计算机网络(四):分组交换网中的时延、丢包和吞吐量

吞吐量即每秒能够传输的数据量。
1、分组交换网中的时延概述:
节点处理时延、传输时延和传播时延是一直有的,当到达速率超过链路允许输出的最大速率的时候,还会有排队时延,这些时延加起来就是节点总时延,即端到端实验。
链路的前面有一个队列(即缓存),当该分组从上游节点到达路由器的时候,路由器会检查该分组的首部已决定该分组的适当输出链路,并将该分组导向该链路。在不考虑传播时延和处理时延时,分组交换公式为:所有分组下放到第一个路由器的时间+最后一个分组从第一个路由器到达目的地址所需要的时间
a、处理时延:当交换设备接收到设备时要检查数据是否出错,还要决定数据会被转发到那条线路上,毫秒微秒级别。
b、排队时延:每个输出上都有个缓冲的部分(队列);排队时延的大小取决于转发设备当前拥塞状况,注入速率块,输出慢就要排队,毫秒微妙级别。到达组的分组数量是到达该队列的流量的强度和性质(即流量是周期性到达还是突发性到达)的函数。
c、传输时延:将一个比特推送到链路上所花费的时间叫传输时延,传输时延和链路带宽有关,也叫发送速率,毫秒微妙级别。传输时延又叫存储转发时延,是将所有分组的比特传输向链路所需要的时间。
d、传播时延:将比特从线路的一端传到另一端所需要花费的时间,与链路长度、速率有关,毫秒级别。从链路的起点到路由器转播所需要的时间。
e、传输与传播的区别:常说的网络带宽指的是传输速率(发送速率);传输时延与路由器之间的距离无关,传播时延是两台路由器之间距离的函数。类比于高速公路收费站收费时间(传输时延)和车在高速上跑的时间(传播时延)。
f、最大吞吐量:一台路由器能够转发分组的最大速率
2、排队时延和丢包
流量强度:设链路带宽(输出带宽)为R(理解为比特从队列中推出的速率bps),分组大小为L比特,分组到达队列的平均速率为a(每秒分组pkt),则比特到达队列的平均速率是La bps,假定队列很大,那么流量强度就是(Lxa)/R,他决定排队时延。当他大于1时,比特到达队列的平均速率超过传输速率,因此必须要求,设计系统时流量强度不能大于1。我们需要事先规定用户量。
当流量强度小于1的时候,到达流量的性质就会影响排队时延,如果是周期性到达,就很难产生排队时延,但如果是突发性到达,很可能有很大的平均排队时延。一般第n个传输的分组具有(n-1)L/R s的排队时延。
当流量强度接近于0,则几乎没有分组到达且到达间隔很大,那么队列几乎为空,此时平均排队时延接近于0;当流量强度接近于1时,将存在到达率超过传输能力的时间间隔(到达的突发性),从而形成队列。
当缓存已经满了的时候,就会产生丢包。丢包越严重,表述阻塞越严重。衡量丢包性能指标用丢包率,丢包率越大,性能越差。
3、端到端时延
假设在源主机和目的主机之间有N-1台路由器,并且网络无阻塞(此时排队时延微不足道),那么节点时延累加起来就是端到端时延:
端到端=N*(链路传播时延+处理时延+L/R<分组出队时间>)
4、计算机网络中的吞吐量
主机接收文件的速率:接收方无差错接受数据的速率,分为瞬时吞吐量(特定时刻)和平均吞吐量(一段时间)
任何瞬间的瞬时吞吐量是主机接收到传输文件的速率
平均吞吐量是文件总比特/文件接收总时间
吞吐量的影响因素是取决于瓶颈链路。瓶颈链路就是带宽最小的链路。

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