整理自知乎，文末有原文链接。
带宽问题在网络中是一个全民热点问题，引无数人争议，可惜很少看见心平气和的有深度的文章，在下不揣鄙陋，希望与各领域专家共同切磋，以期抛砖引玉，共同学习。
放眼整个人类历史，互联网对人类文明的影响怎么评价也不为过的，而其发端不过是实验室的产物。所以，一开始根本没有考虑运营的问题，如与质量相关的带宽、时延等QOS技术根本没有考虑，由于设计的理念和先天不足，即使后期修补改进，也难以实施。比如最重要的协议之一：IP协议，网络中如果评选最差员工奖，IP协议无疑拔得头筹，这哥们的理念是尽力而为，听上去蛮不错的，实际上却是毫不负责。不管IP包是丢失或者损坏，IP协议从不负责，那出了问题怎么办？交给上会的传输层或应用层，由别人来背黑锅。想象一下XX快递公司，把你寄的包裹弄丢了，或是损坏了，一概不管，一切居然要你自己负责，重新发货，那不把你气得七窍生烟？
在谈论带宽前，我们首先要了解带宽的定义，澄清一些问题:
带宽的定义：指在固定的时间可传输的数据量，单位是bps(bit per second)。首先要搞清楚单位问题，带宽肯定是以bit为单位的，比如100M带宽，就是100M bit,而平常我们下载软件所显示的单位都是byte,1byte=8bit，这有个换算。常常有个无知而愤怒的声音：妈的，我的宽带是4M的，下载速率才400K左右，电信骗子！
再次，我们要明白ISP给我们开通带宽的真正含义：它仅仅是指从你家到本地ISP最近接入设备间线路的带宽，一般这是你唯一可独享的线路带宽，除此这外，全世界任何一个ISP也无法承诺。这是真正和大众有关且能控制的，其它很多问题当地ISP也无法解决的。
TCP/IP协议本来就是基于包交换的，换句话说，是一种带宽共享的协议，只能是在线路上独享带宽，从来没有说能在网络中独享带宽。10年前，ATM协议还有个虚电路的概念，理论上比IP协议能更好的承诺带宽，可惜最后被IP废成渣了，目前ATM仅在ADSL接入层还有应用,大家常常要在ADSL猫里要设置的VPI,VCI就是ATM协议最重要的参数，随着光纤的普及，ATM将彻底消失了。
假设以10M带宽为例，理论上下载速率可以达到10/8=1.25M,但实际上根本不可能，能达到1M就不错了，这是为什么呢？这其中的原因很复杂，大概有以下几个方面：
一、协议开销
TCP/IP是一个协议族，当然核心的是TCP和IP协议，让我们像剥洋葱一样，一层层剥开每一层协议：
TCP协议报文格式
由上可见，TCP最小协议开销为5X32=160bit(20byte),
IP协议报文格式
由上可见，IP最小协议开销为5X32=160bit(20byte),
Ethernet II帧格式
注此处单位是byte, Ethernet II类型以太网帧的最小长度为64字节（6＋6＋2＋46＋4），最大长度为1518字节（6＋6＋2＋1500＋4）。Ethernet II最小协议开销为6+6+2+4＝18byte(144bit)
完整数据包
总结一下：所有协议的开销为：14+20+20+4＝58byte,按以太网最小数据包（46byte）算：其协议开销占比58/104=56%,按最大数据包（1518byte）算，也就是最大效率：其协议开销占比58/1518=3.8%。当然每秒在网络上传输的数据包大小并无规律可言，由于应用不同，也无法统计出一个大致平均的协议开销占比。其实这种算法并不严谨，数据链路层也并不是只有以太网协议，比如ADSL所用的PPPOE,WIFI的802.11n等等，其中还少算了应用层和物理层的开销，尤其是应用层各种协议种类繁多（难于计算统计），另外，传输层UDP协议的开销也会更小一些。这些开销全部要占用网络带宽，就好比到邮局寄包裹，包裹也是要算重量和费用的。
除此之外，为了维护物理链路的连接和各种协议和应用软件的连接，会定时地传输各种协议报文，类似心跳的报文，有时我们联网后，并没有任何上网动作，但很多协议已经开始工作，有流量和连接产生，可以在DOS窗口下用netstat –a查看传输层的连接情况。比如，在思科的设备上，某些类型的端口（比如最常用的以太口）默认实际只能使用75%的带宽，剩下那25%是拿来给网络间的各种协议和设备间的通讯用的，如果无法保证并预留以上系统应用的带宽，那设备都宕机或脱网了，带宽再多又有什么用呢？
二、传输问题
传输问题也分为几部分：
1. 接入线路问题。
传统的宽带ADSL对线路的要求高，既有距离、介质的要求，对电气干扰也有要求，有一部分ADSL的线路是不达标的，自然其带宽也不够。比如电话线的线径，最初只有电话时，线径记得只有0.3或0.4毫米，这对通话质量基本没什么影响。但有了ADSL后，影响就大了，中国电信集团要求采用0.5毫米的电话线，同时采用类似网线的双绞线，以减少干扰。曾经看见太平洋网的一篇首页文章，居然认为电话线太细造成中国带宽不达标，真是外行的笑话，让人无语。关于ADSL线路质量是一个很专业的领域，线径只是其中一个小小的指标而已，还有诸如双绞线或平行线方式，主电缆的质量，开线率等等指标。同时ADSL经过不断升级，各版本对线路质量要求也不同。比如版本ADSL2反而比ADSL支持的线路距离要短，但带宽增加不少。而线路质量也只是带宽问题中的一小部分。以我在电信工作10几年的经验，告诉大家一个最靠谱的办法：在ADSL猫里面可以查看到2种速率，一种是ISP给你配置的带宽（也就是你向ISP申请的带宽，一般是1024的整数倍），另一种是实际适配的速率，这表示你家的ADSL线路实际能达到的带宽。如果实际适配速率>配置速率，恭喜，你家的ADSL线路质量很好，是达标的。否则，你可以向ISP投诉，要求整改。仅对ADSL而言，其它任何测速方法全是扯蛋。由于ADSL猫的种类太多，查看的方法无法一一举例，一般在网络状态里可以查看到。当然这仅是针对你家到ISP这短短几公里的线路而言，影响带宽的因素远不止这些。
目前光纤入户已经开始大量普及，衡量的指标又完全不同，主要是光衰，一般<25DB以下都是合格的，当然越小越好。有的光猫可以直接查看光衰。
2. ADSL终端匹配。
ADSL的标准版本很多：ADSL,ADSL2,ADSL2+,ADSL猫和电信DSLAM之间就需要协商，匹配一个大家都支持的版本。电信的DSLMA设备都是顶级的设备制造商的产品，而ADSL猫的质量就参差不齐了，在ADSL版本匹配上影响很大，相同条件下，速率不达标，也许只是换个猫，速率就达标了，甚至速率会有成倍的提升。其中的原因是很复杂的，牵涉到硬件芯片和协议版本的兼容性，我也只是个门外汉。
3. 干线的传输
中国幅员辽阔，城市之间经过成百上千公里的光缆连接，远非弹丸小国可比。在这几百甚至上千公里的距离，只有光缆吗？那你就想错了，光是有衰耗的，所以每隔一段距离都会有中继站，重新放大光信号。同时为了更大的带宽，也会设置光复用的传输设备。对于传输对网络的影响，我想起一件事：当时在新疆某市开通骨干路由器到乌鲁木齐的电路，一般最少是2条电路，走不同路由的干线光缆。在测试的时候发现(路由器和电路均无负载)，一条电路的时延在10ms左右，另一条却在20ms左右，难道是传输的问题？但经过传输专业人员的检查，指标正常，没有任何问题。仔细一问，原来第2条光缆的距离有近千公里（实际某市到乌鲁木齐的距离不过300多公里），我很奇怪：光的速度不是30万公里/秒吗？这点距离的时间差几乎可以忽略。但实际上，每台传输设备大部分都有光电转换的过程，在经过无数个中继站和波分复用设备后，信号被大大的迟延了。由此可见，这只是一个省内的情况，对于全中国呢？一个北方的用户如果访问南方的游戏服务器，那会增加多少时延呢？对于传输，我是外行，希望有专家能指教一二。
三、设备问题
主要是网络中各种设备，分2个方面：
1. 转发性能问题。数据包从设备入口进来，再从出口转发出去，这之间的时间差就是设备转发的时延，时延是带宽的杀手。网络工程师都知道，在衡量设备性能上，有背板带宽和包转发速率等主要参数。交换机是纯硬件转发的，是最快的，电信级的路由器也基本上是硬件转发的，而防火墙就慢多了，它要对每个数据包进行分析并控制，效率就差多了，所以在ISP骨干网里，是不会有防火墙的。
除了网络设备外，光传输设备的影响也非常大，小到本地网，大到省内，甚至国家骨干网。每台设备都要经历光－电－光的转换，时延也在一次次的累加。纯光的运算仍只在理论和实验室中。其中涉及到光网络的协议开销，已不在我所熟悉的领域了。
2. 除了ip及以上协议，每个数据包在进入一台设备上时先要对数据链路层协议进行解包，而在离开设备时要重新封装数据链路层协议，这都是造成时延的因素。在DOS下有个tracert命令，可以查看经过的三层以上的设备（如路由器），但这其中根本不包括二层及以下的设备，像交换机，网络接入设备FTTH等，其它传输设备根本不支持ICMP协议，更无法体现出来，其实我们随便访问一个页面，都要经过10台以上的路由器，而实际每个数据包经过的设备要乘以N倍。
综上所述，网络中设备成百上千，每台设备都不停地处理数据包，不断地累加时延，而带宽就只有2个参数：数据量/时间，而时延无疑严 重影响了带宽。
四、测速问题
我们常常用软件或在网站上测速，但在我看来，这并不科学，也不靠谱。本质上所有的测速原理都是通过下载一个大的文件来计算带宽的，是应用层的，而我们的带宽是纯物理层的。比如用迅雷，它计算的下载速率是你下载的文件大小除以时间，这其中根本不管物理层，数据链路层，网络层，传输层和应用层的所有协议开销，而且也不管PC中是否有其它程序同时也在占用网络带宽。真正科学的方法是从PC的网卡上抓取流量来计算带宽，但这也仅仅解决了PC侧的计算问题。那么对端呢？测速网站的服务器带宽是否够用？假设服务器的带宽只有100M，而同时有100个人在测速，那每个人测出的最大带宽也不过只有1M，哪怕你一个人就有100M带宽。另外服务器的硬件也可能是瓶颈，目前大部分服务器还是用传统硬盘，当有成百上千的用户请求时，即使带宽足够，但硬盘的传输速率也可能是瓶颈。其实，以上都不是最主要的问题，最主要的是这些测试都是测量PC到远端服务器的带宽，这些服务器可能在北京，也可能在广州，可能长达几千公里的距离。而ISP根本不可能给你承诺几千公里距离的带宽，它承诺的只是短短几公里从你家到ISP设备间的带宽。
其实简单地说，我们所感知的实际带宽分2部分：接入带宽和骨干网性能，接入带宽就是ISP办理业务时承诺的带宽。对于ISP来说，接入带宽随着光纤的普及，将不会成为瓶颈了，骨干网的性能只能通过不断扩大带宽，优化网络来解决。
而骨干网性能就是ISP骨干网的带宽、容量和优化情况，这就是大家所不了解的了。举个最简单的例子：某年和某设备制造商技术员聊天，谈到骨干传输带宽，他说某ISP正准备扩容新疆到北京的互联网骨干带宽，增加一条155M，我笑道：这么可怜的带宽？要知道电信当时到北京的带宽已经是40G了，就算是此ISP扩容完，其骨干带宽也只有电信的1%。就这么点可怜的带宽，也因为当时此ISP老旧的国外设备难以和新的国产设备对接而久拖未决。当然此ISP的宽带价格比电信便宜了将近一半，很多老百姓觉得便宜而选择了此ISP，但他们永远无法了解这些真相。所以常常有人说某ISP的10M带宽还不如另一ISP 2M的快，在中国，论骨干网的性能，北方的联通和南方的中国电信比其它ISP强出几条街，其实这就是中国电信拆分前的那张网络。
总之，对大众来说，带宽是不靠谱的测试和应用上的感知，而真正理性分析后，会发现这是个非常复杂的问题，即使罗列了以上因素，我仍然觉得远远不够。只是希望大家能通过这篇文章，大家能理性地探讨带宽的问题，牢骚和叫骂是不能解决问题。也希望此文能抛砖引玉，和其它领域的专家一起探讨，以便更全面地看待这个问题。
网友补充
知乎用户：
补充几个啊。
首先楼主没有澄清带宽和速率的问题。这个问题非常有意思。
比如我们买了10M的带宽（大家都叫带宽，我先借用一下，等一下做进一步澄清），但网线用百兆以太网接入网络的时候（可能是光纤也可能是铜线），我们的传输的速率其实是100M的！你没看错，是100M的。但是你的电脑显示出来的bps为什么顶多10M？是因为你收包的时候是抽疯似的一会儿发一个包，然后静默一段时间。电脑上测试的是平均速率，而不是真实速率。
100M以太网只能按100M收发，不可能降速率收发。这一点非常有趣，但也经常把人搞晕。
接下来说带宽怎么回事。带宽其实是运营商设备在某一级设备（一般是最后一跳）上，设置了限速。说是限速，其实就是限制平均速度。再解释一层就是他不停地计算发给你的byte数，到了限定的值就缓存，缓存满了就丢包。注意，如果对端以200M的速率向你发包，这个包基本上也能到你最后一跳的设备上，但设备会根据设置丢包。最后的平均值，就是你签约的值。
下面才说到服务器和你的电脑最后形成的一个基本传输速率。tcp连接建立的时候，双方会根据“收包确认ack”的成功率去调整速率。如果发端有能力限制（例如网卡是10M的或者其他程序占了网络发包缓存），包在发端主机内就被丢。如果发端上行限速，那么他发出来的包在他的网络里就被丢了。否则可能在收方的最后一跳设备或者收端的主机内丢掉。无论哪种丢包，最后都通过tcp的ack去判断。如果发现丢的多，发端会降速，如果丢的少，发端会尝试提高发送速率。
这就是我们看到的电脑显示出来的网速的由来。有很多因素影响：发送端计算能力，网络能力，以及繁忙程度；发送端下一跳的限速，发送端接入他的业务服务商的限速，网络服务商网络拥塞程度，接收端被网络服务商的限速，接收端自己的网络繁忙程度，接收端自己的网卡能力，计算能力，以及其他程序占用网络程度，以及接收端自身处理数据的能力。
先写这么多吧，细节上有不少不准确的地方，后面有空完善一下。
答：
带宽即速率，单位是bps(bit per second)
不明白什么叫电脑显示速率？在windows系统中显示的速率是你的电脑和网线另一端设备协商出来的，一般是100M或1G,但并没多少用，因为ISP提供的速率远低于此，这不是瓶颈。
谈到限速，就比较复杂了，我也不是太清楚，从限制的位置看，大概有几种吧：
1.端口限速，直接在用户端口上限速，但这种办法最笨，现在早不用了，成千上万的端口都要做数据，用户的端口也会更改，结果就是完全无法控制和管理。
2.账号限速，原理不是很清楚，Radius大概是和BRAS联动，并没有作用到用户端口上。
以上是限速的手段，但限速的算法可多了去了，单桶双桶三桶，cisco很多算法是不公开的，3层和2层设备又是不同的算法，更复杂，我学艺不精，无法深入讨论。
另，TCP滑动窗口，只是TCP层面上的，端到端协议上的，不是设备硬件的上的。
原文：https://www.zhihu.com/question/40309762
以下三篇文章也不错，供参考：
