什么是网络带宽？

网络带宽是指在网段或网络连接上传输数据时可达到的最大理论速率。网络带宽以一段时间内能够传输的数据量来衡量，例如 10 Gbps。受带宽共享、网络流量等因素影响，实际网络速度永远无法达到总网络带宽。您可以通过多种方式从网络带宽中获得最高速度，例如使用专用网络、路由策略和压缩。

网络带宽以比特每秒（bps）为单位来衡量，通常表示为兆比特每秒（Mbps）或吉比特每秒（Gbps）。然而，仅测量带宽速度通常无法为评估实际网络性能提供足够的背景信息。要评估实际性能，最好结合其他指标，例如吞吐量和延迟。

吞吐量

吞吐量衡量的是在给定时间段内，成功通过网络传输的实际数据量。在实际环境中，由于网络拥塞、丢包或硬件限制，吞吐量通常低于带宽所定义的上限。例如，在一条 1 Gbps 的光纤线路上，吞吐量可能只能达到 700 Mbps。将吞吐量与带宽进行对比，有助于了解网络的效率。

延迟

延迟是指数据在网络中传输所需的时间。高延迟（也称为“滞后”）的网络从发送到接收的等待时间更长。响应速度快的网络则延迟较低。延迟通常以毫秒（ms）为单位。如果延迟很高，即使是高带宽连接，也可能带来不达标的用户体验，例如在视频会议、游戏或证券交易等实时应用中。

使用带宽监控工具

将带宽、吞吐量和延迟三者结合起来监控，能够比只看其中任何一项指标更深入、更贴合实际地了解网络性能。您可以借助多种网络监控工具，跟踪这些指标以及环境中会影响它们的各项服务。

例如，在 AWS 云中，Amazon CloudWatch 会收集实时指标，如 AWS 资源上的入站和出站网络活动。您可以设置告警，以便在利用率达到特定阈值时收到通知。Amazon Virtual Private Cloud（Amazon VPC）流日志会捕获进出 VPC 的 IP 流量信息。AWS CloudTrail 和 AWS Config则可以记录 API 活动和配置更改。

带宽表示网络的最大理论传输速率。在现实环境中，许多因素都会导致网络无法以接近这一上限的速率运行。识别并解决这些限制网络性能的因素，有助于您保持最佳网络性能。

网络技术限制

用于传输数据的物理或虚拟介质，对带宽利用率有很大影响。例如，与光纤等更现代的网络相比，传统铜缆网络的最大带宽通常更低，也更容易受到电磁干扰（EMI）的影响，导致信号衰减。较旧与较新的 Wi-Fi 标准，例如 802.11ac 和 802.11ax（Wi-Fi 6），在性能水平上也有天壤之别。

在云环境中，实例类型的选择及其相关的网络性能，会直接影响可达到的最大带宽。例如，您的 Amazon EC2 实例配置为处理多流还是单流流量，以及分配了多少 vCPU，都可能影响其性能表现。

网络拥塞

当大量用户、网络设备或应用同时使用同一网络或互联网连接时，就可能发生拥塞。这在带宽使用高峰时段十分常见。网络流量拥塞会导致网络吞吐量下降、延迟增加以及丢包。

例如，许多用户同时进行大文件传输时，可能会与视频会议等实时应用争抢带宽。如果网络没有配置为优先处理某一类任务，文件传输就会变慢，视频会议也可能出现卡顿甚至卡死。

协议开销

网络协议要正常工作，就必须添加报头数据，而这些数据也会降低有效带宽。例如，广泛使用的传输控制协议（TCP）用于帮助确保数据可靠送达，它会使用确认、重传和流量控制等机制。对通过网络发送的每个数据包来说，这些机制都会消耗额外的处理时间和带宽。诸如传输层安全性协议（TLS）等安全协议可以加密数据，但也会增大数据包体积，并需要更多计算资源，从而可能导致延迟升高、吞吐量下降。

网络基础设施限制

路由器、交换机、防火墙和负载均衡器的配置方式，会影响网络流量传输的可靠性。较旧或性能不足的硬件可能造成瓶颈，尤其是在需求随时间不断增长时。在混合云环境中，即使云侧容量充足，本地基础设施的限制（例如出站互联网连接带宽不足）仍可能制约性能。

您可以通过多种方式构建网络，以不同的方式使用带宽。

对称带宽

对称带宽连接的上传和下载速度相同。对于需要双向网络性能一致的应用来说，这类连接最为合适，例如视频会议、实时协作软件、远程服务器托管和云备份操作。光纤线路等高性能连接通常提供对称带宽。

非对称带宽

非对称带宽连接的上传和下载速度不相同，通常下载速度更快。这类连接非常适合用户接收的数据多于发送的数据的场景，常用于互联网带宽、住宅宽带以及许多企业互联网套餐。

专用带宽

专用带宽连接专供单一组织独享，可提供最大容量和可预测的性能。由于不与其他用户或组织共享，这类连接有助于避免网络拥塞和滞后，因此非常适合金融交易、高优先级视频会议等应用。

共享带宽

共享带宽是在同一网络基础设施上，由多个设备和用户共同分配使用。许多互联网服务提供商和标准云连接都采用这种模式。虽然价格更实惠，但在使用高峰时段，性能可能会因拥塞而出现波动。

网络带宽优化，就是最大限度提升网络效率，让吞吐量尽可能接近理论最大带宽。要优化云网络带宽，可以利用多种不同的资源。

使用专用网络连接

公共互联网连接通常不是运行关键工作负载的最佳选择。专用网络连接会绕过公共互联网，从而避开与之相关的网络拥塞和抖动。

例如，AWS Direct Connect 可在您的本地基础设施与 AWS 之间建立私有链路。它适用于混合云运营以及数据复制等任务。

借助流量路由优化带宽

在拥塞的网络中，流量路由方案、机制和工具有助于优化带宽。

例如，AWS Transit Gateway 是一种集中式、可扩展的路由器，可以连接您的 Amazon VPC 和本地网络。您无需管理复杂的架构和连接关系，只需将每个连接一次性接入 Transit Gateway，即可在其中更有效地优化路由。

通过网络分段实现更好的控制

应用网络分段有助于将高带宽或敏感工作负载与一般流量隔离开来。

例如，Amazon Virtual Private Cloud（Amazon VPC）使用安全组，可帮助您在安全事件期间限制横向移动，并让您能更精细地控制流量。

在数据传输前进行数据压缩

在传输前通过压缩来减小数据大小，有助于节省带宽并加快传输速度。对于 HTML 页面、JSON 文件和日志等基于文本的内容，压缩效果尤其明显。HTTP/2 或 gRPC 等较新的协议支持标头压缩和多路复用，这也有助于提升整体网络效率。

使用缓存和内容分发网络（CDN）

通过将内容缓存在更靠近最终用户的位置，可以帮助减少重复的数据传输。

例如，AWS 的内容分发网络（CDN）Amazon CloudFront 会在全球各地的网络边缘站点存储经常访问内容的副本。使用 CDN 有助于减少与中央源服务器之间的整体通信量。

AWS 提供一系列网络解决方案，帮助您以最快速度访问云资源以及在云资源内部实现高速传输。将云资源部署在同一区域和可用区内，是一种快速起步的做法；边缘解决方案则能为您的网络提供最短距离路径。其他有助于优化带宽的 AWS 服务包括：

• AWS Direct Connect 是连接您的内部网络与 AWS 资源的最短路径。在传输过程中，您的网络流量始终留在 AWS 全球网络上，绝不会经过公共互联网。这有助于降低遇到瓶颈或延迟意外增加的可能性。

• AWS Transit Gateway 通过中央枢纽连接您的 Amazon 虚拟私有云（VPC）和本地网络。这种连接方式简化了网络架构，并消除了复杂的对等连接关系。Transit Gateway 可充当高度可扩展的云路由器，每个新连接只需建立一次。

• Amazon Virtual Private Cloud（Amazon VPC）让您能够完全掌控自己的虚拟网络环境，包括资源放置、连接性和安全性。借助 Amazon VPC，您可以为组织构建经过优化的云网络环境。

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