计算机网络性能

提示：以下是本篇文章正文内容

一、速率

比特（bit）是计算机中数据量的单位，也是信息论中使用的信息量的单位

网络技术中的速率指的是链接在计算机网络上的主机在数字信道上传送数据的速率，也称为数据率(data rate)或者比特率(bit rate)。

速率的单位是b/s(比特每秒)或者bit/s，也可以写为bps，即bit per second

注意:这两者之间的单位换算

二、带宽

带宽 (bandwidth)原本指信号具有的频带宽度，即最高频率与最低频率之差，单位是赫兹（Hz）

在计算机网络中, 带宽通常是数字信道所能传送的“最高数据率”，单位： b/s (bps) 常用的带宽单位: kb/s -->（103 b/s） , Mb/s–>（106 b/s）

三、延迟/时延(delay或latency)

时延指数据(一个报文或者分组)从网络(或链路)的一端传送到另一端所需的时间 分组交换发生丢包和时延原因: 1.分组交换为什么会发生丢包和时延 2.分组排队，等待输出链路可用 四种排队延迟: 1.结点处理延迟(nodal processing delay)

主机或路由器在收到分组时需要花费一定的时间处理，分析分组首部、从分组中提取数据部分、进行差错检验、查到适当路由等

2.排队延迟（queueing delay）

分组在经过网络传输时，要经过许多的路由器, 但分组在进入路由器后要先在输入队列中排队等待处理。在路由器确定了转发接口后，还要在输出队列中排队等待转发

等待输出链路可用 取决于路由器拥塞程度

3.传输延迟（transmission delay）

传输延迟是主机或路由器发送数据帧所需要的时间，也就是从发送数据帧的第一个比特算起，到该帧的最后一个比特发送完毕所需时间

L: 分组长度(bits),R: 链路带宽 (bps) d_trans = L/R

4.传播延迟（propagation delay）

电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间

d: 物理链路长度, s: 信号传播速度 (~2× 108m/s) d_prop = d/s

总的延迟: 总延时 = 发送延时 + 传播延时 + 处理延时 + 排队延时

注意:传输延迟和传播延迟完全不同, 信号发送速率和信号在信道上的传播速率是完全不同

以10辆车队为例: 模型抽象:

1.车速为100 km/hr ~ 信号传播速度
2.收费站放行一台车用时12 秒 ~ 比特传输时间
3.车 ~ 比特；车队 ~ 分组
4.车队通过收费站时间 ~ 传输延迟（120秒）
5.每台车从第一个收费站跑到第二个收费站用时~ 传播延迟（1小时）

流量强度（traffic intensity） 流量强度 = La/R

R: 链路带宽(bps) L: 分组长度 (bits) a: 平均分组到达速率

(1)La/R ~ 0: 平均排队延迟很小

(2)La/R —> 1: 平均排队延迟很大

(3)La/R > 1: 超出服务能力， 平均排队延迟无限大

四、时延带宽积

传播时延和带宽相乘，就等到另外一个度量：传播时延带宽积 时延带宽积 = 传播时延 x 带宽 = d_prop * R （bits）

链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度

若传播时延为20ms，带宽为10Mb/s
时延带宽积 = 20 × 10 × 10^3 /1000 = 2 × 10^5 bit
若发送端连续发送数据，则在发送的第一个比特即将达到终点时，
发送端就已经发送了20万个比特，并且这20万个bit都在链路上向前移动

分组丢失（丢包）

由于队列缓存容量有限,分组到达已满队列将被丢弃 (即丢包)

丢包后: 丢弃分组可能由前序结点或源重发（也可能不重发） 丢包率:

五、吞吐量/率（Throughput）

吞吐量:表示在发送端与接收端之间传送数据速率 (b/s), 换句话说, 吞表示在单位时间内通过某个网络(或信道、接口)的数据量。吞吐量进场用于对现实世界中的网络的一种测量，以便知道实际上到底有多少数据量能够通过网络。显然，吞吐量受到网络的带宽或网络的额定速率的限制 即时吞吐量: 给定时刻的速率 平均吞吐量: 一段时间的平均速率

若Rs < Rc，则端到端的吞吐量是Rs 若Rs > Rc，则端到端的吞吐量是Rc

瓶颈链路（bottleneck link）:端到端路径上，限制端到端吞吐量的链路

如图 每条“连接”的端到端吞吐量:min(Rc,Rs,R/10)

实际网络: Rc 或Rs 通常是瓶颈

六、往返时间RTT

表示从发送方发送数据开始，到发送方收到来自接收方的确认，总共经历的时间

在互联网中，往返时间还包括各中间结点的处理时延、排队时延以及转发数据时的发送时延

七、利用率

利用率分为信道利用率和网络利用率

信道利用率指出某信道有百分之几的时间是被利用的（有数据通过）, 完全空闲的信道的利用率是零

网络利用率则是全网络的信道利用率的加权平均值

注: 信道利用率并非越好越好, 因为当某信道的利用率增大时，该信道引起的时延也就迅速增加

若D0表示网络空闲时的时延，D表示当前网络时延,U表示网络的利用率

三者之间的关系: