9、计算机网络：数据流动与队列模型解析

计算机网络：数据流动与队列模型解析

1 计算机网络概述

计算机网络如今已无处不在，深入社会的各个角落。它是社会通信的主要手段，涵盖了语音、数据和视频通信，还包括电子商务、信息搜索、远程学习、学术咨询、各类活动、商业活动以及恶意活动等服务。典型的计算机网络由网络服务器和用户设备组成。

计算机网络与 20 世纪后半叶占主导地位的电话网络在交换技术和传输速率上有所不同。计算机网络采用分组交换、可变传输速率和可变拓扑结构，信息路由在系统的每个节点进行；而电话网络使用电路交换的交换机，固定电话的传输速率限制在 64 kbits/s，采用星型拓扑结构，交换机位于星型中心。

2 网络中的数据流

2.1 数据流特性

计算机网络的性能分析与数据流的性质和特征相关。在计算机网络中，数据流通常是非均匀且随机的，消息、数据包或字符的到达时间是随机的。在信道上处理消息的时间取决于消息的比特数，而比特数也可能是随机的，因此处理时间也成为一个随机变量。效率、吞吐量、延迟等参数是衡量网络处理消息能力的指标。排队论为定量性能分析提供了重要模型，它涵盖了电话业务理论，可关联计算机网络中的重要参数。

2.2 信道组合的容量

网络吞吐量的上限称为容量。对于对称二进制信道（BSC），其容量公式为：
[C = 1 - H(p) = 1 - p \log(p) - (1 - p) \log(1 - p)]
其中 (H(p)) 是二进制熵函数，(p) 是符号交换概率（交叉概率），与比特错误概率直接相关。

在计算机网络（如互联网）中，可将信道简化为串联信道的组合。(L) 个串联 BSC 信道的组合等