258.計算機網絡的性能指標

1.速率

• 比特（bit）是計算機中數據量的單位，也是信息論中使用的信息量的單位。

• Bit 來源於 binary digit，意思是一個「二進制數字」，所以一個比特就是二進制數字中的一個 1 或 0。

• 速率即數據率(data rate)或比特率(bit rate)是計算機網絡中最重要的一個性能指標。速率的單位是 b/s，或kb/s, Mb/s, Gb/s 等

• 速率每每是指額定速率或標稱速率。

  
  
  

2.帶寬

原義指某個信號具備的頻帶寬度。

2.1模擬信號

​ 帶寬－－表示容許信號佔用的頻率範圍。
​ 單位：HZ、KHZ、MHZ
​ 如：話音的帶寬爲3.1 KHZ(300 HZ ～3.4 KHZ )

2.2數字信號

  帶寬－－表示數字信道發送數字信號的速率，即比特率或數據率或傳輸速率，也稱爲吞吐量 。

  單位：比特/秒，bit/s，bps（bits per second）
  更經常使用的帶寬單位是
千比每秒，即 kb/s （\(10^3\) b/s）
兆比每秒，即 Mb/s（\(10^6\) b/s）
吉比每秒，即 Gb/s（\(10^9\) b/s）
太比每秒，即 Tb/s（\(10^{12}\) b/s）
  注意：在計算機上表示數據大小和容量時，K = \(2^{10}\) = 1024， M = \(2^{20}\), G = \(2^{30}\), T = \(2^{40}\)。

3.吞吐量

• 吞吐量(throughput)表示在單位時間內經過某個網絡（或信道、接口）的數據量。

• 吞吐量更常常地用於對現實世界中的網絡的一種測量，以便知道實際上到底有多少數據量可以經過網絡。

• 吞吐量受網絡的帶寬或網絡的額定速率的限制。

  
  
  

4.時延

4.1定義

  時延：指數據（報文或分組，比特）從網絡（或一條鏈路）的一端傳送到另外一端所需的時間。

4.2組成

  時延有如下幾個組成部分：發送時延、傳播時延、處理時延和排隊時延。

（1）.傳播時延

指電磁波在信道中傳播必定距離所需的時間。
\[ 傳播時延=\frac{信道長度（米）}{電磁波在信道中的傳播速率（米/秒） } \]
電磁波在信道中的傳播速率：
太空：3.0x105km/s(30萬km/s)
電纜：2.3x105km/s(23萬km/s)
光纖：2.0x105km/s(20萬km/s)
如：1000km長的光纖，其傳播時延＝5x10-3 s =5ms

（2）.發送時延（傳輸時延 ）

​ 發送數據時，數據塊從結點進入到傳輸媒體所須要的時間。也就是從發送數據幀的第一個比特算起，到該幀的最後一個比特發送完畢所需的時間。
\[ 發生時延=\frac{數據塊長度（bit）}{信道帶寬（bit/s或bps）} \]
注意：信號的傳輸速率與電磁波在信道上的傳播速率的區別

（3）處理時延

交換結點爲存儲轉發而進行一些必要的處理所花費的時間。

（4）排隊時延

結點緩存隊列中分組排隊所經歷的時延。
排隊時延的長短每每取決於網絡中當時的通訊量。
有時可用排隊時延做爲處理時延。指數據在交換節點等候發送時在緩存隊列中排隊所經歷的時間。

（5）總時延

總時延 = 發送時延+傳播時延+處理時延+排隊時延

對於高速網絡鏈路，咱們提升的僅僅是數據的發送速率而不是比特在鏈路上的傳播速率。
提升鏈路帶寬減少了數據的發送時延。

5.時延帶寬積

(表示鏈路可以容納的比特數)

鏈路的時延帶寬積又稱爲以比特爲單位的鏈路長度。
\[ 時延帶寬積（以比特爲單位的的鏈路長度）=傳播時延*帶寬=鏈路的體積 \]
表示鏈路可以容納的比特數。

6.往返時延RTT

​ 數據從發送端開始發送，到發送端收到來自接收端的確認信息所經歷的時間。
​ 往返時延寬帶積：在收到確認信息前，已經發送的比特數。

7.利用率

• 信道利用率指出信道有百分之幾的時間是被利用的（有數據經過）。徹底空閒的信道的利用率爲零。
• 網絡利用率則是全網絡的信道利用率的加權平均值。
• 信道利用率並不是越高越好。

8.時延與網絡利用率的關係

• 根據排隊論的理論，當某信道的利用率增大時，該信道引發的時延也就迅速增長。
• 若令 D0 表示網絡空閒時的時延，D 表示網絡當前的時延，則在適當的假定條件下，能夠用下面的簡單公式表示 D 和 D0之間的關係：

\[ D=\frac{D_0}{1-U} \]
U 是網絡的利用率，數值在 0 到 1 之間。

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