计算机网络: 第一章 概述_2:计算机网络的性能指标

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计算机网络的性能指标被用来从不同方面度量计算机网络的性能。常用的八个计算机网络性能指标分别为: 速率, 带宽, 吞吐量, 时延, 时延带宽积, 往返时间, 利用率, 丢包率八个性能指标.

速率

比特(bit,记为小写b) 是计算机中数据量的基本单位,一个比特就是二进制数字中的一个1或0。

数据量的常用单位有 字节(byte,记为大写B)、千字节(KB)、兆字节(MB)、吉字节(GB)以及太字节(TB)。

速率是指数据的传送速率(即每秒传送多少个比特),也称为数据率(Data Rate)或比特率(Bit Rate)。

速率的基本单位是 比特/秒(bit/s,可简记为b/s,有时也记为bps,即bit per second)。

速率的常用单位有千比特/秒(kb/s或kbps)、兆比特/秒(Mb/s或Mbps)、吉比特/秒(Gb/s或Gbps)以及太比特/秒(Tb/s或Tbps)。


数据量单位 中的 K、M、G、T 的数值分别为 2^10^ 、 2^20^、2^30^、2^40^。

速率单位 中的 k、M、G、T 的数值分别为 10^3^、 10^6^、 10^9^、 10^12^。

带宽

用来表示网络的通信线路所能传送数据的能力,即在单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的最高数据率。(单位:b/s(kb/s,Mb/s,Gb/s,Tb/s)。和速率单位是相同的).

数据传送速率遵循木桶效应.

吞吐量

吞吐量是指在单位时间内通过某个网络或接口的实际数据量。吞吐量常被用于对实际网络的测量,以便获知到底有多少数据量通过了网络。

吞吐量受网络带宽的限制。

时延

时延是指数据从网络的一端传送到另一端所耗费的时间,也称为延迟或迟延。 数据可由一个或多个分组、甚至是一个比特构成。

发送时延 = 分组长度(b) / 发送速率(b/s)

传播时延 = 信道长度(m) / 信号传播速率(m/s)

通过上图可以得出如下结论: 源主机通过n个路由器的转发给目的主机发送m个分组的总时延计算公式: (n+1) * 传播时延 + (n+m) * 单个分组的发送时延

时延带宽积

时延带宽积是传播时延和带宽的乘积。

【举例】主机A和B之间采用光纤链路,链路长1km,链路带宽为1Gb/s,请计算该链路的时延带宽积。

因此,链路的时延带宽积也称为以比特为单位的链路长度,这对我们以后理解以太网的最短帧长是非常有帮助的。

往返时间

往返时间(Round-Trip Time,RTT)是指从发送端发送数据分组开始,到发送端收到接收端发来的相应确认分组为止,总共耗费的时间。

利用率

链路利用率

链路利用率是指某条链路有百分之几的时间是被利用的(即有数据通过)。

完全空闲的链路的利用率为零。

网络利用率

网络利用率是指网络中所有链路的链路利用率的加权平均。

根据排队论可知,当某链路的利用率增大时,该链路引起的时延就会迅速增加。

当网络的通信量较少时,产生的时延并不大,但在网络通信量不断增大时,分组在交换节点(路由器或交换机)中的排队时延会随之增大,因此网络引起的时延就会增大。

令D0表示网络空闲时的时延,D表示网络当前的时延,那么在理想的假定条件下,可用下式来表示D、D0和网络利用率U之间的关系。

一些大型ISP往往会控制信道利用率不超过50%。如果超过了就要进行扩容,增大线路的带宽。

丢包率

丢包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总分组数量的比率。

  • 分组丢失主要有以下两种情况:
    • 分组在传输过程中出现误码,被传输路径中的节点交换机(例如路由器)或目的主机检测出误码而丢弃。
    • 节点交换机根据丢弃策略主动丢弃分组。
  • 丢包率可以反映网络的拥塞情况:
    • 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%。

练习题

【练习1】有一个待发送的数据块,大小为100MB,网卡的发送速率为100Mbps,则网卡发送完该数据块需要多长时间?

【2010年 题34】在下图所示的采用"存储-转发"方式的分组交换网中, 所有链路的数据传输速率为100Mbps,分组大小为1000B, 其中分组头大小为20B。若主机H1向主机H2发送一个大小为 980 000B 的文件,则在不考虑分组拆装时间和传播延迟的情况下,从H1发送开始到H2接收完为止,需要的时间至少是( )。


解答

【练习1】:

100MB = 100 * 10^6^ B

t = ( 100 * 2^20^ B ) / ( 100 * 10^6^)

t = 2^20^ * 8 / 10^6^

t = 8.38 s
【2010年 题34】

首先确定总共分了多少个组: 980000/(1000-20) = 1000个分组

再确定单个分组的发送时延: 1000B/100Mbps = (1000 * 8) / (100 * 10^6^) = 0.08 ms

根据公式计算: 总的时延 = (分组个数+路由器个数) * 单个分组发送时延 + 传播时延(本题忽略) = (1000+2) * 0.08 = 80.16 ms

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