计算机网络—— 概述：计算机网络的性能指标
Posted 大彤小忆
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5. 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。常用的计算机网络的性能指标有以下8个：
- 速率
- 带宽
- 吞吐量
- 时延
- 时延带宽积
- 往返时间
- 利用率
- 丢包率
5.1 速率、带宽、吞吐量、时延
5.1.1 速率
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：8 bit= 1 Byte
KB =
2
10
B
2^{10}B
210B
MB = K
⋅
\\cdot
⋅KB =
2
10
⋅
2
10
2^{10} \\cdot 2^{10}
210⋅210 B =
2
20
2^{20}
220B
GB = K
⋅
\\cdot
⋅MB =
2
10
⋅
2
20
2^{10} \\cdot 2^{20}
210⋅220B =
2
30
2^{30}
230B
TB = K
⋅
\\cdot
⋅GB =
2
10
⋅
2
30
2^{10} \\cdot 2^{30}
210⋅230 B =
2
40
2^{40}
240B
速率： 连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送比特的速率，也称为比特率或数据率。
常用数据率单位：bit/s (b/s，bps)
kb/s = 10
3
^{3}
3 b/s(bps)
Mb/s = k
⋅
\\cdot
⋅kb/s =
1
0
3
⋅
1
0
3
10^{3} \\cdot 10^{3}
103⋅103 b/s =
1
0
6
10^{6}
106 b/s(bps)
Gb/s = k
⋅
\\cdot
⋅Mb/s =
1
0
3
⋅
1
0
6
10^{3} \\cdot 10^{6}
103⋅106 b/s =
1
0
9
10^{9}
109 b/s(bps)
Tb/s = k
⋅
\\cdot
⋅Gb/s =
1
0
3
⋅
1
0
9
10^{3} \\cdot 10^{9}
103⋅109 b/s =
1
0
12
10^{12}
1012 b/s(bps)
例： 有一个待发送的数据块，大小为100 MB，网卡的发送速率为100 Mbps，则网卡发送完该数据块需要多长时间?
5.1.2 带宽
带宽在模拟信号系统中的意义：
⋄
\\diamond
⋄ 信号所包含的各种不同频率成分所占据的频率范围；
⋄
\\diamond
⋄ 单位：Hz (kHz，MHz，GHz)
带宽在计算机网络中的意义：
⋄
\\diamond
⋄ 用来表示网络的通信线路所能传送数据的能力，因此网络带宽表示在单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的“最高数据率”；
⋄
\\diamond
⋄ 单位：b/s (kb/s，Mb/s，Gb/s，Tb/s)
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。
5.1.3 吞吐量
⋄
\\diamond
⋄ 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。
⋄
\\diamond
⋄ 吞吐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。
⋄
\\diamond
⋄ 吞吐量受网络的带宽或额定速率的限制。
5.1.4 时延
网络时延由三部分构成：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
)
\\frac{分组长度(b)}{发送速率（b/s)}
发送速率（b/s)分组长度(b)。网卡的发送速率、信道带宽、接口速率共同决定着主机的发送速率。
传播时延：
信
道
长
度
(
m
)
电
磁
波
传
播
速
率
（
m
/
s
)
\\frac{信道长度(m)}{电磁波传播速率（m/s)}
电磁波传播速率（m/s)信道长度(m)。电磁波在自由空间的传播速率是光速（3
×
\\times
×
1
0
8
10^{8}
108 m/s）；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
×
\\times
×
1
0
8
10^{8}
108 m/s；在光纤中的传播速率约为 2.0
×
\\times
×
1
0
8
10^{8}
108 m/s。因此要计算传播时延，首先应该确定采用的是什么传输媒体，进而可以确定电磁波在该传输媒体中的传播速率。
处理时延： 没有简单的计算公式，因为其不方便计算。在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也可能有所不同，所以很难用一个公式计算出处理时延。
思考： 当网络中的处理时延忽略不计时，网络总时延是传播时延占主导，还是发送时延占主导？
例1： 数据块长度为100 MB，信道带宽为1Mb/s，传送距离为1000 km，计算发送时延和传播时延。
发送时延 =
分
组
长
度
(
b
)
发
送
速
率
（
b
/
s
)
\\frac{分组长度(b)}{发送速率（b/s)}
发送速率（b/s)分组长度(b) =
100
×
2
20
×
8
(
b
)
1
0
6
（
b
/
s
)
\\frac{100 \\times 2^{20} \\times 8(b)}{10^{6}（b/s)}
106（b/s)100×220×8(b) = 838.8608 (s)
传播时延 =
信
道
长
度
(
m
)
电
磁
波
传
播
速
率
（
m
/
s
)
\\frac{信道长度(m)}{电磁波传播速率（m/s)}
电磁波传播速率（m/s)信道长度(m) =
1000
×
1
0
3
(
m
)
2
×
1
0
8
（
m
/
s
)
\\frac{1000 \\times 10^3(m)}{2 \\times 10^8（m/s)}
2×108（m/s)1000×103(m) = 0.005 (s)（假设传输介质为光纤）
在本例中，发送时延占主导。
例2： 数据块长度为1B，信道带宽为1 Mb/s，传送距离为1000 km，计算发送时延和传播时延。
发送时延 =
分
组
长
度
(
b
)
发
送
速
率
（
b
/
s
)
\\frac{分组长度(b)}{发送速率（b/s)}
发送速率（b/s)分组长度(b) =
1
×
8
(
b
)
1
0
6
（
b
/
s
)
\\frac{1 \\times 8(b)}{10^{6}（b/s)}
106（b/s)1×8(b) = 8
×
\\times
×
1
0
−
6
10^{-6}
10−6 (s)
传播时延 =
信
道
长
度
(
m
)
电
磁
波
传
播
速
率
（
m
/
s
)
\\frac{信道长度(m)}{电磁波传播速率（m/s)}
电磁波传播速率（m/s)信道长度(m) =
1000
×
1
0
3
(
m
)
2
×
1
0
8
（
m
/
s
)
\\frac{1000 \\times 10^3(m)}{2 \\times 10^8（m/s)}
2×108（m/s)1000×103(m) = 0.005 (s)（假设传输介质为光纤）
在本例中，传播时延占主导。
根据上述两个例子，可以看出构成网络的发送时延、传播时延以及处理时延，在处理时延忽略不计的情况下，对于网络总时延是传播时延占主导，还是发送时延占主导的问题，需要具体问题具体分析。
5.1.5 课后练习
1. 比特bit是计算机中数据量的最小单位，可简记为b。字节Byte也是计算机中数据量的单位，可简记为B，1 B = 8 bit。常用的数据量单位还有kB、MB、GB、TB等，其中k、M、G、T的数值为( B )
A.
1
0
3
10^3
103，
1
0
6
10^6
106，
1
0
9
10^9
10
(计算机组成原理)第一章计算机系统概述-第四节：计算机的性能指标