计算机网络数据吞吐量,计算机网络的性能指标

计算机网络的性能一般是指它的几个重要的性能指标。 但除了这些重要的性能指标外， 还有一些非性能特征(nonperformance characteristics) 也对计算机网络的性能有很大的影响。

一、计算机网络性能指标

(1)速率

比特(bit)源于binary digit，意思是一个”二进制数字“，因此一个比特就是二进制数字中的一个l或0。

网络技术中的速率指的是数据的传送速率， 它也称为数据率(data rate) 或比特率(bit rate)。 速率的单位是bit/s(比特每秒)(或b/s，有时也写为bps， 即bit per second)。 当数据率较高时， 就常常在bit/s的前 面加上一个字母。 例如， k(kilo)= 103 ＝千， M(Mega) = 106 ＝兆， G(Giga) = 109 ＝吉， T (Tera)= 1012 ＝太。

(2)带宽

宽本来是指某个信号具有的频带宽度。信号的带宽是指该信号所包含的各种不同频率成分所占据的频率范围。 在计算机网络中 ，带宽 用来表示网络中某通道传送数据的能力， 因此网络带宽表示 在单位时间内网络中的某信道所能通过的“最高数据率 ” 。带宽的单位就是 数据率的单位bit/s的， 是 “比特每秒“。一条通信链路的“带宽”越宽，其所能传输的”最高数据率“也越高。

(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)的实际的数据量 。吞吐量更经常地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。显然，吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。例如，对于一个1Gbit/s的以太网，就是说其额定速率是1Gbit/s，那么这个数值也是该以太网的吞吐量的绝对上限值。因此，对1Gbit/s的以太网，其实际的吞吐量可能也只有100Mbi的，或甚至更低，并没有达到其额定速率。请注意，有时吞吐量还可用每秒传送的字节数或帧数来表示。

(4)时延

时延(delay或latency)是指数据( 一个报文或分组 ， 甚至比特)从网络(或链路)的一 端传送到另一端所需的时间。

网络中的时延是由以下几个不同的部分组成的：

发送时延

发送时延(transmission delay)是主机或路由器发送数据帧所需要的时间， 也就是从发送数据帧的第 个比特算起， 到该帧的最后一个比特发送完毕所需的时间。

发送时延=数据帧长度(bit)/发送速率(bit/s)

由此可见， 对于一定的网络 ，发送时延并非固定不变， 而是与发送的帧 长(单位是比 特)成正比，与发送速率成反比。发送时延发生在机器 内部的 发送器中( 一般就是发生在网络适配器中 )

传播时延

传播时延(propagationdelay)是电磁波在信道中传播一定的距离需要花费的时间。传播时延的计算公式是：

传播时延=信道长度(m)/电磁波在信道上的传播速率(m/s)

磁波在自由空间的传播速率是光速， 即3.0×105 M归。 电磁波在网络传输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× 105 km/s， 在光纤中的传播速率约为2.0×105km/s。 例如，lOOOkm长的光纤线路产生的传播时延大约为5ms。传播时延则发生在机器外部的传输信道媒体上， 而与信号的发送速率无关。

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，例如分析分组的首部、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，这就产生了处理时延。

排队时延

分组在经过网络传输时， 要经过许多路由器。 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后， 还要在输出队列中排队等待转发。 这就产生了排队时延。 排队时延的长短往往取决于网络当时的通信量。 当网络的通信量很大时会发生队列溢出，使分组丢失，这相当于排队时延为无穷大。

这样， 数据在网络中经历的总时延就是以上四种时延之和：总时延＝发送时延＋传播时延＋处理时延＋排队时延

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率。 荷载信息的电磁波在通信线路上的传播速率(这是光速的数 量级)取决于通信线路的介质材料， 而与数据的发送速率并无关系。 提高数据的发送速率只 是减小了数据的发送时延。 还有一点也应当注意， 就是数据的发送速率的单位是每秒发送多少个比特， 这是指在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， 是指在某一段传输线路上比特的传播速率

(5)时延带宽积

时延带宽积＝ 传播时延 × 带宽

这是一个代表链路的圆柱形管道， 管道的长度是链路的传播时延(请注意， 现在以时间作为单位来表示链路长度)，而管道的截面积是链路的带宽。 因此时延带宽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， 设某段链路的传播时延为20ms，带宽为lOMbi的。 算出

时延带宽积＝20×10 3×10×106 = 2 x 105 bit

这就表明， 若发送端连续发送数据， 则在发送的第一个比特即将达到终点时， 发送端就已经发送了20万个比特， 而这20万个比特都正在链路上向前移动。 因此， 链路的时延带 宽积又称为以比特为单位的链路长度。

(6)往返时间RTT

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。 这是因为在许多情况下， 互联网上的信息不仅仅单方向传输而是双向交互的。 因此， 我们有时很需要 知道双向交互一次所需的时间。

在互联网中， 往返时间还包括各中间结点的处理时延、 排队时延以及转发数据时的发 送时延。 当使用卫星通信时， 往返时间R口相对较长， 是很重要的一个性能指标。

(7)利用率

利用率有信道利用率 和网络利用率 两种。

信道利用率指出某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。

二、计算机网络的非性能指标

计算机的一些非性能指标也很重要，这些非性能特征与前面介绍的性能指标有很大的关系。 比如费用、质量标准化、可靠性、可扩展性和可升级性、易于管理和维护

谢希仁计算机网络(第7版)笔记