا LAN بی سیم معمولاً در مقایسه با اتصالات WAN یا DIA بسیار بیشتر است.

بنابراین، ارزیابی دقیق نیازهای Bandwidth و همچنین نظارت بر استفاده از لینک در طول زمان حیاتیست. نظارت بر میزان پهنای باند استفاده شده در طول روز، هفته، ماه یا سال می‌تواند به مهندسان شبکه کمک کند تا تعیین کنند که آیا یک پیوند WAN/DIA پهنای باند کافی دارد یا خیر و یا نیازمند ارتقای پهنای باند هست یا نه.

هنگامی که شبکه Bandwidth کافی نداشته باشد ، برنامه‌ها و سرویس‌ها عملکرد ضعیفی دارند.

عوامل موثر بر عملکرد شبکه

حداکثر ظرفیت اتصال شبکه تنها یکی از عواملی است که بر عملکرد شبکه تأثیر می‌گذارد. از دست دادن بسته‌ها، تأخیر و نوسان همگی می‌توانند توان عملیاتی شبکه را کاهش داده و باعث ‌شوند پیوندی که ظرفیت بالایی دارد مانند پیوندی که پهنای باند کمتری در اختیار دارد عمل کند.

یک مسیر شبکه end-to-end معمولاً از چندین اتصال تشکیل شده که هر کدام ظرفیت پهنای باند متفاوتی دارند. در نتیجه، پیوندی با کمترین پهنای باند اغلب به عنوان گلوگاه در نظر گرفته می‌شود زیرا می‌تواند ظرفیت کلی همه اتصالات در مسیر را محدود کند.

بسیاری از شبکه‌های سازمانی با چندین پیوند انبوه که به صورت یک اتصال منطقی عمل می‌کنند، راه‌اندازی شده‌اند.

به عنوان مثال، اگر یک سوئیچ آپلینک از چهار اتصال 1 گیگابیت بر ثانیه استفاده کند، ظرفیت عملیاتی موثر 4 گیگابیت در ثانیه دارد. با این حال، اگر دو تا از آن لینک‌ها از کار بیفتند، محدودیت پهنای باند به 2 گیگابیت بر ثانیه کاهش می‌یابد.

پهنای باند برحسب تقاضا

Bandwidth برای پیوندهای اینترنت یا WAN معمولاً با قیمت مشخصی در ماه فروخته می‌شود. با این حال، پهنای باند درخواستی که تخصیص پهنای باند پویا یا پهنای باند انفجاری نیز نامیده می‌شود یک مدل جایگزین است که مشترکین را قادر می‌سازد تا پهنای باند موجود را در زمان‌های خاص یا برای اهداف خاص افزایش دهند.

پهنای باند درخواستی تکنیکی است که می‌تواند ظرفیت اضافی را روی یک پیوند ارتباطی برای تطبیق انفجاری داده‌ای که به طور موقت به پهنای باند بیشتری نیاز دارد، فراهم آورد.

به جای ایجاد بیش از حد شبکه با پیوندهای اختصاصی گران قیمت در طول سال، Bandwidth درخواستی معمولا در شبکه‌های WAN برای افزایش ظرفیت مورد نیاز برای یک رویداد خاص یا زمان‌هایی از روز که انتظار می‌رود ترافیک افزایش یابد، استفاده می‌شود.

برای مثال، یک فروشگاه گل آنلاین ممکن است تنها در هفته‌های منتهی به روز مادر، ظرفیت خود را افزایش دهد. پهنای باند درخواستی، به شرکت‌ها این امکان را می‌دهد که فقط برای پهنای باند اضافی که در مدت زمان کوتاه‌تری مصرف می‌کنند، هزینه کنند.

Bandwidth درخواستی از طریق بسیاری از ارائه دهندگان خدمات اینترنت و WAN در دسترس است. بسته به پیوند شبکه‌ای که مشتری در حال حاضر از آن استفاده می‌کند، یک ارائه دهنده ممکن است بتواند ظرفیت اضافی را در صورت تقاضا با استفاده از اتصال موجود فراهم کند.

به عنوان مثال، یک پیوند 100 مگابیت در ثانیه ممکن است بتواند تا 1 گیگابیت نیز گسترش یابد (انفجاری) زیرا اتصال ارائه دهنده خدمات دارای ظرفیت در دسترس است. اگر مشتری به بیش از حداکثر مطلق پهنای باند موجود در آن لینک نیاز داشت، به اتصال فیزیکی دیگری نیاز است.

گاهی اوقات، یک ISP، مشتریان را قادر می‌سازد تا سقف Bandwidth مشترک خود را بدون دریافت هزینه‌های اضافی افزایش دهند. با این حال، اگر مشتریان بخواهند به طور منظم بیش از 100 مگابیت بر ثانیه را با استفاده از ویژگی انفجاری در اختیار بگیرند، معمولاً باید با استفاده از محاسبات 95 درصدی صورت‌حساب هزینه پرداخت ‌کنند.

SD-WAN فرآیندهای برنامه‌ریزی ظرفیت پهنای باند اختصاصی را تسهیل می‌کند

فناوری SD-WAN می‌تواند با متعادل کردن ترافیک در چندین اتصال WAN و DIA به جای یک اتصال واحد، ظرفیت بیشتری را برای مشتریان فراهم کند. استقرار SD-WAN معمولا از یک MPLS، اتصال یا انواع دیگر پیوندهای انتقال اختصاصی در ترکیب با اینترنت پهن باند کم‌هزینه یا اتصال سلولی استفاده می‌کند.

 چگونه استفاده از پهنای باند را بهینه و نظارت کنیم؟

زمانی که یک پیوند شبکه شلوغ می‌شود مهندسان شبکه چندین انتخاب دارند. رایج‌ترین انتخاب افزایش Bandwidth است که این را می‌توان با ارتقاء قابلیت‌های توان عملیاتی فیزیکی پیوند یا از طریق تجمیع پورت و متعادل سازی بار برای تقسیم منطقی ترافیک در چندین پیوند انجام داد. با این حال، گاهی اوقات استفاده از این تکنیک‌ها ممکن نیست.

همچنین ISPها یا مدیران شبکه ممکن است عمداً سرعت بالا یا پایین انتقال داده‌ها را در شبکه تنظیم کنند (معیاری که به عنوان محدود کردن پهنای باند شناخته می‌شود).

دلایل مختلفی برای کاهش Bandwidth از جمله محدود کردن تراکم شبکه، به ویژه در شبکه‌های دسترسی عمومی وجود دارد.

ISP ها ممکن است از فشارشکن برای کاهش استفاده از پهنای باند توسط کاربر یا دسته‌ای خاص از کاربران استفاده کنند. به عنوان مثال، با قیمت گذاری سطحی، یک ارائه دهنده خدمات می‌تواند منویی از پهنای باند آپلود و دانلود را ارائه دهد.

ISP ها همچنین می‌توانند پهنای باند را کاهش دهند تا امکان استفاده برای تمام کاربران شبکه بطور یکنواخت فراهم شود.

محدود کردن Bandwidth در اینترنت توسط حامیان بی طرفی شبکه مورد انتقاد قرار گرفته است. آنها می‌گویند که این عمل می‌تواند به دلایل سیاسی یا اقتصادی مورد سوء استفاده قرار گیرد و به طور ناعادلانه برخی از مردم را هدف قرار می‌دهد.

با انجام یک تست سرعت می‌توانید ببیند که آیا یک ISP پهنای باند را کاهش می‌دهد یا خیر. تست‌های سرعت، سرعت بین دستگاه و سرور آزمایشی را با استفاده از اتصال اینترنت دستگاه اندازه‌گیری می‌کنند.

ISPها تست‌های سرعت را در وب‌سایت‌های خود ارائه می‌دهند و تست‌های مستقل نیز از خدماتی مانند Speedtest در دسترس هستند.

از آنجایی که عوامل زیادی می‌توانند بر نتایج تست سرعت تأثیر بگذارند، به طور کلی توصیه می‌شود که چندین تست را در ساعات مختلف روز انجام دهید و سرورهای مختلفی را که از طریق سایت تست سرعت در دسترس هستند بکار گیرید. همچنین توصیه می‌شود آزمایش سرعت را از طریق اتصال سیمی انجام دهید.

کاهش انتقال داده عمداً مقدار داده‌های ارسال یا دریافت شده از طریق شبکه را به ویژه به منظور جلوگیری از ارسال هرزنامه یا انبوه ایمیل از طریق سرور محدود می‌کند و می‌توان آن را شکل دیگری از کاهش پهنای باند در نظر گرفت.

اگر در مقیاس به اندازه کافی بزرگ اجرا شود، انتقال داده می‌تواند انتشار ویروس‌های رایانه‌ای، کرم‌ها یا سایر بدافزارها را از طریق اینترنت کنترل کند.

ابزارهای نظارت بر پهنای باند شبکه برای کمک به شناسایی مشکلات عملکرد، مانند یک روتر معیوب یا یک رایانه آلوده به بدافزار که در یک حمله DDoS شرکت می‌کند، در دسترس هستند.

همانطور که قبلا ذکر شد، نظارت بر Bandwidth می‌تواند به مدیران شبکه کمک کند تا برای رشد شبکه در آینده برنامه‌ریزی بهتری داشته باشند و ببینند پهنای باند شبکه بیشتر در کجا مورد نیاز است. همچنین ابزارهای مانیتورینگ می‌توانند به مدیران کمک کنند تا ببینند آیا ISP آنها توافقنامه سطح خدمات را در قراردادشان انجام می‌دهد یا خیر.