대역폭

백지원·2024년 1월 7일

대역폭 Bandwidth

공학에서 (Hz 헤르츠 단위)

공학에서는 대역폭을 특정 기능을 수행 할 수 있는 주파수 범위의 폭으로 정의합다.
신호 주파수의 높고 낮음과는 관계가 없습니다.

네트워크에서 (bps 비트율 단위)

네트워크에서 대역폭이란 일정 시간 동안 전송 가능한 데이터의 양입니다.
즉, 네트워크의 최대 전송 속도단위시간당 전송할 수 있는 데이터의 최대 용량을 의미하며, 최대 데이터 전송 속도와 관련이 있습니다.
데이터 처리량과 네트워크 성능, 속도도 대역폭에 큰 영향을 미치지만 실제로 대역폭 자체는 용량Capacity과 관계가 있습니다.
IT 시스템 설계 시 용량 산정을 할 때 네트워크 처리량과 대역폭이 사용되는데, 가끔 두 용어가 헷갈리기 때문에 뒤에서 내용을 다루도록 하겠습니다.

1. 단위 [bps]

bps bits per second
초당 '비트'수로, 얼마의 데이터가 1초 동안 전달되는지를 기본적인 출력의 단위로 사용합니다.
큰 출력을 가진 시스템은 bps가 아닌 Mbps, Gbps를 사용합니다.

예를 들어 100bytes의 데이터를 전달하는데 1초가 걸렸다면 이 시스템의 네트워크 출력은 800bps입니다.

100bytes/seond = 100 * 8 bits/second = 800 bps(bits per second)

일부 BPS 혹은 Bps 등으로 표기하는 경우도 있는데, 이 둘은 Bytes per second을 의미하므로 잘못된 표기입니다.

2. 유/무선 인터넷에서 대역폭

유선 인터넷에서 주파수 대역폭

인터넷 회선 약정시 500M급 100M급 인터넷이라고 표현하는데 이는 데이터 전송 대역폭을 표현한 것이다.

10Gbit 이더넷을 사용하더라도 네트워크 상황에 따라 성능이 저하될 가능성이 있다.

무선 인터넷에서 주파수 대역폭

흔히 사용하는 Wifi는 통상 2.4GHz(2.4~2.462GHz), 5GHz(5.180~5.850GHz) 두가지 주파수를 사용한다.

간혹 미디어나 일상에서 2.4GHz 대역폭, 5GHz 대역폭이라고 표현하는데 이는 틀린 표현이다.

3. 네트워크 처리량과 대역폭 관계

네트워크 처리량(Throughput)이란 얼마나 많은 데이터가 단위 시간 내 목적지에 전달될 수 있는지에 대한 지표이고, 네트워크 대역폭(bandwidth)은 네트워크가 단위 시간 내 전달할 수 있는 최대 크기의 전달 용량을 의미합니다.

언뜻 보면 같은 의미 아닌가..?🧐 싶겠지만, 처리량은 데이터의 전송 속도와 관련이 있고 대역폭은 용량과 관계가 있습니다.
쉽게 설명하면,

대역폭은 링크의 잠재 성능의 측정치 (상한)
처리율은 얼마나 빠르게 데이터를 전송할 수 있는지 (실제 속도)
그렇기 때문에 처리율은 대역폭보다 항상 작다(느리다).

처리량은 단위시간당 실제로 처리되는 데이터의 양을 나타내고 대역폭 용량을 초과할 수 없다.

Example

물탱크에서 수도까지 펌프를 통해 물이 흐르는 파이프가 있다고 가정했을때 흐르는 물의 양은 처리량, 파이프를 통해 최대로 흐를 수 있는 물의 양이 대역폭
파이프를 100% 다 사용하는 경우 파이프 내경이 클수록 더 많은 물이 흐르지만 언제나 100% 다 사용하지 못하는것과 같은 것

즉, 짧은 시간에 많은 데이터를 전달해야 한다면, 출력만 높아서도 안되고 대역폭만 높아서도 안되며 둘은 상관관계입니다. 단위 시간 내 많은 양의 데이터를 한 번에 보내기 위한 출력도 높이고, 이를 받아서 전달하는 파이프 역할을 하는 대역폭도 커야 합니다.