1.6計算機網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)

常用的計算機網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)有7個：速率、帶寬、吞吐量、時延、往返時間、利用率、丟包率

1.6.1速率

• 計算機發(fā)送的信號是以二進制數(shù)字形式的。
• 一個二進制數(shù)字就是一個比特(bit，binary digit)
• 字節(jié):Byte，1Byte=8bit(1B=8b)
• 常用數(shù)據(jù)量單位
  
• 速率：連接在計算機網(wǎng)絡(luò)上的主機在數(shù)字信道上傳送比特數(shù)據(jù)的速率，也稱為比特率或數(shù)據(jù)率
  
  注意：表示數(shù)據(jù)量時是大寫的K=1024，表示速率時是小寫的k=1000

有一個待發(fā)送的數(shù)據(jù)塊，大小為100MB，網(wǎng)卡的發(fā)送速率為100Mbps，則網(wǎng)卡發(fā)送完該數(shù)據(jù)塊需要多少時間？

解：

1.6.2帶寬

• 在計算機網(wǎng)絡(luò)中，帶寬用來表示網(wǎng)絡(luò)中某通道傳送數(shù)據(jù)的能力，因此網(wǎng)絡(luò)帶寬表示在單位時間內(nèi)網(wǎng)絡(luò)中的某信道所能通過的“最高數(shù)據(jù)率”
• 單位:b/s (kbs, Mb/s,Gb/s,Tb/s)
• 寬帶的帶寬是100兆：出口網(wǎng)速最高100Mb/s=100*10³*10³bit/s

1.6.3吞吐量

• 吞吐量表示在單位時間內(nèi)通過某個網(wǎng)絡(luò)(或信道、接口)的數(shù)據(jù)量
• 吞吐量被經(jīng)常用于對現(xiàn)實世界中的網(wǎng)絡(luò)的一種測量，以便知道實際上到底有多少數(shù)據(jù)量能夠通過網(wǎng)絡(luò)。
• 吞吐量受網(wǎng)絡(luò)的帶寬或額定速率的限制。
• 注意吞吐量和帶寬的區(qū)別：帶寬指的是最大的傳輸速度，而吞吐量指的是實際傳輸速度
  
  

1.6.4時延

• 時延(delay或latency)是指數(shù)據(jù)（一個報文或分組，甚至比特）從網(wǎng)絡(luò)（或鏈路）的一端傳送到另一端所需的時間。時延是個很重要的性能指標(biāo)，它有時也稱為延遲或遲延。
  
• 網(wǎng)絡(luò)中的時延是由以下幾個不同的部分組成的：

發(fā)送時延

• 主機或路由器發(fā)送數(shù)據(jù)幀所需要的時間，也就是從發(fā)送數(shù)據(jù)幀的第一個比特算起，到該幀的最后一個比特發(fā)送完畢所需的時間。
• 發(fā)送時延的計算公式為：
  
• 主機的發(fā)送速率和網(wǎng)卡的發(fā)送速率、信道的帶寬、接口速率有關(guān)
  

傳播時延

• 電磁波在信道中傳播一定的距離需要花費的時間
• 傳播時延的計算公式：
  
• 電磁波在各介質(zhì)中的傳播速度：
  

處理時延

• 處理時延指的是主機或者路由器在收到分組信息時花費的時間。例如分析分組的首部、從分組中提取數(shù)據(jù)部分、查找適當(dāng)?shù)穆酚傻取?/li>

思考：現(xiàn)在我們暫時忽略處理時延。假定有一個長度為100MB的數(shù)據(jù)塊（這里的M顯然不是指10⁶而是指2²⁰。B是字節(jié)，1字節(jié)=8比特）。在帶寬為1Mbps的信道上（這里的M顯然是10⁶）連續(xù)發(fā)送（即發(fā)送速率為1Mbps)，其發(fā)送時延是多少？
現(xiàn)在把這個數(shù)據(jù)塊用光纖傳送到1000km遠的計算機。由于在1000km的纖上的傳播時延約為5ms，因此在這種情況下，發(fā)送100MB的數(shù)據(jù)塊的總時延=838.9s+0.005s=838.9005S?？梢妼τ谶@種情況，發(fā)送時延決定了總時延的數(shù)值。如果我們把發(fā)送速率提高到100倍，即提高到100Mbps，那么總時延就變?yōu)?.389+0.005=8.394s，縮小到原有數(shù)值的1/100文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-783176.html

1.6.5往返時間

• RTT(Round-TripTime)往返時間在計算機網(wǎng)絡(luò)中它是一個重要的性能指標(biāo)。表示從發(fā)送端將所有待發(fā)送的數(shù)據(jù)發(fā)送到傳輸媒介開始，到發(fā)送端收到來自接收端的確認(rèn)總共經(jīng)歷的時間（不包含發(fā)送時延）。
• RTT由三個部分決定：鏈路的傳播時間、末端系統(tǒng)的處理時間、路由器的緩存中的排隊和處理時間。其中前兩個部分的值作為一個TCP連接相對固定，路由器的緩存中的排隊和處理時間會隨著整個網(wǎng)絡(luò)擁塞程度的變化而變化。所以RTT的變化在一定程度上反映了網(wǎng)絡(luò)擁塞程度的變化。
• 例如，A向B發(fā)送數(shù)據(jù)。如果數(shù)據(jù)長度是100MB，發(fā)送速率是100Mbit/s，那么：
  
• 如果B正確收完100 MB的數(shù)據(jù)后，就立即向A發(fā)送確認(rèn)。再假定A只有在收到B的確認(rèn)信息后，才能繼續(xù)向B發(fā)送數(shù)據(jù)。顯然，這需要等待一個往返時間RTT(這里假定確認(rèn)信息很短，可忽略B發(fā)送確認(rèn)的時間)。如果返回時間=2S，那么可以算出A向B發(fā)送數(shù)據(jù)的有效數(shù)據(jù)率為80Mbps。比原來的數(shù)據(jù)率100Mbps小很多。
  
• 在互聯(lián)網(wǎng)中，往返時間還包括各中間結(jié)點的處理時延、排隊時延以及轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)時的發(fā)送時延。當(dāng)使用衛(wèi)星通信時，往返時間RTT相對較長，是很重要的一個性能指標(biāo)。

1.6.6利用率

• 利用率有信道利用率和網(wǎng)絡(luò)利用率兩種。
  
• 根據(jù)排隊論，當(dāng)某信道的利用率增大時，該信道引起的時延也會迅速增加。
• 如果令D₀表示網(wǎng)絡(luò)空閑時的時延，D表示網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前的時延，那么在適當(dāng)?shù)募俣l件下，可以用下面的簡單公式來表示D、D₀和利用率U之間的關(guān)系為：
  
  ○ U是網(wǎng)絡(luò)的利用率，數(shù)值在0到1之間
  ○ 網(wǎng)絡(luò)的利用率達到50%時，時延就要加倍;當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的利用率超過50%時，時延急劇增大;
  ○ 網(wǎng)絡(luò)的利用率接近100%時，時延就趨于無窮大;
  ○ 因此，一些擁有較大主干網(wǎng)的ISP通常會控制它們的信道利用率不超過50%。如果超過了，就要準(zhǔn)備擴容，增大線路的帶寬;
  ○ 因此，信道利用率并非越高越好
  

1.6.7丟包率

• 丟包率即分組丟失率，是指在一定的時間范圍內(nèi)，傳輸過程中丟失的分組數(shù)量與總分組數(shù)量的比率。
• 丟包率是網(wǎng)絡(luò)運維人員非常關(guān)心的一個網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)，但對于普通用戶來說往往并不關(guān)心這個指標(biāo)，因為他們通常意識不到網(wǎng)絡(luò)丟包。
• 分組丟失主要有兩種情況：
  ○ 分組在傳輸過程中出現(xiàn)誤碼，被結(jié)點丟棄
  主機發(fā)送的分組在傳輸過程中出現(xiàn)了誤碼,當(dāng)分組進入傳輸路徑中的結(jié)點交換機后，被結(jié)點交換機檢測出了誤碼。進而被丟棄。
  ○ 分組到達一臺隊列已滿的分組交換機時被丟棄；在通信量較大時就可能造成網(wǎng)絡(luò)擁塞
  
  ○ 假設(shè)路由器R5當(dāng)前的輸入緩沖區(qū)已滿，此時主機發(fā)送的分組到達該路由器。路由器沒有存儲空間暫存該分組，只能將其丟棄。實際上。路由器會根據(jù)自身的擁塞控制方法，在輸入緩存還未滿的時候就主動丟棄分組。
  ○ 因此，丟包率反映了網(wǎng)絡(luò)的擁塞情況：
  ○ 無擁塞時路徑丟包率為0。
  ○ 輕度擁塞時路徑丟包率為1%～4%。
  ○ 嚴(yán)重?fù)砣麜r路徑丟包率為5%～15%

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