计算机网络系列学习：Delay

下面对网络传输过程中的各种延时进行一次整理。

Processing Delay

Processing delay产生于很多地方，如检查数据包的头、决定数据包的传输方向、检查数据包比特级别的传输错误等等。通常，在一个高速路由器中，processing delay的大小在微秒级别甚至更小。

Queuing Delay

在packet switching中，每一个switch会与多条线路连接。Switch为每条线路的数据传输提供一个输出缓冲区（output buffer，也称output queue），当多条线路都有数据包传出时，第一个到达switch的数据包会立刻被发送，其余数据包就会按照到达顺序进入缓冲区，然后根据先进先出策略发送出去。因此这里会产生一个延时，称为queuing delay。Queue delay的大小在微秒到毫秒之间。

设R为传输速率，单位bits/sec，即一个bit从output queue发送出去的速率为R bps；一个数据包的长度为L bits，每个数据包到达queue的平均速率为a 个/sec。则到达output queue的平均比特速率为 La bits/sec。我们称 La/R 为traffic intensity，若La/R > 1，则output queue会趋向于无限增长（假设output queue的长度无穷大）。

计算：

假设数据包每L/R秒到达output queue，则每当一个数据包到达时，output queue总是空的，为什么？

解析：

R bits/sec＊L/R sec ＝ L bits，则恰好L/R后恰好一个数据包被完整送走。

计算：

假设N个数据每(L/R)N秒同时到达output queue（arrive in bursts），问第n个数据包的queuing delay是多少？

解析：

第一个数据包没有delay，
第二个数据包的queuing delay为：L/R s，
….
第n个数据包的queuing delay为：(n-1)L/R。

Transmission Delay

Transmission delay是针对router而言的，英文上的解释是：the rate of which bits are pushed out of the queue，重点就是out of the queue。中文上的理解是router在发送数据时使数据包从router进入到传输媒体所需的时间，即从数据块的第一个比特开始发送算起，到最后一个比特发送完毕所需时间。Transmission delay的大小在微秒到毫秒之间。
若数据包长度为L bits，router A到router B的传输速率为 R bits/sec，则：

dtrans＝L/R

Propagation Delay

Propagation delay是针对link而言的，与传输的数据包大小无关，指的是电磁信号在传播介质中传输的时间，取决于传输介质的物理性质和两router的物理距离。Propagation delay的大小在毫秒量级。
若d是router A和router B的距离，s是传播介质上的传输时间，则：

dprop＝d/s

了解了这四种延时后，一个节点的延时就不难得出了：

Total nodal delay：

dnodal＝dproc＋dqueue＋dtrans＋dprop

通常，如果说output queue不拥挤或网络不拥挤，则表明忽略 dqueue 。

进一步，给出end-to-end delay：

假设在source host和destination host之间有N-1个routers，且网络并不拥挤，则：

dend−end＝N(dproc＋dtrans＋dprop)