计算机网络基础——网络的性能

速率（数据率）

概念
单位时间传送的数据量。
单位：
bit/s(比特每秒) 这里的比特就是衡量数据多少的一个单位，就像米是衡量距离的单位一样。
1 kbit/s = 10^3 bit/s 千比特每秒
1 Mbit/s = 10^6 bit/s 兆比特每秒
1 Gbit/s = 10^9 bit/s 吉比特每秒
1 Tbit/s = 10^12 bit/s 太比特每秒
1 Pbit/s = 10^15 bit/s 拍比特每秒
1 Ebit/s = 10^18 bit/s 艾比特每秒
1 Zbit/s = 10^21 bit/s 泽比特每秒
1 Ybit/s = 10^24 bit/s 尧比特每秒
注：bit/s 也写成 b/s 或 bps(bit per second)
计算公式
数据率=发送的数据量发送的时耗数据率 = \dfrac{发送的数据量}{发送的时耗}

带宽

概念
通道传输数据的能力，用单位时间能通过的最高数据率表示。
单位
即数据率的单位。
计算公式
即数据率的计算公式

注：
　　平时我们生活中的宽带速度即带宽。比如说10M网，即10Mbit/s 但是我们的下载速度却在1M左右，是因为下载速度的但是是MByte/s。
　　bit：位
　　Byte：字节
　　1 Byte = 8 bit
　　10Mbit/s = 1.25Byte/s

吞吐量

概念
通道实际传输的数据量，假设某路能同时走10辆卡车，某一段时间内同是走的是6辆卡车，这里的10辆是带宽，6辆是吞吐量。
单位
即数据率的单位。
计算公式
即数据率的计算公式

时延

概念
数据从一端发送到另一端所需要的时间。
公式
总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延 + 排队时延
分类

1.发送时延

数据从主机或者路由器发出需要的时间。就像发快递，一些快递从一个转运中心发出，需要先把物品全部装到车上，装车的时间即发送时延。
发送时延=数据帧长度(bit)发送速率(bit/s) 发送时延 = \dfrac{数据帧长度(bit)}{发送速率(bit/s)}

2.传播时延

电磁波在信道中传播一定距离花费的时间。即快递在装车后，车在路上行走所花费的时间即传播时延。
传播时延=信道长度(m)电磁波在信道上传播的速率(m/s) 传播时延 = \dfrac{信道长度(m)}{电磁波在信道上传播的速率(m/s)}

3.处理时延

主机或者路由器收到分组时候要对其进行处理花费的时间，如快递到达一个转运中心的时候，有的去城市A有的去B，这时就需要对其进行分类处理，所花费的时间即处理时延。

4.排队时延

在路由器中处理的数据需要排队，发送的时候也需要排队。就像对快递分类你只能一个一个的分，那么快递越多排队时延就越大。同样，通信量越多，排队时延就越大。

时延带宽积

概念
即，时延和带宽的乘积。也可以称为以比特为单位的链路长度，如图。
单位
bit
计算公式
时延带宽积=传播时延×带宽时延带宽积 = 传播时延\times带宽

往返时间RTT

概念
A向B发送1Mb数据，当发送完后，且B已经接受完毕，B需要告诉A，“我接收完了”，然后A才能继续向B发送数据，那么B发送“我接收完了”所需要的时间就是往返时间。
单位
秒 s
计算公式
往返时间包括各中间结点的处理延时，排队延时，转发数据时候的发送延时。使用卫星通信时候，往返时间RTT较长。
因此有了有效数据率这个名词。
例如：
数据长度为100M，发送速率为100Mbit/s
发送时间=数据长度发送速率=100×210×8100×106≈8.39s 发送时间 = \dfrac{数据长度}{发送速率} = \dfrac{100\times2^{10}\times8}{100\times10^6} \approx 8.39s

我们假设往返时间为2s则有

有效数据率=数据长度发送时间+RTT=10×220×88.39+2≈80.7×106bit/s≈80.7Mbit/s 有效数据率 = \dfrac{数据长度}{发送时间+RTT} = \dfrac{10\times2^{20}\times8}{8.39+2}\approx80.7\times10^6bit/s \approx80.7Mbit/s

利用率

概念
- 信道利用率
  某信道的百分之几的时间是被利用的。
- 网络利用率
  全网络信道利用率的加权平均值。

利用率并非越高越好，利用率高了，相应的时延也会增加，就像高速路上车多了，反而走的慢了。如图所示，当利用率趋近1时，传输时延急剧增加。