計算機網絡:07---網絡性能名額(速率、帶寬、吞吐量、時延、丢包率、使用率)

​引入：​網絡性能由很多方面的因素決定，下面将介紹幾個比較重要的因素

• 速率
• 帶寬
• 吞吐量
• 時延（發送時延、傳播時延、處理時延、排隊時延）
• 丢包率
• 使用率

一、往返時間（RTT）

​1.逾時時間：​

• ​概念：​例如在TCP協定中，當一台主機向連接配接發送一個封包段（資料包），它會開啟一個計時器，如果計時器在主機接收到該封包段資料的确認之前逾時，那麼這台主機将重新上傳該封包段。從計時器開啟一直到過期的時間成為計時器的逾時時間
• ​特點：​逾時時間應該大于連接配接的往返時間，但是不能大于往返時間過多，否則封包段丢失之後，TCP不會迅速地重傳，進而造成資料傳輸延遲

​2.評估往返時間​

• ​SampleRTT：​一個封包段的樣本RTT(SampleRTT)是從該封包段被發送出去(即交給IP層)的時刻直到接收到該封包确認的時刻，不同的封包都有不同的SampleRTT
• ​EstimateRTT：​因為每個封包段的SampleRTT都不同，是以測量一個典型的RTT，需要對SampleRTT進行平均，這個平均值用EstimateRTT表示

​3.公式​

• EstimateRTT=(1-α)*EstimateRTT+α*SampleRTT

二、網絡延遲

忽略掉處理器與軟體的效率，資料的延遲還與其它方面有關。其中有4大關鍵因素

• ​傳播延遲​
• ​串行延遲​
• ​路由與交換延遲​
• ​排隊與緩沖延遲​

延遲=傳播延遲+串行延遲+排隊延遲+處理延遲

​

​

​1.傳播延遲​

• ​概念：​是延遲的主要因素。表示資訊在通信媒體中以光速從源到目的地所花費的時間
• ​速度因子：​在自有空間中，光速近似于3*10的5次方km/s，光速在媒體中傳輸所引起的減慢的量成為速度因子

不同媒體的傳輸速度

• 光纖電纜：約為70%的光速
• 銅質電纜：不同的構造大約在40%-80%之間
• 同軸電纜：大約為66%
• 衛星通信鍊路：使用電磁波通過大氣層來與太空傳播資訊。資訊通過發射器與天線從電信号轉換為無線電信号。一旦這些無線電信号離開電線，傳播速度近似為光速

​公式​

• 傳播延遲=距離(實體連接配接的長度)/傳播速度

​2.串行延遲(傳輸延遲)​

• ​串行：​是指存儲在計算機記憶體中的資料位元組轉換為串行的比特流，進而在通信媒體中傳輸
• ​串行延遲：​也被稱為傳輸延遲或延遲。語音和視訊資料流通常使用小的資料包，以最大的程式降低串行延遲的影響

​公式如下​

• 串行延遲=資料包大小(比特)/傳輸速率(比特每秒)

​3.處理延遲​

• ​概念：​在IP網絡中，資料包從源到目的地需要經過一系列的IP路由器和交換機，為了不斷優化資料包達到目的地的路徑，這些IP路由器和交換機會持續不斷的更新下一個路由器的位址。沿途路由器或電路中斷，或者鍊路堵塞都會改變路由器的路徑，進而造成延遲
• ​例如：​高性能的IP路由器與交換機會給鍊路增加近200ms的延遲。Internet鍊路的路由/交換延遲僅僅占用求中的5%

​4.排隊和緩存管理​

• ​概念：​排隊延遲是發生在傳輸層的另一個問題。它是路由器/交換延遲被計算出來之後，由于輸對外連結路的國度使用而造成IP資料包排隊等候，這會額外增加20ms的延遲
• 排隊延遲取決于：1.隊列中位于目前資料包之前的資料包​數量​及其​大小​。2.接口的​傳輸速率​
• 什麼時候排隊延遲大？什麼時候排隊延遲不重要？答：這個問題取決于：1.流量到達隊列的速率。2.鍊路的傳輸速率。3.流量達到的性質(流量是​間歇性​到達還是​突然爆發​)

三、傳輸速率

​1.概念：​傳輸速率用于描述可以從媒體中擷取的比特數的屬于。通常，傳輸速率是測量1秒周期内的比特數

​2.不同網絡媒體的傳輸速率​

• 如果是​銅制​區域網路，根據銅線的屬性，通常分為：10Mbps、100Mbps、1000Mbps。網絡接口也是其中一個因素
• ​光纖​的傳輸速率在50Mbps-100Gbps之間。其中限制光纖傳輸速率的主要因素是工作在光纖兩端的電子裝置
• ​無線信道​傳輸資訊的主要限制因素是：特定信号的可用信道​帶寬​以及會破壞信号波形的​噪音​

四、帶寬與吞吐量