目录
1、速率
2、带宽
3、吞吐量
4、时延
5、时延带宽积
6、往返时间 RTT
7、利用率
计算机网络的性能指标用来从不同的方面来度量计算机网络的性能。常用的性能指标有7个:速率、带宽、吞吐量、时延、时延带宽积、往返时间(Round-Trip Time,简称RTT)、利用率
计算机发送的信号都是数字形式的。比特 (bit) 来源于 binary digit,意思是一个“二进制数字”,因此一个比特就是二进制数字中的一个 1 或 0。
网络技术中的速率指的是数据的传送速率,它也称为数据率(data rate)或比特率(bit rate)。速率的单位是 bit/s (比特每秒)(或 b/s,有时也写为 bps,即 bit per second)。
当数据率较高时,就常常在 bit/s 的前面加上一个字母。例如:
k(kilo) = = 千,M(Mega) =
= 兆,G(Giga) =
= 吉,
T(Tera) = = 太,P(Peta) =
= 拍,E(Exa) =
= 艾,
Z(Zetta) = = 泽,Y(Yotta) =
= 尧
这样,4 x bit/s 的数据率就记为 40 Gbit/s。
在计算机网络中,带宽用来表示网络中某通道传送数据的能力,因此网络带宽表示在单位时间内网络中的某信道所能通过的“最高数据率”。带宽的单位就是数据率的单位 bit/s(比特每秒)。
也就是说,一条通信链路的“带宽”越宽,其所能传输的“最高数据率”也越高。
吞吐量(throughput)表示在单位时间内通过某个网络(或信道、接口)的实际数据量。
吞吐量一般用来测量实际上到底有多少数据量能够通过网络。
吞吐量受网络带宽或网络额定速率的限制。例如,对于一个1 Gbit/s 的以太网,就是说其额定速率是 1 Gbit/s,那么这个数值也是该以太网的吞吐量的绝对上限值。因此,对 1 Gbit/s 的以太网,其实际的吞吐量可能只有 100 Mbit/s,甚至更低,并没有达到其额定速率。//吞吐量小于带宽
请注意,有时吞吐量还可用每秒传送的字节数或帧数来表示。
时延(delay 或 latency)是指数据从网络的一端传送到另一端所需的时间。
时延是由以下几个不同的部分组成的://总时延=发送+传播+处理+排队
(1)发送时延(transmission delay)
发送时延是主机或路由器发送数据所需要的时间,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。
发送时延的计算公式是:数据帧长度(bit) / 发送速率(bit/s)
发送时延 =
由此可见,发送时延并非固定不变,而是与发送的帧长成正比,与发送速率成反比。//数据帧长越长,发送时延越长,数据发送速率越大,发送时延越短。
(2)传播时延(propagation delay)
传播时延(propagation delay)是电磁波在信道中传播一定的距离需要花费的时间。
传播时延的计算公式是: 信道长度(m) / 传播束率(m/s)
传播时延和发送时延有本质上的不同。
发送时延发生在机器内部的发送器中(一般就是发生在网络适配器中)与传输信道的长度没有任何关系。//机器内的时延
传播时延发生在机器外部的传输信道媒体上,与信号的发送速率无关,信号传送的距离越远,传播时延就越大。//传输信道上的时延(机器外)
(3)处理时延
主机或路由器在收到分组时要花费一定的时间进行处理,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转发表等,这就产生了处理时延。
(4)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会发生队列溢出,使分组丢失,这相当于排队时延为无穷大。
下图给出了这几种时延所产生的地方:
传播时延和带宽相乘,就是传播时延带宽积。//注意,这里是传播时延而不是总时延
计算公式:时延带宽积 = 传播时延 x 带宽
那么,这个度量有什么用呢?
比如,我们用下边的示意图来表示时延带宽积:
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(以时间作为单位来表示链路长度),而管道的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 20 ms,带宽为 10 Mbit/s,算出:
时延带宽积 = 20 x x 10 x
= 2 x
bit
不难看出,管道中的比特数表示从发送端发出但尚未到达接收端的比特数。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,链路才得到最充分的利用。//可以利用时延带宽积来衡量链路的利用率
互联网上的信息不仅仅单方向传输而是双向交互的,所谓往返时间就是双向交互一次所需的时间。
下边分别 ping 本地计算机网关、国内网站和国外网站,我们可以看到不同网络的往返时间是有差异的:
ping 192.168.43.1 // ping网关——局域网
正在 Ping 192.168.43.1 具有 32 字节的数据:
来自 192.168.43.1 的回复: 字节=32 时间=4ms TTL=64
来自 192.168.43.1 的回复: 字节=32 时间=4ms TTL=64
来自 192.168.43.1 的回复: 字节=32 时间=5ms TTL=64
来自 192.168.43.1 的回复: 字节=32 时间=4ms TTL=64
192.168.43.1 的 Ping 统计信息:
数据包: 已发送 = 4,已接收 = 4,丢失 = 0 (0% 丢失),
往返行程的估计时间(以毫秒为单位):
最短 = 4ms,最长 = 5ms,平均 = 4ms
--------------------------------------------------------
ping www.baidu.com // ping国内服务器——互联网
正在 Ping www.a.shifen.com [112.80.248.75] 具有 32 字节的数据:
来自 112.80.248.75 的回复: 字节=32 时间=25ms TTL=53
来自 112.80.248.75 的回复: 字节=32 时间=39ms TTL=53
来自 112.80.248.75 的回复: 字节=32 时间=37ms TTL=53
来自 112.80.248.75 的回复: 字节=32 时间=40ms TTL=53
112.80.248.75 的 Ping 统计信息:
数据包: 已发送 = 4,已接收 = 4,丢失 = 0 (0% 丢失),
往返行程的估计时间(以毫秒为单位):
最短 = 25ms,最长 = 40ms,平均 = 35ms
----------------------------------------------------------
ping 8.8.8.8 // ping国外服务器——互联网
正在 Ping 8.8.8.8 具有 32 字节的数据:
来自 8.8.8.8 的回复: 字节=32 时间=117ms TTL=113
来自 8.8.8.8 的回复: 字节=32 时间=105ms TTL=113
来自 8.8.8.8 的回复: 字节=32 时间=115ms TTL=113
来自 8.8.8.8 的回复: 字节=32 时间=96ms TTL=113
8.8.8.8 的 Ping 统计信息:
数据包: 已发送 = 4,已接收 = 4,丢失 = 0 (0% 丢失),
往返行程的估计时间(以毫秒为单位):
最短 = 96ms,最长 = 117ms,平均 = 108ms
注:TTL是 Time To Live 的缩写,该字段指定IP包被路由器丢弃之前允许通过的最大网段数量。
那么, RTT 时间有什么用呢?
例如,A 向 B 发送数据。如果数据长度是 100 MB,发送速率是100 Mbit/s,那么:
发送时间 = 数据长度 / 发送速率 = = (约等于)8.93s
假定 B 正确收完 100 MB 的数据后,就立即向 A 发送确认。再假定 A 只有在收到 B 的确认信息后,才能继续向 B 发送数据。显然,这就要等待一个往返时间 RTT。如果 RTT = 2s,那么可以算出 A 向 B 发送数据的有效数据率。
有效数据率 = 数据长度 / (发送时间+RTT) = = (约等于)80.7 Mbit/s
由此可见,实际上比原来的数据率 100Mbit/s 小不少。
在互联网中,往返时间还包括各中间节点的处理时延、排队时延以及转发数据时的发送时延。
利用率有信道利用率和网络利用率两种。
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。
信道利用率并非越高越好。这是因为,根据排队论的理论,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。这和高速公路的情况有些相似。当高速公路上的车流量很大时,由于在公路上的某些地方会出现堵塞,因此行车所需的时间就会变长,网络也有类似的情况。//信道利用率越高,网络引起的时延就会越大
如果令 表示网络空闲时的时延,D 表示网络当前的时延(设现在的网络利用率为 U),那么在适当的假定条件下,可以用下面的简单公式来表示 D 与
以及利用率 U 之间的关系:
这里 U 是网络利用率,数值在 0 到 1 之间。当网络利用率达到其容量的 1/2 时,时延就要加倍。
特别值得注意的就是:当网络利用率接近最大值 1 时,网络产生的时延就趋于无穷大。因此,信道利用率或网络利用率过高就会产生非常大的时延。
因此,一些拥有较大主干网的 ISP 通常控制信道利用率不超过 50%。如果超过了就要准备扩容,增大线路的带宽。
至此,全文结束。