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。

常见计算机网络的性能指标

速率

带宽

• 例如，在传统的通信线路上，传送的电话信号的标准带宽为3.1kHz，范围从300Hz到3.4kHz，这是话音的主要成分的频率范围
• “我家的出口网速200M”，往往省略了“比特每秒”，完整描述应该是“最高速率为200Mb/s，即网络的出口带宽”。它直接关乎到我们的网络应用体验

其实，“带宽”的这两种表述之间有着密切的联系

• 一条通信线路的“频带宽度”越宽，其所传输数据的“最高数据率”也越高

吞吐量

吞吐量表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量

• 被经常用于对现实世界中的网络的一种测量，以便知道实际上到底有多少数据量能够通过网络
• 吞吐量受网络的带宽或额定速率的限制

例如，这是一个带宽为1Gb/s的以太网，其吞吐量受带宽限制，最高为1Gb/s，通常只能达到700Mb/s

时延

分组从源主机传送给目的主机的过程中，都会在哪些地方产生时延

• 发送时延：源主机将分组发往传输线路，这需要花费一定时间
• 传播时延：代表分组的电信号在链路上传输，这也需要花费一定的时间
• 处理时延：路由器收到分组后，对其进行存储转发，也需要花费一定的时间
• 一般来说，源主机和目的主机之间的路径会由多段链路和多个路由器构成，因此会有多个传播时延和处理时延

综上，网络时延由三部分构成，它们是：发送时延、传播时延和处理时延

• 发送时延 = 分组长度(b) / 发送速率(b/s)
• 传播时延 = 信道长度(m) / 电磁波传播速率(m/s)
  • 电磁波在自由空间的传播速率是光速，即3*10^8 m/s
  • 电磁波在网络传播媒体中的传播速率比在自由空间要略低一些。在铜线电缆中的传播速率约为2.3*10^8 m/s；在光纤中的传播速率为2.0*10^8m/s（题目中未给定，可使用光纤的速度，方便计算）
• 处理时延没有简单的计算公式，因为它不方便计算。因为网络中的数据流量是动态变化的，因此路由器的繁忙程度也是动态变化的；另外，各种路由器的软硬件性能可能有所不同
• 有的教材还有排队时延，本课程将排队时延与处理时延合并称为处理时延

• 通过以上两个例子可以看出，构成网络时延的发送时延、传播时延以及处理时延。在处理时延忽略不计情况下，我们不能想当然地认为发送时延占主导或传播时延占主导，而应该具体问题具体分析

【发送速率】网卡的发送速率、信道带宽、交换机的接口速率，共同决定着主机的发送速率

• 若100Mb/s 1Gb/s 1Gb/s，则发送速率理论上最大也只能达到100Mb/s
• 因此，在构建网络时，应该做到各设备间以及传输介质的速率匹配，这样才能发挥出本应具有的传输性能

时延带宽积

时延带宽积 = 传播时延 * 带宽

• 时延带宽积就是该管道的体积，可以想象成管道中充满了比特
• 若发送端连续发送数据，则在所发送的第一个比特即将到达终点时，发送端就已经发送了时延带宽积个比特
• 链路的时延带宽积又被称为“以比特为单位的链路长度”

往返时间

往返时间RTT（Round-Trip Time）

• 在许多情况下，因特网上的信息不仅仅是单方向传输，而是双向交互的。我们有时候很需要知道双向交互一次所需要的时间。因此RTT也是一个重要的性能指标

例如：RTT是指， 从源主机发送分组开始，直到源主机收到来自主机的确认分组为止，所需要的时间

• 在卫星链路耗时较多。一般情况下，卫星链路的距离比较远，所带来的传播时延比较大。例如地球同步卫星距离地球36000公里，按光速来算，大概传播时延为240ms

利用率

丢包率

背景

比特

计算机中数据量的单位，也是信息论中信息量的单位。一个比特就是二进制数字中的一个1或0；

常用数据量单位：

关于硬盘，操作系统给出的容量与厂家标称的容量不同：

• 固态硬盘250GB
• 但操作系统给出的容量为232.8GB
• 因为厂家给出的单位Gb中的G，为10的9次方；而操作系统中的数据量单位Gb中的G为2的30次