Wi-Fi 和以太网网络速度详解
在数字世界中，网络速度是一个影响我们日常生活的根本因素，无论是在线交流、游戏、视频会议还是简单的浏览。有线（以太网）和无线（Wi-Fi）网络在过去几十年中经历了漫长的发展历程。虽然在 90 年代，每秒几兆比特的速度被认为是快的，但今天即使在我们的家中也能体验到千兆比特的速度。
计算机硬件标准的性能通常以在理想实验室条件下测量的理论最大值进行宣传（实际上，传输速率可能会受到设备控制器、温度或其他瓶颈的限制）。这些数字不一定反映实际使用速度，但它们非常适合用于比较目的，因为它们清楚地显示了技术世代之间的差异。
在下表中，我提供了每个标准的理论最大值，为了便于阅读和比较，进行了四舍五入，并且始终以字节（特别是 MB/s）显示。我在这里撰写了关于计算机数据传输和存储标准、计量单位、速度及其理论基础的文章。
有线网络（以太网）
有线网络代表了传统且可靠的数据传输形式，设备通过物理电缆相互通信。与无线解决方案相比，这些网络通常提供更高的稳定性、更低的延迟和更高的数据传输速度，尤其是在高负载下。
历史和发展
第一批计算机网络使用有线连接，最初通过同轴电缆，然后从 1990 年代开始，UTP（非屏蔽双绞线）电缆成为行业标准。以太网技术于 1970 年代开发，至今仍是最广泛的有线网络解决方案之一。它从最初的 10 Mbit/s 速度不断发展到今天的 400 Gbit/s 潜力。
有趣的事实和技术细节
- UTP、FTP 和 STP 电缆：最常见的以太网电缆是 UTP（非屏蔽双绞线），它使用非屏蔽双绞线。FTP（箔屏蔽双绞线）和 STP（屏蔽双绞线）电缆使用屏蔽层，可提供更好的电磁干扰 (EMI) 防护。
- 类别：以太网电缆有不同的类别（例如，Cat5e、Cat6、Cat6a、Cat7、Cat8），这些类别提供不断增加的带宽和速度能力。例如，Cat6a 可以支持高达 10 Gbit/s 的速度，而 Cat8 在短距离内支持 40 Gbit/s。
- 光纤电缆：对于长距离和高速数据传输，光纤电缆是首选，因为它们不受电磁干扰的影响，并且可以在数十公里的距离内传输数据而不会造成明显的信号丢失。
优点和缺点
✅ 优点：
- 高速和低延迟
- 稳定、抗干扰的连接
- 更高的安全性，因为更难被窃听
❌ 缺点：
- 需要物理布线，这可能更昂贵且灵活性较差
- 安装和维护更复杂
- 设备移动性受限
以太网数据传输标准表
| 技术 | 典型电缆/介质 | 推出年份 | 带宽 (bit/s) | 带宽 (byte/s) |
|---|---|---|---|---|
| 以太网 (10BASE-T) | Cat 3 UTP | 1990 | 10 Mbit/s | 1.25 MB/s |
| 快速以太网 (100BASE-TX) | Cat 5 UTP | 1995 | 100 Mbit/s | 12.5 MB/s |
| 千兆以太网 (1000BASE-T) | Cat 5e/Cat 6 UTP | 1999 | 1 Gbit/s | 125 MB/s |
| 万兆以太网 (10GBASE-T) | Cat 6a/Cat 7 UTP | 2006 | 10 Gbit/s | 1,250 MB/s |
| 25 千兆以太网 (25GBASE-T) | Cat 8 UTP | 2016 | 25 Gbit/s | 3,125 MB/s |
| 40 千兆以太网 (40GBASE-T) | Cat 8 UTP | 2016 | 40 Gbit/s | 5,000 MB/s |
| 100 千兆以太网 | 光纤 / DAC | ~2010年代 | 100 Gbit/s | 12,500 MB/s |
| 400 千兆以太网 | 光纤 | ~2020年代 | 400 Gbit/s | 50,000 MB/s |
注意：更高的速度（100G、400G 及更高）主要利用光纤进行长距离传输，尽管也存在短距离铜缆解决方案，如直连电缆 (DAC)。
无线网络 (Wi-Fi)
无线网络（如 Wi-Fi、蓝牙、LTE、5G）在过去几十年中变得越来越流行，使设备无需电缆即可连接到互联网和彼此。Wi-Fi 是家庭、办公室和公共场所中最常见的无线技术之一。
历史和发展
第一个 Wi-Fi 标准 802.11 出现在 1997 年，只能提供高达 2 Mbit/s 的速度。在 2000 年代，Wi-Fi 802.11b/g/a 标准变得普及，提供更快的数据传输速度。真正的突破来自于 Wi-Fi 4 (802.11n) 和 Wi-Fi 5 (802.11ac)，它们提供更高的速度、更稳定的连接和更好的范围。今天，Wi-Fi 6/6E 和 Wi-Fi 7 正在将无线网络提升到新的水平，具有更低的延迟和更大的容量。
有趣的事实和技术细节
- 频段：Wi-Fi 主要在 2.4 GHz、5 GHz 以及更新的 Wi-Fi 6E/7 的 6 GHz 频段上运行。2.4 GHz 频段提供更长的范围，但更拥挤且速度较慢，而 5 GHz 和 6 GHz 频段提供更高的速度和更少的拥塞信道。
- MIMO 和 MU-MIMO：现代 Wi-Fi 标准支持多输入多输出 (MIMO) 和多用户 MIMO (MU-MIMO) 技术，使多个设备能够以高速同时连接。
- OFDMA 和波束成形：Wi-Fi 6 和更新版本引入了正交频分多址 (OFDMA)，以便在多个设备之间更有效地共享信道，以及波束成形，它将信号 направляет 向连接的设备，从而提高连接稳定性。
优点和缺点
✅ 优点：
- 易于使用，无需电缆
- 灵活性和移动性（任何支持 Wi-Fi 的设备都可以连接）
- 安装和扩展简单
❌ 缺点：
- 与有线解决方案相比，通常速度较低且延迟较高
- 容易受到干扰（来自其他 Wi-Fi 网络、蓝牙、微波炉等）
- 潜在的安全风险（需要强大的加密，如 WPA3 进行保护）
Wi-Fi 的发展不断提高性能，但在某些情况下——例如高负载企业环境或数据中心——有线网络对于确保稳定性和最大速度仍然至关重要。
Wi-Fi 数据传输标准表
| 世代 | 标准 | 频段 | 推出年份 | 最大数据速率 (bit/s) | 最大数据速率 (byte/s) |
|---|---|---|---|---|---|
| Wi-Fi 1 | 802.11 | 2.4 GHz | 1997 | 2 Mbit/s | 0.25 MB/s |
| Wi-Fi 2 | 802.11b | 2.4 GHz | 1999 | 11 Mbit/s | 1.375 MB/s |
| Wi-Fi 3 | 802.11a/g | 5 GHz / 2.4 GHz | 1999 / 2003 | 54 Mbit/s | 6.75 MB/s |
| Wi-Fi 4 | 802.11n | 2.4 GHz / 5 GHz | 2009 | 600 Mbit/s | 75 MB/s |
| Wi-Fi 5 | 802.11ac | 5 GHz | 2013 | ~3.5 - 6.9 Gbit/s | ~433 - 866 MB/s |
| Wi-Fi 6 | 802.11ax | 2.4 GHz / 5 GHz | 2019 | ~9.6 Gbit/s | ~1,200 MB/s |
| Wi-Fi 6E | 802.11ax | 2.4 / 5 / 6 GHz | 2020 | ~9.6 Gbit/s | ~1,200 MB/s |
| Wi-Fi 7 | 802.11be | 2.4 / 5 / 6 GHz | 2024 | ~46 Gbit/s | ~5,750 MB/s |
*注意：Wi-Fi 速度是在理想条件下测得的理论最大值，通常需要多个天线（流）和宽信道。实际速度通常较低。