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コンピューティングにおいて、帯域幅とは、特定の経路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 ]、またはデジタル帯域幅[ 3 ] [ 4 ]として特徴付けられることがあります。
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、および電子機器における使用法とは対照的です。これらの分野では、帯域幅はヘルツで測定される信号帯域幅を指し、これは信号電力の明確な劣化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します。実際に達成可能なビットレートは、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論理的または物理的な通信経路の正味ビットレート、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、または最大スループットを指す場合があります。たとえば、帯域幅テスト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におけるシャノン・ハートレーチャネル容量によって制限され、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。
消費帯域幅（ビット/秒）は、達成スループットまたはグッドプット、すなわち通信経路を介したデータ転送の平均成功率に対応します。消費帯域幅は、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（例えば、帯域幅割り当てプロトコルや動的帯域幅割り当て）などの技術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、調査対象の時間間隔における平均消費信号帯域幅（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、実効データスループット（またはグッドプット）と混同される可能性があります。たとえば、 xビット/秒のチャネルであっても、プロトコル、暗号化、その他の要因によってかなりのオーバーヘッドが発生するため、必ずしもxレートでデータが送信されるとは限りません。たとえば、インターネットトラフィックの多くは伝送制御プロトコル（TCP）を使用しており、トランザクションごとに3 ウェイ ハンドシェイクが必要です。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発生します。また、データパケットが失われる可能性があり、実効データスループットがさらに低下します。一般的に、効果的なデジタル通信にはフレーミングプロトコルが必要であり、オーバーヘッドと実効スループットは実装に依存します。実効スループットは、実際のチャネル容量から実装オーバーヘッドを差し引いた値以下です。
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、例えばメッセージサイズ（送信元からの1秒あたりのパケット数）が最大量に近づくときなど、貪欲な送信元に対する最大スループットの尺度である。 [ 5 ]
漸近帯域幅は通常、ネットワークを通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。帯域幅の急激な増加が測定を歪める可能性があるため、通信事業者は95パーセンタイル法をよく使用します。この方法は、帯域幅の使用量を継続的に測定し、上位5パーセントを除去します。[ 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後の平均ビットレート（ソースコーディング）を指す場合もあり、これはデータ総量を再生時間で割った値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量を表すためによく使用されます。たとえば、1か月に蓄積された帯域幅消費量は、 1か月あたりのギガバイトで測定されます。[ 10 ]毎月または特定の期間における最大データ転送量という意味でより正確に使用される表現は、月間データ転送です。
同様の状況は、エンドユーザー向けのインターネットサービスプロバイダーにも発生する可能性があり、特にネットワーク容量が限られている場合（例えば、インターネット接続が未発達な地域や無線ネットワークなど）に顕著です。
2004年にフィル・エドホルムによって提唱され、彼の名にちなんで名付けられたエドホルムの法則[ 11 ]は、電気通信ネットワークの帯域幅が18か月ごとに倍増するというものであり、これは1970年代以降真実である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 ] 、セルラー（モバイル）、無線LAN、無線パーソナルエリアネットワークの場合に明らかである[ 12 ]。
MOSFET （金属酸化膜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・カンによって発明され、 [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]現代の電気通信技術の基本構成要素となりました。[ 17 ] [ 18 ] MOSFETの継続的なスケーリングとMOS技術のさまざまな進歩により、ムーアの法則（集積回路チップのトランジスタ数が2年ごとに倍増）とエドホルムの法則（通信帯域幅が18か月ごとに倍増）の両方が可能になりました。[ 13 ]