计算机网络_1.5 计算机网络的性能指标

笔记来源： B站 《深入浅出计算机网络》课程

一、总览

二、常用的八个计算机网络性能指标

1、速率

（1）数据量

• 比特：计算机中数据量的基本单位，一个比特就是二进制数字中的一个1或0
• 数据量的常用单位有字节（B）、千字节（KB）、兆字节（MB）、吉字节（GB）以及太字节（TB）。

（2）速率

• 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。
• 速率的基本单位是比特/秒（bit/s，可简记为b/s，有时也记为bps，即bit per second）。速率的常用单位有千比特/秒（kb/s或kbps）、兆比特/秒（Mb/s或Mbps）、吉比特/秒（Gb/s或Gbps）以及太比特/秒（Tb/s或Tbps）。

（3）数据量与速率中K、M、G、T的数值辨析

KMGT（昆明高铁）

（4）【练习1】计算发送数据块的所需时间

2、带宽

（1）带宽在模拟信号系统和计算机网络中的不同意义

• 在模拟信号中表示：某个信号所包含的各种不同频率成分所占据的频率范围。
• 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**。

（2）数据传送速率的木桶效应

数据传送速率 = min [ 主机接口速率，线路带宽，交换机或路由器的接口速率 ]

3、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。吞吐量常被用于对实际网络的测量，以便获知到底有多少数据量通过了网络。
• 吞吐量受网络带宽的限制

4、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。 数据可由一个或多个分组、甚至是一个比特构成。

（1）时延的产生部分

• 发送时延（源主机将分组发往传输线路，需要花费一定时间）

• 传播时延（代表分组的电信号在链路上传播，也需要花费一定时间）

• 排队时延
  （分组进入路由器后，在路由器的输入队列中排队缓存并等待处理；在路由器确定了分组的转发接口后，分组会在输出队列中排队缓存并等待转发。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）
• 在分组从源主机传送到目的主机的过程中，分组往往要经过多个路由器的转发。分组在每个路由器上产生的排队时延的长短，往往取决于网络当时的通信量和各路由器的自身性能，由于网络的通信量随时间变化很大、各路由器的性能也可能并不完全相同，因此排队时延一般无法用一个简单公式进行计算。
• 当网络通信量很大时，可能会造成路由器的队列溢出，使分组丢失，正相当于排队时延无穷大。

• 处理时延
  （路由器从自己的输出队列中，取出排队缓存并等待处理的分组后，会进行一系列处理工作，检查分组的首部是否误码，提取分组首部中的目的地址，为分组查找相应的转发接口，以及修改分组首部中的部分内容例如生存时间等。
  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，处理时延也无法用一个简单的公式计算）

为什么源主机、路由器有发送时延，目的主机和路由器却没接收时延？
因为目的主机接收分组信号，与分组信号在链路上传播，是同时进行的

（2）计算各部分时延的公式和注意点

• 计算发送时延时注意其中的发送速率（木桶效应）
• 计算传播时延时首先看传播媒体是什么，进而确定电磁波在该传播媒体中的传播速率
  

（3）计算时延的图解方法与总公式

在不考虑排队时延和处理时延的情况下，源主机通过n个路由器的转发，给目的主机发送m个分组的总时延计算公式（假设各分组等长，各链路等长，主机和路由器的发送速率相等）：
1个分组的发送时延×构成发送文件的分组数量m+1个分组的发送时延×转发次数（路由器数量n）+1个传播时延×链路数

（3）【练习2】占主导地位的是发送时延还是传播时延？

结论：哪个时延占主导要根据具体题目具体分析，没有确定性结论

5、时延带宽积

（1）几何意义

时延带宽积表示某段链路可以容纳的比特数量

（2）意义

链路的时延带宽积也称为以比特为单位的链路长度，这对我们以后理解以太网的最短帧长是非常有帮助的。

6、往返时间

往返时间（Round-Trip Time，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。

卫星链路耗时较大，因为距离远，传播时延大

7、利用率

（1）链路利用率与网络利用率

• 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。

• 网络利用率是指网络中所有链路的链路利用率的加权平均。

（2）时延与利用率间的函数关系

• 当网络利用率达50%时，时延就会加倍
• 网络利用率不是越大越好，过高的网络利用率会产生非常大的时延
• 一些大型ISP往往会控制信道利用率不超过50%。如果超过了就要进行扩容，增大线路的带宽。

8、丢包率

（1）概念及构成

（2）举例丢包的两种情况

1、交换点检测出分组误码，丢弃有误码的分组
2、某交换点输入缓存的队列长度达到阈值，根据丢弃策略主动丢弃分组

（3）丢包率反映网络的拥塞情况