计算机网络(4)--- 计算机网络的性能指标

性能指标可以从不同的方面来度量计算机网络的性能。

(1)、速率    计算机发送出的信号都是数字形式的。比特(bit)是计算机中数据量的单位,意识是一个“二进制数字”,因此比特就是二进制数字中的一个0或1。网络技术中的速率指的是连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送数据的速率,它也称为数据率(date rate)或比特率(bit rate)。速率是计算机网络中最重要的一个性能指标,其单位是b/s(比特每秒),当数据率较高时,就可以用kb/s、Mb/s、Gb/s或Tb/s。

(2)、宽带    宽带(bandwidth)含有两种不同的意义

    a、宽带本来是指某个信号具有的频带宽度。信号的宽带是指该信号所包含的各种不同频率成份所占据的频率范围。这种意义的宽带单位是赫(或千赫、兆赫、吉赫等)。因此,表示通信线路允许通过的信号频带范围就成为线路的宽带。

    b、在计算机网络中,宽带用来表示网络的通信线路所能传送数据的能力。因此,网络宽带表示的是单位时间内,从网络中的一点到另一点所能通过的“最高数据率”,其单位是“比特每秒”,记为b/s。

 

(3)、吞吐量    吞吐量(throughput)表示在单位时间内通过某个网络(或信道、接口)的数据量。吞吐量经常用于测量网络实际能够通过多少数据量。显然,吞吐量的大小受网络的宽带或网络的额定速率所限制。例如,对于一个100Mb/s的以太网,其额定速率是100Mb/s,那么这个数值也是该以太网的吞吐量最大上限值。注意,吞吐量还可以用每秒传送的字节数或帧数来表示。

 

(4)、时延    时延(delay)是指数据(报文、分组或比特)从网络(或链路)的一段传送到另外一端所需要的时间。时延是个很重要的性能指标,有时也成为延迟或迟延。网络中的时延是由以下几个不同的部分组成的:

      a、发送时延(transmission delay)

         发送时延是主机或路由器发送数据帧所需要的时间,即从数据帧的第一个比特算起,到最后一个比特发送完毕的所需时间。因此发送时延也叫传输时延,其公式为:

 

        由此可见,发送时延并非固定不边,而是与发送的帧长成正比,与信道宽度成反比。

    b、传播时延(propaganda delay)

        传播时延是电磁波在信道中传播一定距离需要花费的时间,其公式为:

 

        电磁波在网络传输媒体中的传播速度在不同材质中的传播速度各不相同。发送时延发生在机器内部的发送器中(一般发生在网络适配器),而传播时延则发生在机器外部的传输信道媒体上。

    c、处理时延

        主机或路由器在接收分组时需要花费一定的时间进行处理,例如分析分组的首部、提取数据部分、进行差错检验和查找适当的路由等等。

    d、排队时延

        分组在经过网络传输时,要经过许多的路由器。但分组在进入路由器后要先在输入队列中排队等待处理。在路由器确定了转发接口之后,还要在输出队列中排队等待转发。排队时延的长短往往取决于网络当时的通信量,当网络通信量很大时就会发送队列溢出,使分组丢失。

        所以,数据在网络中经历的总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延。至于是哪一种占主导因素,还是要根据实际情况具体分析。

        必须强调指出的一个错误概念是,“比特在高速链路(或高带宽链路)上应该跑得快一些”。这是不对的,对于高速网络链路,我们提高的仅仅是数据的发送速率而不是比特在链路上的传播速度。荷载信息的电磁波在通信线路上的传播速率与数据的发送速率并无关系。提高数据的发送率只是减小了数据的发送时延。另外,数据发送速率的单位是每秒发送多少个比特,指的是某个点或某个接口上的发送速率。而传播速率的单位是每秒传播多少公里,是指传输线路上比特的传播速率。我们通常所说的“光纤信道传输速率高”是指光线信道发送数据的速率可以很高,而光线信道的传播速率实际上比铜线还要略低一点。

 

(5)时延宽带积    将传播时延和宽带相乘,就得到另一个度量:传播时延宽带积,即 时延宽带积 = 传播时延 * 宽带

在链路中,管道的长度是链路的传播时延,而管道的截面积时链路的宽带。因此时延宽带积就表示这个管道的体积,表示这样的链路可容纳多少个比特。例如某段链路的传播时延为20ms,宽带为10Mb/s。所以,时延宽带积 = (20 * ) * (10 * =2*。这表示,在第一个比特即将到达目的地时,发送端就已经发送了20万个比特正在向目的地移动。因此时延宽带积又被成为以比特为单位的链路长度。

 

(6)往返时间RTT(Round-Trip Time)    RTT表示从发送方发送数据开始,到发送方收到接收方的确认,总共经历的时间。对于时延宽带积的例子,它的往返时间RTT就是40ms,在互联网中,往返时间包括各中间结点的处理时延、排队时延、转发数据时的发送时延以及所发送分组的长度等有关。

 

(7)利用率    利用率分“信道利用”和“网络利用率”。

        信道利用率表示信道有百分之几的时间是被利用的(有数据通过),完全空闲的信道的利用率是零。

        网络利用率则是全网络的信道利用率的加权平均值(将各数值乘以相应的权数,然后加总求和得到总体值,再除以总的单位数

        信道的利用率并非越高越好。因为,当信道的利用率增大时,该信道引起的时延也就增加。当网络的通信量不断增大时,由于分组在网络结点(路由器或结点交换机)进行处理时需要排队等待的时间越长,因此,网络引起的时延就会增大。如下图所示:

 

        从图中可以看出,当网络利用率达到其容量的1/2时,时延大致成指数增长,当网络利用率接近1时,网络时延就趋于无穷大。所以,在一些较大主干网ISP通常控制他们的信道利用率不超过50%。如果超过了就要准备扩容,增大线路带宽。

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