قياس إنتاجية الشبكة

يمكن قياس إنتاجية الشبكة باستخدام أدوات متنوعة متوفرة على منصات مختلفة. تشرح هذه الصفحة النظرية الكامنة وراء ما تهدف هذه الأدوات إلى قياسه، بالإضافة إلى المشكلات المتعلقة بهذه القياسات.

أسباب قياس معدل نقل البيانات في الشبكات. غالبًا ما يهتم المستخدمون بقياس الحد الأقصى لمعدل نقل البيانات بالبتات في الثانية لوصلة اتصال أو شبكة. تتمثل إحدى الطرق الشائعة لإجراء هذا القياس في نقل ملف كبير من نظام إلى آخر، ثم قياس الوقت اللازم لإتمام عملية النقل أو النسخ. بعد ذلك، يُحسب معدل النقل بقسمة حجم الملف على الوقت، ليُصبح الناتج بالميغابت أو الكيلوبت أو البتات في الثانية.

لسوء الحظ، غالبًا ما تُسفر نتائج هذه العملية عن معدل نقل بيانات فعلي أقل من الحد الأقصى النظري، مما يدفع المستخدمين للاعتقاد بأن وصلة الاتصال الخاصة بهم لا تعمل بشكل صحيح. في الواقع، هناك العديد من العوامل الإضافية التي تُؤخذ في الحسبان عند حساب معدل النقل، بالإضافة إلى تكاليف الإرسال، بما في ذلك زمن الاستجابة ، وحجم نافذة استقبال بروتوكول التحكم في الإرسال (TCP) ، وقيود النظام، مما يعني أن معدل النقل الفعلي المحسوب لا يعكس الحد الأقصى لمعدل النقل الممكن تحقيقه. ^{[ 1 ]}

يمكن حساب الحد الأقصى لعرض النطاق الترددي على النحو التالي:

${\displaystyle \mathrm {الإنتاجية} \leq {\frac {\mathrm {RWIN} }{\mathrm {RTT} }},}$

حيث RWIN هي نافذة استقبال TCP، وRTT هو زمن الرحلة ذهابًا وإيابًا للمسار. يبلغ الحد الأقصى لحجم نافذة TCP في حالة عدم وجود خيار لتوسيع نافذة TCP 65535 بايت . مثال: الحد الأقصى لعرض النطاق الترددي =65535 بايت / 0.220 ثانية =297886.36 بايت  /ثانية × 8 = 2.383 ميجابت /ثانية. عبر اتصال TCP واحد بين هاتين النقطتين، سيتم تقييد عرض النطاق الترددي المختبر إلى 2.376 ميجابت/ثانية حتى لو كان عرض النطاق الترددي المتعاقد عليه أكبر.

تُستخدم برامج اختبار عرض النطاق الترددي لتحديد أقصى عرض نطاق ترددي لشبكة أو اتصال إنترنت . ويتم ذلك عادةً بمحاولة تنزيل أو تحميل أكبر قدر من البيانات خلال فترة زمنية محددة، أو كمية محددة من البيانات في أقل وقت ممكن. ولهذا السبب، قد تؤدي اختبارات عرض النطاق الترددي إلى تأخير عمليات نقل البيانات عبر الإنترنت أثناء إجرائها، وقد تتسبب في ارتفاع تكاليف البيانات.

تُقاس سرعة نقل البيانات في روابط الاتصالات بالبتات في الثانية ( بت/ثانية )، والكيلوبتات في الثانية ( كيلوبت/ثانية )، والميغابتات في الثانية ( ميغابت/ثانية )، والجيغابتات في الثانية ( جيغابت/ثانية ). في هذا السياق، تُعدّ كيلو وميغا وجيغا بادئات النظام الدولي للوحدات (SI) القياسية التي تُشير إلى الضرب في 1000 ( كيلو ).مليون ( ميغا ) ، و1,000,000,000 ( جيجا ) .​​

تُقاس أحجام الملفات عادةً بالبايت - الكيلوبايت والميجابايت والجيجابايت هي الوحدات الشائعة، حيث يتكون البايت من ثمانية بتات. في الكتب الدراسية الحديثة، يُعرَّف الكيلوبايت الواحد على أنه1000 بايت، ميجابايت واحدمليون بايت ، وما إلى ذلك، وفقًا لمعيار اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC) لعام 1998. مع ذلك، فإن النظام المُعتمد في أنظمة ويندوز يُعرّف  الكيلوبايت الواحد بأنه 1024 بايت (أو 2^ ¹⁰ ) أي ما يُعادل 1 كيبيبايت . وبالمثل، فإن حجم ملف واحد ميجابايت هو 1024 × 1024 بايت، أي ما يُعادل 1 ميبيبايت ، وحجم ملف واحد جيجابايت هو 1024 × 1024 × 1024 بايت، أي ما يُعادل 1 جيبيبايت .     

يمكن لبعض الأجهزة تحسين الأداء عن طريق ضغط البيانات أثناء إرسالها. هذه ميزة في معظم أجهزة المودم التناظرية وفي العديد من أنظمة التشغيل  الشائعة. إذا أمكن تقليص حجم ملف بحجم 64 كيلوبايت عن طريق الضغط ، يمكن تقليل وقت الإرسال. يمكن إجراء هذا الضغط دون أن يلاحظه المستخدم، لذا قد يتم إرسال ملف قابل للضغط بدرجة عالية أسرع بكثير من المتوقع. ولأن تعطيل هذا الضغط غير المرئي ليس بالأمر السهل، فإنه عند قياس معدل نقل البيانات باستخدام الملفات وقياس وقت الإرسال، ينبغي استخدام ملفات غير قابلة للضغط. عادةً ما يتم ذلك باستخدام ملف بيانات عشوائية، والتي يصبح ضغطها أصعب كلما اقتربت من العشوائية الحقيقية.

بافتراض عدم إمكانية ضغط البيانات، فإنّ 8.192 ثانية اللازمة لنقل ملف بحجم 64 كيلوبايت عبر وصلة اتصال بسرعة 64 كيلوبت/ثانية هي الحد الأدنى النظري الذي لن يتحقق عمليًا. ويعود ذلك إلى تأثير البيانات الإضافية المستخدمة لتنسيق البيانات بطريقة متفق عليها، بحيث يكون لدى طرفي الاتصال رؤية متسقة للبيانات.

هناك على الأقل مشكلتان غير واضحتين على الفور فيما يتعلق بنقل الملفات المضغوطة:

1. لا يُحسّن الضغط من إنتاجية الشبكة نفسها. أما من منظور الاتصال من طرف إلى طرف (من الخادم إلى العميل)، فإن الضغط يُحسّن الإنتاجية. وذلك لأن محتوى المعلومات لنفس حجم الإرسال يزداد عند ضغط الملفات.
2. يتطلب ضغط الملفات على الخادم والعميل موارد معالجة إضافية من كلا الطرفين. إذ يتعين على الخادم استخدام معالجه لضغط الملفات، إن لم تكن مضغوطة مسبقًا. بينما يتعين على العميل فك ضغط الملفات عند استلامها. ويمكن اعتبار ذلك تكلفة (للخادم والعميل) مقابل زيادة الإنتاجية الإجمالية (مع العلم أن الإنتاجية لم تتغير بالنسبة للشبكة نفسها). ^{[ 2 ]}

^{[ 3 ]}

يُعدّ الاتصال التسلسلي غير المتزامن ، أو ببساطة الاتصال التسلسلي غير المتزامن ، أحد أكثر أنواع الاتصالات شيوعًا . إذا كان لديك مودم خارجي متصل بجهاز الكمبيوتر المنزلي أو المكتبي، فمن المرجح أن يكون الاتصال عبر اتصال تسلسلي غير متزامن. تكمن ميزته في بساطته ، إذ يُمكن تنفيذه باستخدام ثلاثة أسلاك فقط: سلك الإرسال، وسلك الاستقبال، وسلك التأريض (أو سلك الإشارة المشترك). في واجهة RS-232 ، يُطبّق جهد سالب مستمر على الاتصال الخامل. يُمثّل البت صفر بفرق جهد موجب بالنسبة لسلك التأريض، بينما يُمثّل البت واحد بجهد سالب بالنسبة لسلك التأريض، وبالتالي لا يُمكن تمييزه عن حالة الخمول. هذا يعني أنه يجب معرفة متى يبدأ البت واحد لتمييزه عن حالة الخمول. يتم ذلك بالاتفاق مسبقًا على سرعة نقل البيانات عبر الرابط، ثم استخدام بت بدء للإشارة إلى بداية بايت - سيكون بت البدء هذا هو البت صفر . أما بتات الإيقاف فهي بتات واحد ، أي جهد سالب.

في الواقع، يتم الاتفاق مسبقًا على أمور أخرى ، مثل سرعة نقل البتات، وعدد البتات لكل حرف، والتكافؤ ، وعدد بتات التوقف (التي تشير إلى نهاية الحرف). لذا، فإن التسمية 9600-8-E-2 تعني 9600 بت في الثانية، مع ثمانية بتات لكل حرف، وتكافؤ زوجي، وبتين للتوقف.

يُعدّ التكوين الشائع للاتصال التسلسلي غير المتزامن هو 9600-8-N-1 ( 9600 بت/ثانية ، 8 بتات لكل حرف، بدون بت تكافؤ، وبت توقف واحد) - أي يتم إرسال 10 بتات لإرسال حرف واحد مكون من 8 بتات (بت بدء واحد، والبتات الثمانية التي تُشكّل البايت المُرسَل، وبت توقف واحد). يُمثّل هذا عبئًا إضافيًا بنسبة 20%، لذا فإنّ وصلة تسلسلية غير متزامنة بسرعة 9600 بت/ثانية لن تُرسل البيانات بسرعة 9600/8 بايت في الثانية (1200 بايت/ثانية)، بل في الواقع، في هذه الحالة، بسرعة 9600/10 بايت في الثانية (960 بايت/ثانية)، وهو أبطأ بكثير من المتوقع.

قد يزداد الأمر سوءًا. إذا تم تحديد التكافؤ واستخدمنا بتّي إيقاف، فإن الحمل الزائد لنقل حرف واحد من 8 بتات هو 4 بتات (بت بدء واحد، وبت تكافؤ واحد، وبتي إيقاف) - أي 50%. في هذه الحالة، سينقل اتصال بسرعة 9600 بت/ثانية 9600/12 بايت/ثانية (800 بايت/ثانية). تدعم واجهات الاتصال التسلسلي غير المتزامنة عادةً سرعات نقل بتات تصل إلى 230.4 كيلوبت/ثانية . إذا تم إعدادها بدون تكافؤ وببت إيقاف واحد، فهذا يعني أن معدل نقل البايتات هو 23.04 كيلوبت/ثانية .

تتميز الاتصالات التسلسلية غير المتزامنة ببساطتها، لكن من عيوبها انخفاض كفاءتها في نقل البيانات. ويمكن التغلب على ذلك باستخدام واجهة متزامنة . في هذا النوع من الواجهات، تُضاف إشارة ساعة على سلك منفصل، وتُرسل البتات بالتزامن مع هذه الساعة ، ما يُغني الواجهة عن البحث عن بتات البدء والتوقف لكل حرف على حدة . مع ذلك، من الضروري وجود آلية لضمان تزامن ساعات الإرسال والاستقبال، لذا تُقسّم البيانات إلى إطارات متعددة الأحرف تفصل بينها فواصل معروفة. توجد ثلاثة أنظمة ترميز شائعة للاتصالات الإطارية : HDLC و PPP و Ethernet.

قلة من الأنظمة تنقل الملفات والبيانات بمجرد نسخ محتويات الملف إلى حقل "البيانات" في إطارات HDLC أو PPP ، حيث تُستخدم طبقة بروتوكول أخرى لتنسيق البيانات داخل حقل "البيانات" في إطار HDLC أو PPP. وأكثر هذه البروتوكولات شيوعًا هو بروتوكول الإنترنت (IP)، المحدد في RFC 791. وهذا يفرض تكاليف إضافية خاصة به.

مرة أخرى، تقوم بعض الأنظمة ببساطة بنسخ محتويات الملفات إلى حزم IP، ولكنها تستخدم بروتوكولًا آخر يدير الاتصال بين نظامين - TCP ( بروتوكول التحكم في الإرسال )، المحدد بواسطة RFC 1812. وهذا يضيف عبئًا إضافيًا خاصًا به.

وأخيرًا، تتولى طبقة بروتوكول نهائية إدارة عملية نقل البيانات الفعلية. ومن البروتوكولات الشائعة الاستخدام لهذا الغرض بروتوكول نقل الملفات (FTP) . ^{[ 11 ]}

• عرض النطاق الترددي التقاربي
• قياس حركة مرور الشبكة
• نموذج توليد حركة المرور
• Speedof.me - اختبار سرعة نقل البيانات بتقنية HTML5

• ورقة بحثية من مختبر لورانس بيركلي الوطني حول قياس النطاق الترددي المتاح