Sebuah pertimbangan yang sangat penting dalam komunikasi data adalah seberapa cepat kita dapat mengirim data, dalam bit per detik, lebih dari saluran. Data rate tergantung pada tiga faktor:
1.Bandwidth yang tersedia
2. Tingkat sinyal kita menggunakan
3.Kualitas saluran (tingkat kebisingan)
Dua rumus teoritis dikembangkan untuk menghitung data rate: satu per Nyquist untuk saluran bersuara, lain dengan shannon untuk saluran berisik. Saluran tak bersuara; Nyquist Bit rate
Untuk bersuara, bit Nyquist rumus tingkat mendefinisikan tingkat maksimum bit teoritis
Dalam rumus ini, bandwidth adalah bandwidth saluran, L adalah jumlah tingkat sinyal yang digunakan untuk mewakili data, dan BitRate adalah bit rate dalam bit per detik.
Menurut rumus, kita mungkin berpikir bahwa, mengingat bandwidth tertentu, kita bisa memiliki bit rate yang kita inginkan dengan meningkatkan jumlah tingkat sinyal.Ide Altough secara teoritis benar, praktis ada batasnya.Ketika kita meningkatkan jumlah tingkat sinyal, kita memaksakan beban pada receiver. Jika jumlah tingkatan dalam sinyal hanya 2, penerima dapat dengan mudah membedakan antara 0 dan 1. Jika tingkat sinyal adalah 64, penerima harus sangat canggih untuk membedakan antara 64 tingkat yang berbeda. Dengan kata lain, meningkatkan tingkat sinyal mengurangi keandalan sistem.
Contoh 3.33
Apakah teorema Nyquist bit rate setuju dengan bit rate intuitif menjelaskan secara tranmisi baseband?
Solusi
Mereka cocok ketika kita hanya memiliki dua tingkat. Kami mengatakan, dalam tranmisi baseband, kecepatan bit adalah 2 kali bandwidth jika kita hanya menggunakan harmonik pertama dalam kasus terburuk. Namun, rumus Nyquist lebih umum dari apa yang kita diperoleh secara intuitif, yang dapat diterapkan untuk transmisi baseband dan modulasi. Selain itu, dapat diterapkan ketika kita memiliki dua atau lebih tingkat sinyal.
Contoh 3,34
Pertimbangkan saluran bersuara dengan bandwidth 3000 Hz transmisi sinyal dengan dua tingkat sinyal. Bit rate maksimum dapat dihitung sebagai
BitRate = 2 x 3000 x log22 = 6000 bps Contoh 3,35
Pertimbangkan saluran bersuara sama transmisi sinyal dengan empat tingkat sinyal (untuk setiap tingkat, kami mengirimkan 2 bit). Bit rate maksimum dapat dihitung sebagai
BitRate = 2 x 3000 x log24 = 12.000 bps Contoh 3,36
Kita perlu mengirim 265 kbps melalui saluran tanpa suara dengan bandwidth 20 kHz. Berapa banyak tingkat sinyal yang kita butuhkan?
Solusi
Kita dapat menggunakan rumus Nyquist seperti yang ditunjukkan: 265.000 = 2 x 20.000 x log 2L
Log2L = 6,625 L =6,625= 98,7 2 tingkat
Karena hasil ini bukan kekuatan 2, kita perlu baik meningkatkan jumlah level atau mengurangi bit rate. Jika kita memiliki 128 tingkat, kecepatan bit adalah 280 kbps. Jika kita memiliki 64 tingkat, kecepatan bit adalah 240 kbps.
Noise(berisik) Channel: Shannon Kapasitas
Pada kenyataannya, kita tidak bisa memiliki saluran bersuara; kusam selalu berisik. Pada tahun 1994, Claude Shannon memperkenalkan formula, disebut kapasitas Shannon, untuk menentukan data rate teoritis tertinggi untuk untuk saluran bising:
Kapasitas = bandwidth x log 2(1 + SNR)
Dalam rumus ini, bandwidth bandwidth yang kusam, SNR adalah sinyal-to noise rasio, dan kapasitas adalah kapasitas saluran dalam bit per detik.Perhatikan bahwa dalam rumus Shannon tidak ada indikasi tingkat sinyal, yang berarti bahwa tidak peduli berapa tingkat yang kita miliki, kita tidak bisa mencapai hal data rate lebih tinggi dari kapasitas saluran. Dengan kata lain, rumus mendefinisikan karakteristik cahnnel, bukan metode transmisi.
Contoh 3,37
Pertimbangkan sebuah saluran yang sangat berisik di mana nilai dari rasio signal-to noise hampir nol. Dengan kata lain, suara begitu kuat sehingga sinyal pingsan. Untuk saluran ini C kapasitas dihitung sebagai
Ini berarti bahwa kapasitas saluran ini adalah nol terlepas dari bandwidth.Dengan kata lain, kita tidak dapat menerima data melalui saluran ini.
Contoh 3,38
Kita bisa menghitung bit rate tertinggi teoritis saluran telepon biasa. Sebuah telepon biasanya memiliki bandwidth 3000 Hz (300-3300 Hz) yang ditugaskan untuk komunikasi data. Rasio sinyal-noise biasanya 3162. Untuk saluran ini kapasitas dihitung sebagai
C = B log 2 (1 + SNR) = 300 log 2 (1 + 3162) = 3000 log 2
3163
= 3000 x11.62 = 34.860 bps
Ini berarti bahwa bit rate tertinggi untuk jalur telepon adalah 34,860 kbps. Jika kita ingin mengirim data lebih cepat dari ini, kita dapat meningkatkan bandwidth dari garis atau meningkatkan rasio signal-to-noise.
Contoh 3,39
Rasio sinyal-noise sering diberikan dalam desibel. Asumsikan bahwa SNR = 36
dB dan bandwidth saluran adalah 2 MHz. Kapasitas saluran teoritis dapat dihitung sebagai
SNRdB= 10 log10SNR SNR = 10 SNRdB/10
SNR = 103,6= 3981 C = B log 2 (1 + SNR) = 2 x 10 6 x log2 3982 = 24 Mbps
Contoh 3,40
Untuk tujuan partical, ketika SNR sangat tinggi, kita dapat mengasumsikan bahwa SNR + 1 adalah hampir sama dengan SNR. Dalam kasus ini, kapasitas saluran teoritis dapat disederhanakan
C = B xdBSNR / 3
Sebagai contoh, kita dapat menghitung kapasitas teoritis dari contoh sebelumnya sebagai
C = 2 MHz x 36/3 = 24 Mbps
Dalam prakteknya, kita perlu menggunakan kedua methids untuk menemukan batas dan tingkat sinyal. Mari kita tunjukkan ini dengan sebuah contoh.
Contoh 3.41 kita memiliki saluran dengan bandwidth 1-MHz. SNR untuk saluran ini adalah 63. Apa bit rate appropriete dan tingkat sinyal?
Solusi
Pertama, kita menggunakan rumus Shannon untuk menemukan batas atas C = B log 2(1 + SNR) = 10 log 6
2(1 + 63) = 10 6
2 log 64 = 6 Mbps
Rumus shannon memberi kita 6 Mbps, batas atas.Untuk meningkatkan kinerja kita memilih sesuatu yang lebih rendah, 4 Mbps, misalnya. Kemudian kita menggunakan rumus Nyquist untuk menemukan jumlah tingkat sinyal.
4 Mbps = 2 x 1 MHz x log 2 L L = 4
3.6 KINERJA
Sampai sekarang, kita telah membahas alat-alat transmisi data (sinyal) melalui jaringan dan bagaimana data berperilaku. Salah satu isu penting dalam jaringan adalah kinerja dari jaringan-bagaimana goog itu? Kami membahas berkualitas jika pelayanan, pengukuran keseluruhan kinerja jaringan, secara lebih rinci dalam bab 24. Pada bagian ini, kami
memperkenalkan istilah yang kita butuhkan untuk bab-bab mendatang.
Bandwidth
Salah satu karakteristik yang mengukur kinerja jaringan adalah bandwidth. Namun, istilah ini dapat digunakan dalam dua konteks yang berbeda dengan dua nilai pengukuran yang berbeda; bandwidth dalam hertz dan bandwidth dalam bit per detik.
Kita telah membahas konsep ini. Bandwidth dalam hertz adalah rentang frekuensi yang terkandung dalam sinyal komposit atau rentang frekuensi saluran bisa lewat. Sebagai contoh, kita dapat mengatakan bandwidth dari saluran telepon pelanggan adalah 4 kHz.
Bandwidth di Bit per detik
Bandwidth yang panjang juga dapat merujuk pada jumlah bit per detik yang saluran, link, atau bahkan jaringan dapat mengirimkan. Sebagai contoh, dapat dikatakan bandwidth jaringan Ethernet cepat (atau link dalam jaringan ini) adalah maksimal 100 Mbps. Ini berarti bahwa jaringan ini dapat mengirim 100 Mbps.
Hubungan :
Ada hubungan eksplisit antara bandwidth dalam hertz dan bandwidth dalam bit per detik. Pada dasarnya, peningkatan bandwidth dalam hertz berarti peningkatan bandwidth dalam bit per detik. Hubungan ini tergantung pada apakah kita memiliki suami transmisi dengan modulasi. Kami membahas hubungan ini dalam Bab 4 dan 5.
Dalam jaringan, kita menggunakan bandwidth yang panjang dalam dua konteks.
Bandwidth, pertama dalam hertz, mengacu pada rentang frekuensi
dalam sinyal komposit atau rentang frekuensi yang bisa lewat saluran
Bandwidth, urutan kedua dalam bit per detik, mengacu pada kecepatan transmisi bit pada suatu saluran atau link.
Contoh 3,42
Bandwidth dari sebuah saluran langganan adalah 4 kHz untuk suara atau data. Bandwidth dari baris ini untuk transmisi data bisa sampai 56.000 bps dengan menggunakan modem canggih untuk mengubah sinyal digital ke analog.
Contoh 3,43
Jika perusahaan telepon meningkatkan kualitas garis dan meningkatkan bandwidth sampai 8 kHz, kita dapat mengirim 112.000 bps dengan menggunakan teknologi yang sama seperti yang disebutkan dalam Contoh 3.42
Throughput
Throughput adalah jika diukur seberapa cepat kita dapat benar-benar mengirim data melalui jaringan. Altough, sekilas, bandwidth dalam bit per detik dan troughput tampak sama, mereka berbeda. Sebuah link mungkin memiliki bandwidth B bps, tapi kita hanya bisa mengirim 'l' bps melalui link ini dengan T selalu kurang dari B. Dengan kata lain, bandwidth adalah pengukuran potensi link; throughput merupakan ukuran sebenarnya dari seberapa cepat kita cant mengirim data.Sebagai contoh, kita mungkin memiliki link dengan bandwidth 1 Mbps, namun perangkat yang terhubung ke akhir link dapat menangani hanya 200 kbps. Ini berarti bahwa kita tidak bisa mengirim lebih dari 2000 kbps untuk transmist link ini.
Bayangkan sebuah jalan raya yang dirancang untuk mengirimkan 1000 menit mobil eh dari satu titik ke titik lain.Namun, jika ada kemacetan di jalan, angka ini dapat dikurangi sampai 100 mobil per menit. Bandwidth
adalah 1000 mobil per menit; troughput adalah 100 mobil per menit. Contoh 3.44
Sebuah jaringan dengan bandwidth 10 Mbps dapat lulus hanya rata-rata 12.000 frame per menit dengan setiap frame membawa rata-rata 10.000 bit. Apakah throuhput jaringan ini?
Solusi
Kita bisa menghitung troughput sebagai Troughput =
Troughput ini hampir seperlima dari banwidth dalam kasus ini. Latency (delay)
Latency atau delay atau keterlambatan mendefinisikan berapa lama untuk seluruh pesan untuk benar-benar sampai pada tujuan dari waktu sedikit fisrt dikirim keluar dari sumber. Kita dapat mengatakan latensi yang terbuat dari empat komponen; propagasi waktu, waktu transmisi, waktu antrian dan pengolahan penundaan.
Latency = waktu propagasi + waktu transmisi + waktu antrian + pengolahan keterlambatan
Waktu Propagasi
Waktu propagasi mengukur waktu yang diperlukan untuk sedikit untuk perjalanan dari sumber ke tujuan. Waktu propagasi dihitung dengan membagi jarak dengan kecepatan propagasi.
Propagasi waktu
Kecepatan propagasi dari sinyal elektromagnetik tergantung pada media dan dalam frekuensi sinyal.Sebagai contoh, dalam ruang hampa, cahaya disebarkan dengan kecepatan 3x108 m/s. Hal ini lebih rendah di udara, itu jauh lebih rendah dalam kabel.
Contoh 3,45
Apakah waktu propagasi jika jarak antara dua titik adalah 12.000 km? Asumsikan kecepatan propagasi menjadi 2,4 x 10 8m / s dalam kabel.
Solusi
Kita dapat menghitung waktu propagasi sebagai
Propagasi waktu = 50 ms
Contoh ini menunjukkan bahwa sedikit dapat pergi di atas Samudera Atlantik di hanya 50 ms jika ada kabel langsung antara sumber dan tujuan.
Transmisi Waktu
Dalam komunikasi data kita tidak mengirim hanya 1 bit, kita mengirim pesan. Bit pertama mungkin memerlukan waktu yang sama untuk waktu propagasi untuk mencapai destionation tersebut; bit terakhir juga dapat mengambil jumlah waktu yang sama. Namun, ada waktu antara bit pertama meninggalkan pengirim dan bagian terakhir yang tiba di penerima. Bit pertama daun sebelumnya dan datang lebih awal; bagian terakhir daun kemudian dan tiba kemudian. Door waktu transmisi yang diperlukan dari pesan tergantung pada ukuran pesan dan bandwidth kusam itu.
Contoh 3.46
Apa waktu propagasi dan waktu transmisi untuk pesan 2,5 kbyte (email) jika bandwidth jaringan adalah 1 Gbps? Asumsikan bahwa jarak antara pengirim dan penerima adalah 12.000 km dan cahaya yang bergerak pada 2.4x10 8 m / s.
Solusi
Kita dapat menghitung waktu propagasi dan transmisi sebagai
Propagasi waktu = 50 ms
Waktu Transmisi
Catatan bahwa dalam kasus ini, karena pesan singkat dan bandwidth tinggi, faktor dominan adalah waktu propagasi, bukan waktu transmisi. Waktu transmisi dapat diabaikan.
Contoh 3.47
Apa waktu propagasi dan waktu transmisi untuk pesan 5-Mbyte (foto) jika bandwidth jika jaringan adalah 1 Mbps?Asumsikan bahwa jarak antara pengirim dan penerima adalah 12.000 km dan ditempuh cahaya pada 2,4 x 10
8 m / s.
Solusi
Kita bisa menghitung propagasi dan transmisi kali sebagai
Propagasi waktu = 50 ms
Waktu Transmisi
Catatan bahwa dalam kasus ini, karena pesan tersebut sangat panjang dan bandwidth tidak terlalu tinggi, faktor dominan adalah waktu transmisi, bukan waktu propagasi. Waktu propagasi dapat diabaikan.
Antrian Waktu
Komponen ketiga dalam latency adalah waktu antrian, waktu yang dibutuhkan untuk setiap perangkat menengah atau akhir untuk hols pesan sebelum dapat diproses. Waktu antrian bukan merupakan faktor perbaikan; berubah dengan beban yang dikenakan pada jaringan. Ketika ada lalu lintas yang padat pada jaringan, waktu antrian meningkat. Sebuah perangkat menengah, banyak
pesan seperti itu, setiap pesan harus menunggu. Bandwidth-tunda Produk
Bandwidth dan delay adalah metrik kinerja dua jika link. Namun, seperti akan kita lihat dalam bab bab ini dan masa depan, apa yang sangat penting dalam komunikasi data adalah produk dari dua, produk bandwidth-delay. Mari kita claborate dalam kasus ini, menggunakan dua kasus hipotetis sebagai contoh.
case 1: Gambar 3,31 Menunjukkan kasus 1.
Sosok 3.31 mengisi link dengan hits untuk kasus 1
Mari kita asumsikan bahwa kita memiliki link dengan bandwidth 1 bps (realistis, tetapi baik untuk tujuan demonstrasi). Kami juga menganggap
bahwa penundaan dari link adalah 5 detik (juga tidak realistis). Kami ingin melihat apa produk bandwidth-delay berarti dalam kasus ini.
Melihat gambar, kita dapat mengatakan bahwa ini prodict 1 x 5 adalah jumlah bit maksimum yang dapat mengisi link. Tidak mungkin ada lebih dari 5 bit setiap saat di link.
Kasus 2.Sekarang asumsikan kita memiliki bandwidth 4 bps. Gambar
3.23 menunjukkan bahwa ada bisa maksimal 4 x 5 = 20 bit di telepon. Alasannya adalah bahwa, pada setiap detik, ada 4 bit pada baris; durasi setiap bit adalah 0,25 s.
Gambar 3.32 mengisi link dengan bit dalam kasus 2
Dua kasus di atas menunjukkan bahwa priduct bandwidth dan delay adalah jumlah bit yang dapat mengisi link. Pengukuran ini importan jika kita perlu untuk mengirimkan data dalam burs ts dan menunggu
pengakuan meledak setiap sebelum mengirim berikutnya.Untuk
menggunakan capacibility maksimum link, kita perlu membuat ukuran meledak 2 kali kami produk dari bandwidth dan delay, kita perlu mengisi saluran full-duplex (dua arah).Pengirim harus mengirimkan ledakan data (2 x bandwidth yang x delay) bit. Pengirim kemudian menunggu acknowledment penerima untuk bagian dari ledakan sebelum mengirim ledakan lain. Jumlah bandwidth yang 2 x x delay adalah jumlah bit yang dapat dalam transisi setiap saat.