计算机网络的性能指标

计算机网络的性能指标

速率

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带宽

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吞吐量

带宽1 Gb/s的以太网，代表其额定速率是1 Gb/s，这个数值也是该以太网的吞吐量的绝对上限值。因此，对于带宽1 Gb/s的以太网，可能实际吞吐量只有 700 Mb/s，甚至更低。

注意：吞吐量还可以用每秒传送的字节数或帧数表示

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时延

时延：是指数据（一个报文或分组，甚至比特）从网络（或链路）的一端传送到另一端所需的时间。

网络时延是由发送时延、传播时延、处理时延构成的。

发送时延

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的时间。

计算公式为：发送时延=$\frac{分组长度(bit)}{发送速率(bit/s)}$=$\frac{数据帧的长度(bit)}{发送速率(bit/s)}$

传播时延

电磁波在信道中传播一定的距离所需要花费的时间。

计算公式为：传播时延=$\frac{信道长度(m)}{电磁波在信道中的传播速率(m/s)}$

处理时延

主机或路由器在收到分组时要花费一定时间进行处理，例如分析分组的首部、从分组中提取数据部分、进行差错检验或查找适当的路由等，这就产生了处理时延。

排队时延

分组在经过网络传输时，要经过许多路由器。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，这就产生了排队时延。

排队时延的长短往往取决于网络当时的通信量，当网络的通信量很大时就会发生队列溢出，使分组丢失，这相当于排队时延为无穷大。

有时会把排队时延看成处理时延 一部分，因此数据在网络中经历的总时延=发送时延 + 传播时延 + 处理时延 （处理时延 + 排队时延），处理时延一般题目会忽略不计。

从下面的例子可以看出，当处理时延忽略不计时，发送时延 和 传播时延谁占主导，要具体情况具体分析

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时延带宽积

计算公式：时延带宽积=传播时延$\times $带宽

如下图所示，这是一个代表链路的圆柱形管道，管道的长度是链路的传播时延(注意：现在是以时间作为单位来表示链路长度)，而管道的横截面积是链路的带宽。因此，时延带宽积就表示这个管道的体积，表示这样的链路可容纳多少个比特

例如，设某段链路的传播时延为20ms，带宽为10Mbit/s，计算出时延带宽积=$20\times 10^{-3}\times 10\times 10^6=2\times 10^{5}bit$，这就是表明了，若发送端发送数据，则在发送的第一个比特即将到达终点时，发送端就已经发送了20万个比特了，而这20万个比特都正在链路上向前移动。因此，链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度。管道中的比特数表示从发送端发出的但尚未到达接收端的比特。对于一条正在传送数据的链路，只有在代表链路的管道都充满比特时，链路才能得到充分的利用。

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往返时间

互联网上的信息不仅仅单方向传输而是双向交互的。因此，我们有时很需要知道双向交互一次所需的时间。

往返时间：从源主机发送分组开始，直到源主机收到来自目的主机的确认分组为止所需要的时间。也就是从A发送信息到B，B收到信息后，又返回去告诉A我已经收到信息，这个过程所需要的时间就是往返时间RTT。

例如，A向B发送数据，如果数据长度是100MB，发送速率是100Mbit/s，那么发送时间=$\frac{数据长度}{发送速率}=\frac{100\times 2^{20}\times 8}{100\times 10^6}=\approx 8.39s$

如果B正确接收完100MB的数据后，就立即向A发送确认。再假定A只有收到B的确认信息后，才能继续向B发送数据。显然，这需要等待一个往返时间RTT。如果RTT=2s，那么可以计算出A向B发送数据的有效数据率。

有效数据率=$\frac{数据长度}{发送时间+RTT}=\frac{100\times 2^{20}\times 8}{8.39+2}\approx 80.7\times 10^{6}bit\approx 80.7Mbit/s$，比原来的数据率100Mbit/s小了很多。

当使用卫星通信时，往返时间RTT相对较长，是很重要的一个性能指标。

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利用率

利用率有信道利用率和网络利用率两种。

完全空闲的信道利用率是0。当某信道利用率增大时，该信道引起的时延也会迅速增加。这和高速公路的情况类似，当高速公路上的车流量很大时，由于公路上的某些地方会出现堵塞，因此行车所需要的时间就会变长。

也就是说，信道或网络的利用率过高会产生非常大的时延。

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丢包率

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总结

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