计算机网络的性能¶

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速率¶

比特（bit）来源于 binary digit，意思是一个“二进制数字”，因此一个比特就是二进制数字中的一个 1或0。网络技术中的速率指的是数据的传送速率，称为数据率（data rate）或比特率（bit rate）。速率是计算机网络中最重要的一个性能指标。速率的单位是 bit/s（比特每秒）（或b/s，有时也写为bps，即 bit per second）。

当数据率较高时，就常常在 bit/s 的前面加上一个字母。

\[ 1G = 10^3 M = 10^6 K = 10^9 \]

这样，\(4\times 10^{10}\)bit/s 的数据率就被记为40 Gbit/s。现在人们在谈到网络速率时，常省略速率单位中应有的bits，而使用不太正确的说法，如“40G 的速率”。另外要注意的是，当提到网络的速率时，往往指的是额定速率或标称速率，而并非网络实际上运行的速率。

带宽¶

bandwidth 在通信中，表示信道能够通过的频率范围

在计算机网络中，带宽用来表示网络中某通道传送数据的能力，因此网络带宽表示在单位时间内网络中的某信道所能通过的“最高数据率”。在本书中提到“带宽”时，主要是指这个意思。这种意义的带宽的单位就是数据率的单位 bit/s，是“比特每秒”。

单位时间最多通过多少bit

吞吐量¶

throughput 单位时间内通过某个网络的实际数据量

时延¶

发送时延¶

也叫做传输时延是指主机或路由器发送数据帧所需要的时间

\[ 发送时延 = \frac{数据帧长度}{发送速率} \]

传播时延¶

电磁波在信道中传播一定的距离需要花费的时间

\[ 传播时延 = \frac{信道长度}{电磁波在信道上的传播速率} \]

电磁波在光纤中的传播速率约为\(2 \times 10^5km/s\)

发送时延是发生在内部的，传播时延发生在信道上

处理时延¶

主机或者路由器收到分组后需要一定时间进行处理，比如提取首部、提取数据、差错检测和查找转发表

排队时延¶

分组进入路由器之后，要在输入队列进行排队

总时延就是以上四种时延之和

时延带宽积¶

时延带宽积可以理解为：

在一条链路中，某一时刻“正在路上”的数据量。

\[ 时延带宽积 = 传播时延 \times 带宽 \]

往返时间 RTT¶

双向交互一次的时间也就是收到ACK所需要的时间

\[ 有效数据率 =\frac{数据长度}{发送时间+RTT} \]

利用率¶

分为信道利用率和网络利用率

信道利用率指某信道有百分之几的时间是被利用的

如果我们设一个信道每秒通过\(\mu\)个bit，每秒进入\(\lambda\)个bit，显然通过的应该比进入的多，不然信道就直接堵塞了，那么在单位时间内，只通过了\(\lambda\)个bit，因为出去的比进来的多，进来的肯定都出去了所以利用率

\[ U = \frac{\lambda}{\mu} \]

当信道空闲时，也就是没有数据进入时，显然U=0 此时时延就是

\[ D_0 = \frac{1}{\mu} \]

当有数据进入之后，一个bit进入之后，得等待前面的\(\lambda\)个bit先过，对于这个bit来说，实际的通过速率应该就是\(\mu - \lambda\) 所以

\[ D=\frac{1}{\mu - \lambda} \]

带入就有

\[ D = \frac{D_0}{1-U} \]

也就是说，网络利用率越高，时延越大