计算机网络的性能

计算机网络的性能

一、性能指标

1. 速率

• 比特（bit，binary digit）：二进制数字，一个比特不是 0 就是 1

• 比特：信息论中使用的 信息量的单位

• 速率（数据率、比特率）：（网络技术中）数据的传送速率

• 单位： bit/s （比特每秒）

• 网络的速率：额定速率 或 标称速率

• 单位换算
  k(kilo)=10 ^ 3=千
  M(Mega)=10 ^ 6=兆
  G(Giga)=10 ^ 9=吉
  T(Tera)=10 ^ 12=太
  P(Peta)=10 ^ 15=拍
  E(Exa)=10 ^ 18=艾
  Z(Zetta)=10 ^ 21=泽
  Y(Yotta)=10 ^ 24=尧

2. 带宽

• 两种意义

  	两种意义	定义	单位
  频域称谓	本来：信号具有的频带宽度	信号所包含的各种不同频率成分所占据的 频率范围 （信号的频率范围）	赫（千赫、兆赫、吉赫）	表示某信道允许通过的信号频带范围就称为该信道的带宽（通频带）
  时域称谓	计算机网络：表示网络中，通道传送数据的能力	网络带宽：在单位时间内网络中的某信道所能通过的 ”最高数据率“	bit/s

3. 吞吐量

• 在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的实际数量
• 受网络的带宽、或网络的额定速率 的限制
• 可用每秒传送的字节数或帧数来表示

4. 时延

• 数据（一个报文或分组，甚至比特）从网络（或链路）的一段传送到另一端所需的时间
• 时延（延迟、迟延）的组成：发送时延、传播时延、处理时延、排队时延

（1）发送时延

• 主机或路由器发送数据帧所需要的时间

• 从发送数据帧的第一个比特，到该帧的最后一个比特发送完毕所需要的时间

• 公式
  

  • 根据公式可知，对于一定的网络，发送时延与发送的帧长成正比，与发送速率成反比

（2）传播时延

• 电磁波在信道中传播一定的距离需要花费的时间（信号传送的距离越远，传播时延就越大）

• 公式
  

• 	电磁波传播速率
  自由空间	光速。3.0 * 10^5 km/s
  铜电缆	2.3 * 10^5 km/s
  光纤	2.0 * 10^5 km/s

发送时延和传播时延的不同：

	发生位置	无关项
发送时延	机器内部的发送器中	与传输信道的长度（或信号传送的距离）无关
传播时延	机器外部的传输信道媒体中	与信号的发送速率无关

（3）处理时延

• 主机或路由器处理收到的分组耗费的时间
• 例：分析分组首部、从分组中提取数据部分、进行差错检验、查找适合路由等

（4）排队时延

• 分组会经过多个路由器
• 等待处理：进入路由器要先在输入队列中排队等待处理
• 等待转发：路由器确定转发接口后，还要在输出队列中排队等待转发
• 该时延长短取决于：网络当前通信量
• 无穷大：队列溢出导致分组丢失时

（5）总时延

• 对于高速网络链路，仅提高数据的发送速率（不提高比特在链路上的传播速率）
• 传播速率取决于通信线路的介质材料（与数据的发送效率无关系）
• 提高数据的发送速率只是减少了数据的发送时延
• 数据的发送速率：单位（比特每秒），指某个点或某个接口上的发送速率
• 传送速率：单位（公里每秒），指在某一段传输线路上比特的传播速率
• “光纤信道的传输速率高“：指可以用很高的速率向光纤信道发送数据（而光纤信道的传播速率实际上比铜线略低，这是介质材料决定的）

5. 时延带宽积

• 以比特为单位的链路长度
• 表示这个链路管道的体积，可容纳的比特数
• 管道中的比特数：从发送端发出，但未到达接收端的比特

6. 往返时间RTT

• 双向交互一次所需时间

• 有效数据率
  

• 往返时间：各中间结点的处理时延、排队时延、转发数据时的发送时延

7. 利用率

	含义
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）
网络利用率	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，排队论指出：当信道的利用率增大，引起的时延增加
• 信道或网络的利用率过高会产生非常大的时延

二、非性能指标

1. 费用
2. 质量
3. 标准化
4. 可靠性
5. 可扩展性和可升级性
6. 易于管理和维护