Ancho de banda en informática: definición, unidades y medición

Unidades y notación

• bits por segundo (bit/s, bps) es la unidad básica. Comúnmente se usa kbps, Mbps y Gbps para kilobits, megabits y gigabits por segundo.
• En redes se suele aplicar la convención decimal: 1 kb = 10^3 (1 000), 1 Mb = 10^6 (1 000 000), 1 Gb = 10^9. Esto difiere de las notaciones binarias (KiB, MiB) usadas en almacenamiento.
• Conversión a bytes: 8 bits = 1 byte. Por ejemplo, 1 Mbps ≈ 125 kB/s (megabit por segundo → kilobytes por segundo). Así, 100 Mbps ≈ 12,5 MB/s en condiciones ideales.

Medición: cómo se calcula y qué significan los valores

• Fórmula básica: throughput = cantidad de bits transferidos / tiempo total de transferencia. Se puede medir en intervalos (instantáneo) o como promedio sobre un periodo.
• Tipos de mediciones:
  • Pruebas activas: generadores de tráfico como iperf/iperf3, speedtest, que envían datos de prueba y miden la tasa.
  • Monitoreo pasivo: contadores SNMP de interfaces, capturas de paquetes (Wireshark) o registros de switches/routers para observar tráfico real.
  • Mediciones de aplicación: tiempos y tasas observadas al transferir archivos (SCP, HTTP, FTP).
• Para medir correctamente: usar conexión cableada (si procede), cerrar aplicaciones que consuman ancho de banda, repetir la prueba a distintas horas y elegir servidores cercanos para minimizar latencia.

Factores que afectan el ancho de banda efectivo

• Sobrecarga de protocolos: cabeceras TCP/IP, TLS, encapsulamientos y otros reducen la parte de datos útiles.
• Pérdida de paquetes y retransmisiones: provocan reducción del rendimiento efectivo.
• Control de congestión y ventana TCP: limitan la velocidad si la latencia es alta o la ventana es pequeña.
• Interferencias y calidad de señal: en enlaces inalámbricos, la señal débil o ruido reduce la tasa.
• Hardware y configuraciones: tarjetas de red, cables (Cat5e vs Cat6), switches, configuración de duplex, MTU/MSS y CPU del equipo.
• Políticas del ISP: shaping, límites contratados, compartición de enlace (contention ratio) y priorización (QoS).
• Seguridad y cifrado: VPNs y cifrado incrementan procesamiento y overhead, reduciendo throughput.

Conceptos teóricos: límites y capacidad

• Shannon-Hartley: establece una cota máxima teórica de la capacidad de un canal ruidoso: C = B · log2(1 + S/N), donde C es la capacidad en bits/s, B el ancho de banda en Hz y S/N la relación señal/ruido. Indica que aumentar la “anchura en frecuencia” o mejorar la relación señal/ruido incrementa la capacidad máxima.
• Nyquist: en canales sin ruido, el límite teórico depende del número de niveles de señal y del ancho de banda en Hz: máxima tasa = 2 · B · log2(M), con M niveles de señal.
• Estos límites son idealizados; en la práctica los factores anteriores (protocolo, interferencias, hardware) reducen la tasa real.

Recomendaciones para optimizar y diagnosticar

• Realiza pruebas con herramientas como iperf y con servidores cercanos para distinguir problemas locales de problemas del proveedor.
• Prueba por cable y por Wi‑Fi para identificar si el problema es inalámbrico.
• Verifica configuración de duplex/velocidad en NIC y switches, reemplaza cables viejos o defectuosos.
• Comprueba la existencia de límites del ISP (contrato) y reglas de QoS que afecten tráfico.
• Si usas TCP y necesitas alto rendimiento en enlaces con alta latencia, ajusta la ventana TCP y parámetros del sistema.

En resumen, el ancho de banda es la capacidad nominal de transferencia de datos medida en bits/s, pero el valor que realmente experimenta una aplicación (throughput) depende de muchos factores prácticos: protocolo, latencia, pérdidas, hardware y políticas del proveedor. Comprender la diferencia entre capacidad teórica y rendimiento observado es clave para diagnosticar y optimizar redes.