问题

相同带宽下网络传输与物理端口传输的速度有差别么?

回答
咱们聊聊在网络传输和物理端口传输这俩事儿,尤其是在带宽相同的情况下,它们的速度到底有没有区别,以及为什么会有这种区别。我尽量说得详细点,就像跟朋友聊天一样,把那些技术名词都掰开了揉碎了讲。

首先,咱们得把这两个概念先理清楚。

物理端口传输:这个比较好理解,就是我们常说的网线插口,比如你电脑后面那个RJ45接口,或者服务器上的其他端口。它直接连接两台设备,数据通过这些线缆和接口,以电信号(铜线)或光信号(光纤)的形式进行传输。你可以把它想象成一个管道,管道的粗细决定了你能一次性通过多少东西,这个“粗细”就对应着物理带宽。

网络传输:这个就更广义了。它不仅仅是数据在线缆里跑,而是涉及了一整套复杂的体系。数据从一台设备发出,经过交换机、路由器,可能还要经过防火墙、负载均衡器等等一系列的网络设备,最终到达目的地。这个过程,数据不仅仅是在“管道”里跑,还要经过各种“关卡”、“中转站”,并且在每个环节,数据都要被打包、拆包、路由、转发,这个过程可不是简单的“搬运”。

好了,概念清楚了,我们再回到问题核心:相同带宽下,网络传输和物理端口传输的速度有差别吗?

答案是:有差别,而且通常来说,物理端口传输的“瞬时”速度或者说理论上的最大吞吐量会更接近其标称带宽,而网络传输的速度会受到更多因素的影响,实际速度往往低于理论值。

咱们来拆解一下为什么会有这个差别:

1. 协议开销(Protocol Overhead):

这是造成速度差别最主要的原因之一。

物理端口传输:在最基础的层面,物理端口传输数据的时候,确实是在以电信号或光信号的形式直接传递比特流。虽然也有一些物理层面的编码(比如曼彻斯特编码等),但相对来说,它的“协议”是最精简的,目标就是把数据可靠、高效地从A点传输到B点。你可以想象成一辆卡车,它只需要把货物(数据)从一个仓库拉到另一个仓库,主要考虑的是卡车的载重(带宽)和速度。

网络传输:当数据进入网络世界,情况就复杂了。数据不再是原始的比特流,而是被封装在各种协议里。最基础的是以太网帧(Ethernet Frame)。一个以太网帧里包含了源MAC地址、目标MAC地址、类型、数据(Payload)以及一个帧校验序列(FCS)。这些头部和尾部信息,都是为了让数据在局域网内被正确识别和传递而必需的。这就像给你的货物打上标签、加上包装箱,这些都需要额外的空间和处理。

但这还只是开始。如果数据需要跨越多个网络,那么它还会被封装在IP数据报(IP Datagram)中,IP报头里包含了源IP地址、目标IP地址、TTL值(生存时间)等等。再往上,如果是在TCP/IP网络中传输(我们日常上网绝大多数情况都是如此),数据还会被封装在TCP段(TCP Segment)或UDP段(UDP Segment)中。TCP报头里有序号、确认号、端口号、校验和等等,这些是为了保证数据的可靠性、顺序性和进行进程间的通信。UDP虽然相对轻量,但也需要端口号等信息。

你想象一下,每一次封装,就像给你的货物套上一个层层叠叠的包裹。每一个包裹都有它自己的说明书和地址标签。即使你的卡车(带宽)足够大,能装很多货物,但这些包裹本身占用的空间(带宽)以及处理这些包裹(封装、解封、查验)所需的时间,都会影响你实际能“装载”的真正货物(原始数据)的数量和传输速度。

简单来说,网络协议的头部和尾部信息占用了部分带宽,这就是“协议开销”。 理论上,1000 Mbps(1千兆比特每秒)的带宽,如果全部用来传输用户数据,那么速度就是1000 Mbps。但如果其中有10%的带宽被协议头部信息占用了,那么实际能传输的用户数据速度就只有900 Mbps了。

2. 网络设备的性能和处理能力(Network Device Performance & Processing):

物理端口传输:如果你直接用一根网线将两台电脑直连,并且两台电脑网卡都支持该速度,那么理论上它们可以达到接近物理接口的标称速度。这里的主要瓶颈是网卡本身的处理能力和线缆的质量。

网络传输:在网络传输中,数据需要经过交换机和路由器。这些设备虽然设计来快速转发数据,但它们本身也有处理能力限制。
交换机:主要根据MAC地址进行转发,相对简单。但如果流量非常大,交换机内部的查找表(CAM Table)满了,或者背板带宽不足,都会成为瓶颈。
路由器:转发需要查找路由表,并进行IP地址的判断和封装/解封装,这是一个更复杂的过程。路由器的CPU、内存、ASIC芯片等都会影响其处理速度。防火墙、NAT(网络地址转换)、QoS(服务质量)等功能都会进一步增加处理负担,降低转发速度。
数据包处理:每经过一个网络节点,数据包都需要被短暂地存储在缓冲区,然后进行处理(如修改TTL值、检查校验和、根据路由表查找下一跳),最后再发送出去。这个过程需要时间,并且会消耗设备的资源。

3. 延迟和抖动(Latency & Jitter):

物理端口传输:直连情况下,延迟和抖动会很低,主要取决于线缆长度和信号衰减。

网络传输:网络中充满了各种等待。数据包在缓冲区等待处理,在队列中等待发送,在不同设备之间穿越。这些都会引入延迟。而网络拥塞、路由策略的变化则会导致抖动。像TCP这样的可靠传输协议,需要根据延迟调整发送速率(拥塞控制),这也会影响实际传输速度。如果网络延迟很大,即使带宽很高,传输大文件也会比预期慢很多,因为TCP需要等待确认信号才能继续发送。

4. 拥塞(Congestion):

物理端口传输:基本不存在网络拥塞的问题,除非是线缆质量极差或者连接设备本身出了问题。

网络传输:当多个用户同时访问网络,或者有大量数据在网络中传输时,数据包可能会在某个节点的缓冲区堆积起来,导致拥塞。拥塞时,网络设备会丢弃数据包,或者降低发送速率。此时,即使你的物理端口带宽是1000 Mbps,实际传输速度可能只有几十甚至几Mbps。

举个例子来对比一下:

想象一下你要从家里搬一套家具到另一个城市。

物理端口传输:你可以想象成你直接把家具搬上了一辆足够大的卡车,然后这辆卡车直接开到目的地。卡车的“带宽”就是它的载货能力和速度。只要卡车够大、性能够好,它能一次性装载的家具(数据)就越多,速度就越快。

网络传输:这个过程就复杂多了。
1. 首先,你得把家具拆开,打包好(封装协议)。每个包裹上都要写上详细的地址和联系方式(头部信息)。
2. 然后,你得叫一个小货车把这些包裹送到附近的物流中心(交换机)。物流中心的人会根据包裹上的地址进行分拣(MAC地址转发)。
3. 如果你的家具要跨省,还需要送到更大的货运站(路由器)。那里的工作人员需要根据城市间的地址(IP地址)来决定下一步怎么走,并且可能会把不同包裹重新装进更大的集装箱(IP封装)。
4. 在这个过程中,可能还需要有专门的调度员(路由协议)来规划最优路线。
5. 如果路上有检查站(防火墙),可能还要打开包裹检查一下(数据包检查)。
6. 如果中途某个环节(如物流中心)因为包裹太多而堵塞了(网络拥塞),你的包裹可能就要在原地等待,或者被丢弃(丢包)。
7. 而且,你不可能一次性把所有家具都搬走,可能需要分批,每搬一部分家具,你都得确认一下是否安全到达,然后才能继续搬下一批(TCP确认机制)。

这样一比,你就能明白为什么即使卡车的载货能力(带宽)相同,整个“搬运”的实际效率也会因为这些额外的环节而大打折扣。

总结一下:

在相同带宽的标称值下,物理端口传输更接近于直接的“管道”传输,其速度瓶颈主要在于物理介质和端点设备的处理能力,理论速度更容易接近标称值。而网络传输是一个多层级、多协议、多设备的复杂过程,协议开销、设备处理能力、网络延迟、拥塞等都会对其速度产生影响,实际传输速度通常会低于物理端口的标称带宽。

所以,当我们说一个网络连接是1000 Mbps,这通常指的是它的物理链路(比如网口、交换机端口)能够支持的最大吞吐量。但在这个基础上能实际传输多少用户数据,就要看上面提到的各种网络因素了。这就是为什么我们有时候会说,“我的宽带是1000兆的,为什么下载速度只有100兆?”。这其中的“差价”,绝大部分就是被各种协议、网络设备的损耗和潜在的网络问题给“吃掉”了。

网友意见

user avatar

没接触过40GE,我做交换机的时候最高只接触过GE的口,按我个人的经验回答,有不对的还请指正。

40GE口,应该是指数据带宽就是40GE的,也就是40Gbps传输速率。我这里对GE口的计算是参考过去的方式,过去100BASE-TX采用4b/5b编码,信号频率是125MHz(125/5*4=100),不清楚现在的40GE口是否也是一样。

Thunderbolt3的信号带宽是40Gbps,但如果Thunderbolt3用的是PCI-E的编码,那么就是128b/130b的方式,那么实际数据带宽只有39.39Gbps。

所以40GE口的数据带宽更大

类似的话题

本站所有内容均为互联网搜索引擎提供的公开搜索信息,本站不存储任何数据与内容,任何内容与数据均与本站无关,如有需要请联系相关搜索引擎包括但不限于百度google,bing,sogou

© 2025 tinynews.org All Rights Reserved. 百科问答小站 版权所有