计算机网络:07---网络性能指标(速率、带宽、吞吐量、时延、丢包率、利用率)

引入：网络性能由很多方面的因素决定，下面将介绍几个比较重要的因素

• 速率
• 带宽
• 吞吐量
• 时延（发送时延、传播时延、处理时延、排队时延）
• 丢包率
• 利用率

 

一、往返时间（RTT）

1.超时时间：

• 概念：例如在TCP协议中，当一台主机向连接发送一个报文段（数据包），它会开启一个计时器，如果计时器在主机接收到该报文段数据的确认之前超时，那么这台主机将重新上传该报文段。从计时器开启一直到过期的时间成为计时器的超时时间
• 特点：超时时间应该大于连接的往返时间，但是不能大于往返时间过多，否则报文段丢失之后，TCP不会迅速地重传，从而造成数据传输延迟

2.评估往返时间

• SampleRTT：一个报文段的样本RTT(SampleRTT)是从该报文段被发送出去(即交给IP层)的时刻直到接收到该报文确认的时刻，不同的报文都有不同的SampleRTT
• EstimateRTT：因为每个报文段的SampleRTT都不同，所以测量一个典型的RTT，需要对SampleRTT进行平均，这个平均值用EstimateRTT表示

3.公式

• EstimateRTT=(1-α)*EstimateRTT+α*SampleRTT

二、网络延迟

忽略掉处理器与软件的效率，数据的延迟还与其它方面有关。其中有4大关键因素

• 传播延迟
• 串行延迟
• 路由与交换延迟
• 排队与缓冲延迟

延迟=传播延迟+串行延迟+排队延迟+处理延迟

1.传播延迟

• 概念：是延迟的主要因素。表示信息在通信介质中以光速从源到目的地所花费的时间
• 速度因子：在自有空间中，光速近似于3*10的5次方km/s，光速在介质中传输所引起的减慢的量成为速度因子

不同介质的传输速度

• 光纤电缆：约为70%的光速
• 铜质电缆：不同的构造大约在40%-80%之间
• 同轴电缆：大约为66%
• 卫星通信链路：使用电磁波通过大气层来与太空传播信息。信息通过发射器与天线从电信号转换为无线电信号。一旦这些无线电信号离开电线，传播速度近似为光速

公式

• 传播延迟=距离(物理连接的长度)/传播速度

2.串行延迟(传输延迟)

• 串行：是指存储在计算机内存中的数据字节转换为串行的比特流，从而在通信介质中传输
• 串行延迟：也被称为传输延迟或延迟。语音和视频数据流通常使用小的数据包，以最大的程序降低串行延迟的影响

公式如下

• 串行延迟=数据包大小(比特)/传输速率(比特每秒)

3.处理延迟

• 概念：在IP网络中，数据包从源到目的地需要经过一系列的IP路由器和交换机，为了不断优化数据包达到目的地的路径，这些IP路由器和交换机会持续不断的更新下一个路由器的地址。沿途路由器或电路中断，或者链路堵塞都会改变路由器的路径，进而造成延迟
• 例如：高性能的IP路由器与交换机会给链路增加近200ms的延迟。Internet链路的路由/交换延迟仅仅占用求中的5%

4.排队和缓存管理

• 概念：排队延迟是发生在传输层的另一个问题。它是路由器/交换延迟被计算出来之后，由于输出链路的国度使用而造成IP数据包排队等候，这会额外增加20ms的延迟
• 排队延迟取决于：1.队列中位于当前数据包之前的数据包数量及其大小。2.接口的传输速率
• 什么时候排队延迟大？什么时候排队延迟不重要？答：这个问题取决于：1.流量到达队列的速率。2.链路的传输速率。3.流量达到的性质(流量是间歇性到达还是突然爆发)

三、传输速率

1.概念：传输速率用于描述可以从介质中获取的比特数的属于。通常，传输速率是测量1秒周期内的比特数

2.不同网络介质的传输速率

• 如果是铜制局域网，根据铜线的属性，通常分为：10Mbps、100Mbps、1000Mbps。网络接口也是其中一个因素
• 光纤的传输速率在50Mbps-100Gbps之间。其中限制光纤传输速率的主要因素是工作在光纤两端的电子设备
• 无线信道传输信息的主要限制因素是：特定信号的可用信道带宽以及会破坏信号波形的噪音

四、带宽与吞吐量

带宽其实是数据传输速率的同义词

在作者的计算机网络基础08中有讲解，读者自行翻阅