7.1 性能指标

  1. 速率
  2. 带宽
  3. 吞吐量
  4. 时延
  5. 时延带宽积
  6. 往返时间
  7. 利用率

    7.1.2 速率

    连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送数据位数的速率也称为data rate 或 bit rate。
  • 网络技术中的速率指的是每秒钟传输的比特数量，称为数据率（data rate）或比特率（bit rate），速率的单位为 b/s（比特每秒）或 bit/s，有时也写为bps，即bit per second。当速率较高时，就可以用kb/s（k=103=千）、Mb/s（M=106=兆）、Gb/s（G=109=吉）或Tb/s（T=1012=太）。现在人们习惯于用更简洁但不严格的说法来描述速率，比如10M网速，而省略了单位中的b/s。
  • Windows操作系统中，速率以字节为单位。大写的 B 代表字节，是byte的缩写，8比特=1字节。
  • 速率是指的一个发端一个接收端平均每秒中发送多少bit。

image.png
一般我们所说的带宽是 8M ，此 8M 是 bit，计算方式是 8M / 8 = 700k左右。
image.png
信道：是指客户机从服务器接受到的单个信息的通路，例如在电脑上看一部电影，看电影的时候需要链接电影所在的服务器，这两者之间就产生了一个信道。

7.1.2 带宽

  • 在计算机网络中，带宽用来表示网络通信线路传输数据的能力，即最高速率。
  • 可以设置电脑网卡的带宽。

网卡的带宽必须和交换机一致，不然就会出现连不上网的情况。
无线网络的速度是根据信号的强弱进行变动的。

单位是b/s, kb/s,Mb/s, Gb/s
image.png
image.png
影响带宽的因素：

  • 发送端定义始终的频率
  • 控制带宽大小
  • 协商带宽
  • 无线信号的强弱

7.1.3 吞吐量

吞吐量表示在单位时间内通过某个网络或接口的数据量，包括全部上传和下载的流量。 也就是所有信道通过网路设备的总量。

  • 最大吞吐量和宽带有关系和通信模式有关系

链接传输工作模式：

  • 单工：只能发，不能收，通信是单方向的。适用于电台、电视台
  • 半双工：A和B进行通信时，当A在给B发送的时候，B不能给A发，要A发完后，B才能给A发。适用于集线器连网、对讲机
  • 全国双工：收发可同时进行，适用于交换机

单位b/s, Mb/s 等
image.png

  • 对于100M的带宽，如果是采用全双工，它的发是100M，收也是100M，那它的吞吐量就是200M。

image.png

7.1.4 时延

时延（delay或 latency）是指数据（一个数据包或bit）从网络的一端传送到另一端所需要的时间。时延是一个很重要的性能指标，有时也称为延迟或迟延。

  • 发送端数据全部发送完毕到接收端把数据全部接收完的时间段。

image.png
数据包越大，时延时间越长。
测试：
C:\Users\wu>ping www.hao123.com -t -l 1400，-l 是指定数据包的大小

  • 数据包为32的时候，平均 = 33ms。
  • 数据包为1400的时候，平均 = 44ms

image.png
网卡的不同带宽，改变的只是发送时延，而不是传播时延，如图1-56所示，4M带宽网卡发送10比特，2M带宽网卡发送10比特需要5us，需要2.5us。1s (秒) =1000ms(毫秒)=1000000us(微秒〉。如果从A端向B端同时发送，4M网卡发送完10比特，2M网卡刚刚发送完5比特。
分类：

  1. 发送时延
  2. 传播时延
  3. 排队时延
  4. 处理时延

发送时延：发送时延 = 数据块长度(比特) / 信道带宽(比特/秒)

  • 发送时延（transmission delay）是主机或路由器发送数据帧所需时间，也就是从发送数据帧的第一个比特开始，到该帧最后一个比特发送完毕所需要的时间。下图表示数据流发送完毕。

image.png
image.png
传播时延：传播延迟 = 信道长度(米) / 信号在信道上的传播速率（米/秒)

  • 传播时延（propagation delay）是电磁波在信道中传播一定的距离需要花费的时间。如下图所示，从最后一比特发送完毕到最后一比特到达路由器接口需要的时间就是传播时延。

image.png
image.png
image.png
排队时延：网络结点缓存队列排队时间
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。
image.png

image.png
处理时延：网络结点存储转发处理时间

  • 路由器或主机在收到数据包时，要花费一定时间进行处理，例如分析数据包的首部、进行首部差错检验，查找路由表为数据包选定转发出口，这就产生了处理时延。
  • 数据在网络中经历的总时延就是以上四种时延的总和。

总时延=发送时延+传播时延+排队时延+处理时延

7.1.5 时延带宽积

  • 把链路上的传播时延和带宽相乘，就会得到时延带宽积。这对我们以后计算以太网的最短帧非常有帮助。
  • 时延带宽积=传播时延×带宽

如图下图所示，A端到B端是 1km的铜线路，电磁波在铜线中的传播速率为 2.3×10-km/s，在1km长的铜线传播时延大约为7-计算机网络的性能 - 图16，A端网卡带宽为10Mb/s，A端向B端发送数据时，链路上有多少比特。我们只需要计算7-计算机网络的性能 - 图17秒的时间A端网卡发送多少比特即可得出链路上有多少比特，这就是时延带宽积。
时延带宽积=7-计算机网络的性能 - 图18,进一步计算得出每比特在铜线的中的长度是23米。
image.png
如果发送端的带宽为100M，则时延带宽积=7-计算机网络的性能 - 图20 比特。这意味着 1km 铜线中可以容纳430比特，每比特2.3米。。
image.png

7.1.6 往返时间

  • 在计算机网络中，往返时间RTT（Round-Trip Time）也是一个重要的性能指标，它表示从发送端发送数据开始，到发送端接收到来自接收端的确认（发送端收到后立即发送确认），总共经历的时间。
  • 往返时间带宽积，可以用来计算当发送端连续发送数据时，接收端如发现有错误，立即向发送端发送通知使发送端停止，发送端这段时间发送的比特量。

image.png
下面看到 ping 百度的网址耗时 时间=24ms，这个时间有多有少，证明网络是不稳定的。
来自 14.215.177.39 的回复: 字节=32 时间=24ms TTL=55 这个过程是总的一个发送和接收的完整往返时间

  1. C:\Users\wu>ping www.baidu.com
  3. 正在 Ping www.a.shifen.com [14.215.177.39] 具有 32 字节的数据:
  4. 来自 14.215.177.39 的回复: 字节=32 时间=24ms TTL=55
  5. 来自 14.215.177.39 的回复: 字节=32 时间=22ms TTL=55
  6. 来自 14.215.177.39 的回复: 字节=32 时间=26ms TTL=55
  7. 来自 14.215.177.39 的回复: 字节=32 时间=51ms TTL=55
  9. 14.215.177.39 的 Ping 统计信息:
  10.     数据包: 已发送 = 4，已接收 = 4，丢失 = 0 (0% 丢失)，
  11. 往返行程的估计时间(以毫秒为单位):
  12.     最短 = 22ms，最长 = 51ms，平均 = 30ms

下面是 ping 内部网络地址，耗时小于1ms，网络很稳定

  1. C:\Users\wu>ping 192.168.3.202
  3. 正在 Ping 192.168.3.202 具有 32 字节的数据:
  4. 来自 192.168.3.202 的回复: 字节=32 时间<1ms TTL=64
  5. 来自 192.168.3.202 的回复: 字节=32 时间<1ms TTL=64
  6. 来自 192.168.3.202 的回复: 字节=32 时间<1ms TTL=64
  7. 来自 192.168.3.202 的回复: 字节=32 时间<1ms TTL=64
  9. 192.168.3.202 的 Ping 统计信息:
  10.     数据包: 已发送 = 4，已接收 = 4，丢失 = 0 (0% 丢失)，
  11. 往返行程的估计时间(以毫秒为单位):
  12.     最短 = 0ms，最长 = 0ms，平均 = 0ms
  14. C:\Users\wu>

7.1.7 利用率

  • 利用率是指网络有百分之几的时间是被利用的（有数据通过），没有数据通过的网络利用率为零。网络利用率越高，数据分组在路由器和交换机处理时就需要排队等待，因此时延也就越大。下面的公式表示网络利用率和延迟之间的关系。
  • 信道利用率：有数据通过时间 / (有 + 无)数据通过时间
  • 网络利用率：信道利用率加权平均值

image.png

  • 利用率是指的网络有百分之几的时间是被利用的〈有数据通过)，没有数据通过的网络利用率为零。网络利用率越高，数据分组在路由器和交换机处理时需要排队等待，因此时延也就越大。下面的公式表示

网络利用率和延迟之间的关系。
image.png

  • U 是网络利用率，D表示网络当前时延，D。表示网络空闲时的时延。如图1-60所示，网络利用率和时延之间的关系，当网络的利用率接近最大值 1 时，网络的时延就趋于无穷大。因此，一些拥有较大主干网的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，增大线路的带宽。
  • 信道最高传输速率是 100M，刚好有 100M 的数据在信道里进行传输，时延就会急剧增大，此时的利用率是 100%。利用率越高，时延就越高

image.png
打开任务管理器中的资源监视器,可以看到网络利用率
image.png
image.png

7.2 非性能指标

  1. 费用
  2. 质量
  3. 标准化
  4. 可靠性
  5. 可扩展性
  6. 可升级性
  7. 管理与维护