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分组延时、丢失和吞吐量

分组丢失和延时是怎样发生的

在路由器缓冲区的分组队列

• 分组到达链路的速率超过了链路输出的能力
• 分组等待排到队头、被传输

延时原因：

• 当当前链路有别的分组进行传输，分组没有到达队首，就会进行排队，从而产生排队延迟
• 丢失原因：分组到达的时候，队列满了，就会丢弃
• 除了排队延时，还有传输延时

四种延时类型

• 节点处理延时
  • 检查bit级差错
  • 检查分组首部和决定将分组导向何处
• 排队延时
  • 在输出链路上等待传输的时间
  • 依赖于路由器的拥塞程度
• 传输延时
  • R = 链路带宽(bps)
  • L = 分组长度(bits)
  • 将分组发送到链路上的时间 = L / R
  • 存储转发延时
• 传播延时
  • d = 物理链路的长度
  • s = 在媒体上的传播速度($2\ast 10^8$ m/sec)
  • 传播延时 = d/s

节点延时

排队延时

• R = 链路带宽（bps）
• L = 分组长度（bits）
• a = 分组到达队列的平均速率

流量强度 = La / R

• La / R ~ 0：平均排队延时很小
• La / R -> 1：排队延时变得很大
• La / R > 1：比特到达队列的速率超过了从该队列输出的速率，平均排队时间将趋向无穷大

系统设计时流量强度不能大于1

Internet的延时和路由

• Internet 的延时和路由是怎样的？
  • Traceroute 诊断程序：提供从源端，经过路由器，到目的的延时测量
  • For all i:
    • 沿着目的的路径，向每个路由器发送3个探测分组
    • 路由器 i 将向发送方返回一个分组
    • 发送方对发送和回复之间间隔计时

Traceroute 是 利用 ICMP协议（互联网控制报文协议） 运作的
TTL的原理：

• 假设源客户端是A，目标客户端是B，中间的路由器标号一次为 1 2 3 4 5
• 在分组的头部header中有一个字段叫TTL（Time to leave）是整数，每经过一个路由器时路由器将TTL-1，如果TTL=0，则该路由器向原客户端发送消息，从而得到时间
• A设置TTL=1，那么第一个路由器返回时间；设置TTL=2，那么第二个路由器返回时间

依次增大TTL，得到每个路由器返回的延时

• 对于目标客户端B，设置TTL足够大能够达到B，但是设置端口号没有对应的服务，这样到达B之后找不到对应的端口号就又会向A返回时间，得到B的延时

• 在Windows系统下

  • Tracert hostname
  • 如 Tracert www.gucas.ac.cn

• 更完整的例子

  • tract [-d] [-h maximum_hops] [-j computer-list] [-w timeout] target_name
  • 请见帮助： http://www.linkwan.com/gb/broadmeter/article/trace -help.htm

• 测试网址

  • www.traceroute.org
  • www.linkwan.com

分组丢失

• 链路的队列缓冲区容量有限
• 当分组到达一个满的队列时，该分组将会丢失
• 丢失的分组可能会被前一个节点或源端系统重传，或根本不重传

吞吐量

• 吞吐量：在源端和目标端之间传输的速率（数据量 / 单位时间）
  • 瞬间吞吐量：在一个时间点的速率
  • 平均吞吐量：在一个长时间内平均值

吞吐量取决于吞吐量最小的路径

吞吐量：互联网场景

• 如图，可以看到R链路同时由多个连接共享，这样的话不同的连接就要平分带宽

• 这样尽管R的带宽比$R_s$，$R_c$大，但是实际给AB的带宽是 1/n，最终比较的是 1/n 的大小