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计算机网络-性能指标

简介

性能指标可以从不同的方面来度量计算机网络的性能

常用的计算机网络的性能指标有以下8个

• 速率
• 带宽
• 吞吐量
• 时延
• 时延带宽积
• 往返时间
• 利用率
• 丢包率

速率

比特

计算机中的数据量的单位，也是信息论中的信息量的单位。一个比特就是二进制数字中的一个1或0

常用数据量单位

• 8bit =1Byte
• KB=2^10B
• MB=K*KB=2^10 * 2^10 B =2^20 B
• GB=K*MB=2^10 * 2^20 B =2^30 B
• TB=K*GB=2^10 * 2^30 B = 2^40 B

⛱日常生活中我们使用的磁盘为什么看起来容量总是小于磁盘的标量呢?

实际上是因为厂商所使用的单位为十进制，而计算机内部则采用的是二进制的单位

如上图:则计算机中的实际容量为

(250 * 10^9)/2 ≈2 32.8 GB

速率

连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送比特的速率，也称为比特率或数据率

• 信道:信号传输的通道

常用的数据率单位

• bit/s (b/s,bps)
• kb/s = 10^3 b/s (bps)
• Mb/s = k * kb/s =10^3 * 10^3 b/s = 10^6 b/s (bps)
• Gb/s= k*Mb/s =10^3 * 10^6 b/s = 10^9 b/s (bps)
• Tb/s= k*Gb/s = 10^3 * 10^9 b/s = 10^12 b/s (bps)

📖速率单位中采用的是10进制，此处M、G、T虽然是大写，但仍然是十进制，而非比特单位中的M、G、T,比特单位中为大写B，速率采用小写b,需要进行单位转换(1B = 8b)

• 数据块采用2进制，1MB = 1024 * 1024 B
• 速率采用10进制 , 1Mb = 1,000,000 b

• 如果题中声明了数据块大小可以约等于10进制量，则因题而异

带宽

带宽的这两种表述之间有着密切的联系。一条通信线路的频带宽度越宽，其所传输数据的最高数据率越高

吞吐量

• 吞吐量表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量
• 吞吐量被经常用于对现实世界中的网络的一种测量，以便知道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额定速率的限制

时延

• 网络时延分为:发送时延、传播时延、处理时延
• 发送时延:主机对报文进行分组然后发送到传输线路所需要的时间
• 传播时延:分组在链路上传输的时间
• 处理时延:路由器对数据存储转发的时间

时延计算

发送时延=分组长度(b)/发送速率(b/s)

传播时延=信道长度(m)/电磁波传输速率(m/s)

处理时延一般忽略，受设备性能影响

• 可以看出传播时延的主导需要因数据量而已，不能一概而论

时延带宽积

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-tYQS4LNf-1691306277025)(/home/ubuntu/Desktop/计算机网络/img/时延带宽积.png)]

• 若发送端连续发送数据，则在所发送的第一个比特即将到达终点时，发送端就已经发送了时延带宽积个比特
• 链路的时延带宽积也称为以比特为单位的链路长度

往返时间

• 在许多情况下，因特网上的信息不仅仅单方向传输，而是双向交互，我们有时候很需要知道双向交互一次所需的时间，因此往返时间RTT(Round-Trip Time)也是一个重要的性能指标

• 在整个链路中耗时最多的部分为卫星链路: (36000(km)* 2)/300000(km/s)=0.24(s)
• 通信卫星的高度约为36000km

网络利用率

利用率可分为

• 信道利用率:用来表示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

• 根据排队论，当某信道的利用率增大时该信道引起的时延也会迅速增加

• 因此，信道利用率并非越高越好

• 如果令D0表示网络空闲时的时延，D表示网络当前的时延，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、D0和利用率U之间的关系

  D = D0 / (1-U)
  

  • 当网络利用率达到50%时，时延就要加倍
  • 当网络利用率超过50%时，时延急剧增加
  • 当网络利用率接近100%时，时延就趋于无穷大
  • 因此，一些拥有较大主干网的ISP通常会控制它们的信道利用率不超过50%，如果超过了就要准备扩容，增大线路带宽

• 也不能使信道利用率太低，这会使宝贵的通信资源被白白浪费。应该使用一些机制，可以根据情况动态调整输入网络的通信量，使网络利用率保持在一个合理的范围内。

丢包率

• 丢包率即分组丢失率，是指在一定的时间范围内，传输过程中丢失的分组数量与分组数量的比率

• 丢包率具体可分为接口丢包率、结点丢包率、链路丢包率、路径丢包率、网络丢包率

• 丢包率是网络运维人员非常关心的一个网络性能指标，但对于普通用户来说往往并不关❤这个指标，因为他们通常意识不到网络丢包

• 分组丢失主要有两种情况:

  • 分组在传输过程中出现误码，被节点丢弃
  • 分组达到一台队列已满的分组交换机时被丢弃，在通信量较大时就肯能造成网络拥塞

• 因此，丢包率反映了网络的拥塞情况

  • 无拥塞时路径丢包率为0
  • 轻度拥塞时路径丢包率为1% ~ 4%
  • 严重拥塞时路径丢包率为5% ~ 15%

总结

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