计算机网络基础知识和术语（二）---性能指标

1 速率

• 速率：指链接在计算机网络上的主机在数字信道上发送数据或接收数据的速率（单位时间内传输数据的比特位数）。也称数据传输速率，数据率，比特率。

单位：

• 当指信号频带范围时单位为赫兹（Hz）
• 当指速率最大值时单位为比特/秒（b/s）。

有关比特/秒的单位换算：

• 在形容速率单位时
  
• 形容存储容量时

2 带宽

• 带宽：理想状态下在这条信道上所能传输信号的最大速率。用来描述信道传输能力，表示单位时间内可以传输的最大数据量。

• 单位：比特/秒（b/s），kb/s，Mb/s，Gb/s。

• 带宽是指在链路入口发送数据的速率，不是在链路上传播的速率。数据在链路上以电磁波形式传输。

带宽，原指信号具有的频带宽度，即单位时间内可以传输的数据量。
在模拟信号系统中，带宽用于表示传输信号所占用的频率宽度，也被称为频宽。

在数字设备中，带宽表示单位时间内可以传输的数据量，通常以比特/秒（b/s）为单位。
带宽在计算机系统中通常用来描述网络或线路理论上传输数据的最高速率。

带宽按照不同的标准可以进行不同的分类

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• 按照应用范围划分，可以将其分为广域网带宽和局域网带宽
• 按照工作方式划分，可以将其分为上行带宽和下行带宽
• 按照技术标准划分，可以将其分为以太网、令牌环和FDDI等。

3 吞吐量

• 吞吐量：指单位时间通过某个网络（接口、信道）的数据量。也称实际速率，用来描述实际传输的速率。
• 单位：比特/秒（b/s），或字节每秒（Bps¹）作为单位，其中1字节=8比特
• 吞吐量受到网络带宽或网络额定速率的限制
• 吞吐量 = 所有链路传输速率之和（如下图）
• 分类：平均吞吐量，瞬时吞吐量。
  

瓶颈链路（bottleneck link）

瓶颈链路是指一个端到端路径中，限制吞吐量的链路。

• 分类：
• 1.端到端的单链路（只有一条独享链路情况，通常为理想情况）
  
• 2.端到端有链路复用情况（实际现实中的情况）
  其中链路R被多条链路复用。
  则每条连接上端到端的吞吐量=min{Rc，Rs，R/10}

实际上，由于 R>>max{Rs，RC} ，导致Rc或Rs经常是瓶颈。

紧张链路（Tight Link）

在端到端路径中，有效带宽最小的链路称为紧张链路。

4 时延

4.1 定义

• 时延（延迟或迟延）：指数据（报文/分组/比特流）从网络（或链路）的一端传播到另一端所用时间
• 单位：秒（s）
• 节点总时延 = 四种时延类型累加

4.2 分类

4.2.1 发送时延（传输时延）

• 定义：从发送分组的第一个比特起，到最后一个比特发送完毕所用时间。（把所有数据推送到信道使用的时间）

高速链路可以提高发送速度，减少发送时延。

• 计算：发送时延 = 数据长度 / 发送速率

有时以信道带宽作为发送速率，实际上是达不到带宽的速率的。

4.2.2 传播时延

• 定义：数据在信道传输所用时间，（从最后一个比特离开上一端进入信道到第一个比特接触下一端）
• 限制：取决于电磁波传播速度，链路长度，信道环境（传播介质）等。
• 位置：发生在信道上
• 计算：传播时延 = 信道长度 / 电磁波在信道上的传播速率

4.2.3 排队时延

• 定义：排队时延是指数据包在计算机网络中传输时，由于网络拥塞或资源不足等原因，导致数据包在队列中等待传输的时间
• 限制：排队时延的大小受到多种因素的影响，包括网络利用率、网络带宽、路由器的缓存大小、数据包的大小等。

4.2.4 处理时延

• 定义：处理时延是指数据包在计算机网络中传输时，由于主机或路由器处理能力的限制，导致数据包在检查错误，寻找下一链路过程中所需要的时间。
• 限制：处理时延的大小受到多种因素的影响，包括网络带宽、数据包的大小、主机的性能、路由器的缓存大小等等

5 时延带宽积

• 定义：时延带宽积是指网络的响应速度
• 计算：时延带宽积 = 传播时延（s） x 带宽（b/s）
• 单位：比特（bit）。

时延带宽积在网络中通常被称为以比特为单位的链路长度，表示链路中传输的比特数量。即“某段链路现在有多少比特”

在计算机网络中，时延带宽积越大，表示网络的响应速度越快，但同时也意味着网络拥塞的可能性越大。

6 往返时延RTT

• 定义：往返时延（RTT）是指数据从网络一端传到另一端再收到接收端确认（接收方收到数据后立即发送确认）总共所需的时间

RTT包括：

• 往返时延 = 传播时延 * 2
• 末端处理时间

RTT越大，收到确认前可发送数据越多，游戏等运行程序越卡顿。

7 利用率

• 定义：即网络通道的利用情况

包括：

• 信道利用率
  有数据通过的时间 / （有+无）数据通过时间

• 网络利用率
  信道利用率的加权平均值

图例
利用率很低：
利用率高：

利用率与时延关系：
解释：利用率过高会导致信道资源大量占用，大大增加了时延，导致数据传播速率降低。

拓：

比特

• 比特（BIT，Binary digit），是信息量单位，是由英文BIT音译而来。同时也是二进制数字中的位，信息量的度量单位，为信息量的最小单位。
• 单位：位。
• 在字位上，比特只有0和1两个符号。因为电子硬件本身的物理性质决定了比特只有这两种符号2。

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1. bps:位每秒 ↩︎