计算机网络的性能指标

速率

首先需要了解一些概念

信道（Channel）：表示向某一方向传送信息的通道（信道 $\neq$ 通信线路）一条通信线路在逻辑上往往对应着一条发送信道和一条接收信道

速率（Speed）：指连接到网络上的节点在信道上传输数据的速率。也称数据率或比特率、数据传输速率（真题最常用）

速率单位：bit/s、b/s 或 bps（真题最常用）

注意

有时也会用 B/s （1B = 8b，B = Byte 字节，b = bit 比特）

计算机网络中常用的数量前缀： k（千） 、 M（兆） 、 G（吉） 、 T（太），这些单位之间的进率都为 $10^3$

注意

在计组、操作系统中数量前缀含义有区别

前缀	计网	计组/操作系统
进率	$10^3$	$2^{10}$
k	$10^3$	$2^{10}$
M	$10^6$	$2^{20}$
G	$10^9$	$2^{30}$
T	$10^{12}$	$2^{40}$

带宽

带宽（Bandwidth）：表示在单位时间内某信道所能传输的“最高数据率”

带宽在通信领域代表某信道允许通过的信号频带范围，单位是赫兹（Hz）

本质上都是描述信号传输能力的强弱

注意

节点间通信实际能达到的最高速率由带宽、节点性能共同限制

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）的实际数据量，吞吐量受带宽限制、受复杂的网络负载情况影响

网线吞吐量：该网线进出两个信道的单位时间数据量总和

网卡吞吐量：该网卡进出两个信道的单位时间数据量总和

时延

时延（Delay）：数据（报文、分组、比特流）从网络（或链路）的一端传送到另一端所需的时间。有时也成为延迟或迟延

总时延 = 发送时延^[1] + 传播时延^[2] + 处理时延^[3] + 排队时延^[4]

受网络负载、路由器性能等诸多因素影响。考试中一般不考虑处理时延和排队时延的影响

时延带宽积

时延带宽积（Delay Bandwidth Product）：表示在传播时延时，某信道所能传输的数据量。

时延带宽积 = 传播时延（s） $\times$ 带宽（bit/s）

时延带宽积的含义： 一条链路中，已从发送端发出但尚未到达接收端的最大比特数

提示

时延带宽积用于设计最短帧长

往返时间RTT

往返时间（Round-Trip Time）：从发送方发送完数据开始，到发送方收到来自接收方的确认，总共经历的时间。

示意图：

RTT示意图

如图：$RTT = t2 + t3 + t4 + t5$

各时间段含义：

	含义
$t1$	发送方发送数据的发送时延（不计入RTT）
$t2$	发送方发送数据后，接收方收到数据前的单向传播时延
$t3$	接收方收到数据后，发送确认数据前的处理时延
$t4$	接收方发送确认数据的发送时延
$t5$	接收方发送确认数据后，发送方收到确认数据前的单向传播时延（通常$t5 \approx t2$）

如果过程中有经过多个路由器，则加上对应的时间即可

信道利用率

信道利用率（Channel Utilization）：表示信道有百分之几的时间是被利用的（有数据通过）。

$$\text{信道利用率} = \frac{\text{有数据通过的时间}}{\text{总时间}}$$

信道利用率不能太低，浪费资源；同时也不能过高，容易造成网络拥塞

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1. 发送时延：又名传输时延，主机或路由器向信道发送数据帧所需要的时间，即从数据帧的第一个比特算起，到该帧的最后一个比特发送完毕所需的时间。
   计算方式：

   $$\text{发送时延} = \frac{\text{数据帧长度（bit）} }{\text{发送速率（数据传输速率）（bit/s）} }$$

   ↩︎

2. 传播时延：电磁波在信道中传播一定的距离需要花费的时间。
   计算方式：

   $$\text{传播时延} = \frac{\text{信道长度（m）} }{\text{电磁波在信道上的传播速率（m/s）} }$$

   ↩︎

3. 处理时延：主机或路由器在收到分组时要花费一定的时间进行处理，如分析分组的首部、从分组中提取数据部分、进行差错检验或查找适当的路由等，这就需要花费一定的时间。 ↩︎

4. 排队时延：分组在进入路由器后要先在输入队列中排队等待处理，因为输入队列是有限的，所以当队列已满时，新到达的分组必须等待，直到队列中有空位置后再能进入路由器。排队时延一般指的是数据排队进入、排队发出路由器所花的时间。 ↩︎