帯域幅（コンピューティング）

コンピューティングにおいて、帯域幅とは、特定のパスを介したデータ転送の最大速度のことです。帯域幅は、ネットワーク帯域幅^[1] 、データ帯域幅^[2]、デジタル帯域幅^[3 ]などと呼ばれることもあります。 [ ^{4 ]}

この帯域幅の定義は、信号処理、無線通信、モデムデータ伝送、デジタル通信、およびエレクトロニクスの分野とは対照的です。^[要出典]これらの分野では、帯域幅は、信号電力の明確に定義された障害レベルを満たしながら達成可能な最低周波数と最高周波数の間の周波数範囲を意味する、ヘルツで測定されるアナログ信号帯域幅を指すために使用されます。達成できる実際のビットレートは、信号帯域幅だけでなく、チャネル上の ノイズにも依存します。

帯域幅という用語は、デジタル通信システムにおける正味ビット レート、 ピーク ビット レート、情報レート、物理層有効ビット レート、チャネル容量、または論理的または物理的な通信パスの最大スループットを定義することがあります。たとえば、帯域幅テストでは、コンピュータ ネットワークの最大スループットを測定します。リンク上で維持できる最大レートは、これらの通信システムのシャノン ハートレーチャネル容量によって制限されます。これは、ヘルツ単位の帯域幅とチャネル上のノイズ に依存します。

消費された帯域幅（ビット/秒）は、達成されたスループットまたはグッドプット、つまり通信パスを介した正常なデータ転送の平均速度に対応します。消費された帯域幅は、帯域幅シェーピング、帯域幅管理、帯域幅スロットリング、帯域幅キャップ、帯域幅割り当て（たとえば、帯域幅割り当てプロトコルや動的帯域幅割り当て）などのテクノロジによって影響を受ける可能性があります。ビット ストリームの帯域幅は、調査された時間間隔中に消費された平均信号帯域幅（ヘルツ単位）（ビット ストリームを表すアナログ信号の平均スペクトル帯域幅）に比例します。

チャネル帯域幅は、有効なデータ スループット (またはグッドプット) と混同されることがあります。たとえば、xビット/秒のチャネルは、プロトコル、暗号化、およびその他の要因によってかなりのオーバーヘッドが追加される可能性があるため、必ずしもxレートでデータを送信できるとは限りません。たとえば、多くのインターネット トラフィックは、トランザクションごとに3 ウェイ ハンドシェイクを必要とする伝送制御プロトコル(TCP)を使用します。多くの最新の実装では、このプロトコルは効率的ですが、より単純なプロトコルと比較すると、かなりのオーバーヘッドが追加されます。また、データ パケットが失われる可能性があり、これにより、有効なデータ スループットがさらに低下します。一般に、有効なデジタル通信にはフレーミング プロトコルが必要です。オーバーヘッドと有効なスループットは、実装によって異なります。有効なスループットは、実際のチャネル容量から実装オーバーヘッドを引いた値以下になります。

ネットワークの漸近帯域幅（正式には漸近スループット）は、貪欲なソースの最大スループットの尺度であり、たとえば、メッセージサイズ（ソースからの1秒あたりのパケット数）が最大量に近づくときなどです。^[5]

漸近帯域幅は通常、ネットワークを介して多数の非常に大きなメッセージを送信し、エンドツーエンドのスループットを測定することによって推定されます。他の帯域幅と同様に、漸近帯域幅はビット/秒の倍数で測定されます。帯域幅の急上昇により測定値が歪む可能性があるため、通信事業者は 95パーセンタイル法を使用することがよくあります。この方法では、帯域幅の使用状況を継続的に測定し、上位 5 パーセントを除外します。^[6]

デジタル帯域幅は、マルチメディア ビット レート、またはマルチメディアデータ圧縮(ソース コーディング)後の平均ビット レートを指す場合もあります。これは、再生時間で割った総データ量として定義されます。

非圧縮デジタルメディアの帯域幅要件は非現実的に高いため、データ圧縮によって必要なマルチメディア帯域幅を大幅に削減できます。^[7]メディア帯域幅削減に最も広く使用されているデータ圧縮技術は、 1970年代初頭にNasir Ahmedによって最初に提案された離散コサイン変換（DCT）です。 ^[8] DCT圧縮は、デジタル信号に必要なメモリ量と帯域幅を大幅に削減し、非圧縮メディアと比較して最大100：1のデータ圧縮率を達成できます。 ^[9]

ウェブホスティングサービスでは、帯域幅という用語は、所定の期間内にウェブサイトまたはサーバーとの間で転送されるデータの量を説明するために誤って使用されることがよくあります。たとえば、1か月間の累積帯域幅消費量は、1か月あたりのギガバイトで測定されます。^{[要出典] [10]毎月または特定の期間の最大データ転送量という意味で使用されるより正確なフレーズは}、月間データ転送です。

同様の状況は、特にネットワーク容量が制限されている場所（インターネット接続が未発達な地域やワイヤレス ネットワークなど）では、 エンド ユーザーのインターネット サービス プロバイダーでも発生する可能性があります。

2004年にフィル・エドホルム氏によって提唱され、その名を冠したエドホルムの法則^{[11]によれば、}通信ネットワークの帯域幅は18か月ごとに倍増するというもので、1970年代からその法則が正しいことが証明されている。^{[11] [12]この傾向は、}インターネット^[11] 、携帯電話、無線LAN、無線パーソナルエリアネットワークの事例で明らかである。^[12]

MOSFET （金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）は、帯域幅の急速な増加を可能にする最も重要な要素です。^[13] MOSFET（MOSトランジスタ）は、1959年にベル研究所のモハメド・M・アタラとダウォン・カーンによって発明され、^{[14] [15] [16] 、現代の}通信技術の基本的な構成要素になりました。^{[17] [18]} MOSFETの継続的なスケーリングは、MOS技術のさまざまな進歩とともに、ムーアの法則（集積回路チップ内のトランジスタ数が2年ごとに倍増する）とエドホルムの法則（通信帯域幅が18か月ごとに倍増する）の両方を可能にしました。^[13]