【网络奇遇记】揭秘计算机网络的性能指标：时延带宽积|往返时间|利用率|丢包率

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系列专栏：网络奇遇记、数据结构
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上期回顾

    计算机网络的性能指标是用来衡量和评估网络的各种性能方面的指标。常用的有速率、带宽、吞吐量、时延、时延带宽积、往返时间、利用率及丢包率这8个性能指标。通过对这些指标的监测和优化，可以提升网络的性能和效率。

速率：
计算机网络中的速率是指数据的传送速率（即每秒传送多少个比特），也称为数据率或比特率。

带宽：

• 带宽在模拟信号系统中的意义：是指某个信号所包含的各种不同频率成分所占据的频率范围；
• 带宽在计算机网络中的意义：用来表示网络的通信线路所能传送数据的能力，即在单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的最高数据率。

吞吐量：
吞吐量是指在单位时间内通过某个网络或接口的实际数据量。吞吐量会受网络带宽的限制。

时延：
时延是指数据从网络的一端传送到另一端所耗费的时间，也称为延迟或迟延。网络中的时延由发送时延、传播时延、排队时延以及处理时延这四部分组成。

• 发送时延：发送时延是主机或路由器发送分组所耗费的时间，计算公式如下：

• 传播时延：传播时延是电磁波在链路（传播介质）上传播一定的距离所耗费的时间，计算公式如下：
  

• 排队时延：分组在路由器的输入队列和输出队列中排队缓存所耗费的时间就是排队时延，一般无法用一个简单的公式进行计算。

• 处理时延：路由器对分组进行这一系列处理工作所耗费的时间就是处理时延，一般无法用一个简单的公式进行计算。

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一. 时延带宽积

    时延带宽积是传播时延和带宽的乘积。时延带宽积的计算公式如下所示：

    我们可以将链路想象成一个圆形管道，管道的长度是链路的传播时延（即以时间作为单位来表示链路长度），管道的横截面积是链路的带宽，如下图所示。时延带宽积就相当于管道的容积，表示这样的链路可以容纳的比特数量。

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二. 往返时间

    往返时间（RTT）是指从发送端发送数据分组开始，到发送端收到接收端发来的相应确认分组为止，总共耗费的时间。我们将网络简化成主机A和主机B通过一台路由器进行相连，共两段链路。主机A给主机B发送数据分组（下图 ①），主机B收到数据分组后给主机A发送相应的确认分组（下图 ②）。从主机A发送分组数据分组开始，到主机A收到主机B发发来的相应确认分组为止，就是一次交互的往返时间。

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三. 利用率

利用率有链路利用率和网络利用率两种。

链路利用率：

链路利用率是指某条链路有百分之几的时间是被利用的（即有数据通过）。完全空闲的链路的利用率为零。

网络利用率

网络利用率是指网络中所有链路的链路利用率的加权平均。

当某链路的利用率增大时，该链路引起的时延就会迅速增加。例如，当公路上的车流量增大时，公路上的某些地方会出现拥堵，所需行车时间就会变长。网络也是如此，当网络的通信量较少产生的时延并不大，但网络的通信量不断增大时，分组在交换节点（路由器或交换机）中的排队时延会随之增大，因此网络引起的时延就会增大。

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四. 丢包率

    丢包率是指在一定的时间范围内，传输过程中丢失的分组数量与总分组数量的比率。丢包率可以分为接口丢包率、节点丢包率、链路丢包率、路径丢包率以及网络丢包率等等，如下图所示：

分组丢失主要有以下两种情况：

• 分组在传输过程中出现误码，被传输路径中的节点交换机（例如路由器）或目的主机检测出误码而丢弃。
• 节点交换机根据丢弃策略主动丢弃分组

丢包率可以反映网络的拥塞情况：

• 无拥塞时路径丢包率为0；
• 轻度拥塞时路径丢包率为1%~4%；
• 严重拥塞时路径丢包率为5%~15%。

当网络的丢包率较高时，通常无法正常使用网络应用。

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结语

     今天的干货分享到这里就结束啦！如果觉得文章还可以的话，希望能给个三连支持一下，聆风吟的主页还有很多有趣的文章，欢迎小伙伴们前去点评，您的支持就是作者前进的最大动力！