计算机网络的性能指标

计算机网络的性能指标

 

计算机网络的性能一般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也对计算机网络的性能有很大的影响。

 

    性能指标从不同的方面来度量计算机网络的性能。下面总结下常用的七个性能指标。

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1、速率

 

    计算机发送出的信号都是数字形式的。比特（bit）是计算机中的数据量的单位，也是信息论中使用的信息量单位。英文字bit来源binary digit（一个二进制数字），因此一个比特就是二进制数字中的一个1或0。网络技术中的速率指的是链接在计算机网络上的主机在数字信道上传送数据的速率，也称为数据率（data rate）或者比特率（bit rate）。速率的单位是b/s（比特每秒）或者bit/s，也可以写为bps，即bit per second。当数据率较高时，可以使用kb/s（k=10^3=千)、Mb/s（M=10^6=兆）、Gb/s（G=10^9=吉）或者Tb/s（T=10^12=太）。现在一般常用更简单并不是很严格的记法来描述网络的速率，如100M以太网，而省略了b/s，意思为数据率为100Mb/s的以太网。这里的数据率通常指额定速率。

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2、带宽

 

带宽本上包含两种含义：

 

（1）带宽本来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。例如，在传统的通信线路上传送的电话信号的标准带宽是3.1kHz（从300Hz到3.1kHz，即声音的主要成分的频率范围）。这种意义的带宽的单位是赫兹。在以前的通信的主干线路传送的是模拟信号（即连续变化的信号）。因此，表示通信线路允许通过的信号频带范围即为线路的带宽。

 

（2）在计算机网络中，贷款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的某一点到另一点所能通过的“最高数据量“。这种意义的带宽的单位是”比特每秒“，即为b/s。子这种单位的前面也通常加上千（k）、兆（M）、吉（G）、太（T）这样的倍数。

 

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）的数据量。吞吐量进场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，吞吐量受到网络的带宽或网络的额定速率的限制。例如，对于一个100Mb/s的以太网，其额定速率为100Mb/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100Mb/s的以太网，其典型的吞吐量可能只有70Mb/s。

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4、时延

 

    时延指数据（一个报文或者分组）从网络（或链路）的一端传送到另一端所需的时间。时延是一个非常重要的性能指标，也可以称为延迟或者迟延。

 

    网络中的时延由以下几部分组成：

 

   （1）发送时延     发送时延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一个比特算起，到该帧的最后一个比特发送完毕所需时间。发送时延也可以称为传输时延。发送的时延=数据帧长度（b）/发送速率（b/s）。

对于一定的网络，发送时延并非固定不变，而是与发送的帧长成正比，与发送数率成反比。

 

    （2）传播时延   传播时延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=信道长度（m）/电磁波在信道上的传播数率（m/s）

 

    电磁波在*空间的传播速率是光速，即3.0×10^5 km/s。电磁波在网络传输媒体中的传播速率比在*空间低一些，在铜线电缆中的传播速率约为2.3×10^5 km/s，在光纤中的传播速率约为2.0×10^5 km/s。

 

    （3）处理时延   主机或路由器在收到分组时需要花费一定的时间处理，分析分组首部、从分组中提取数据部分、进行差错检验、查到适当路由等，这就产生了处理时延。

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    （4）排队时延   分组在经过网络传输时，要经过许多的路由器。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。这就产生了排队延时。排队延时通常取决于网络当时的通信量。

 

    这样数据在网络中尽力的总延时就是

 

        总延时 = 发送延时 + 传播延时 + 处理延时 + 排队延时

 

对于高速网络链路，提高的仅仅是数据的发送数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与数据的发送速率并无关系。提高的数据的发送速率只是减小了数据的发送时延。

 

5、时延带宽积

 

    把以上两个网络性能的两个度量，传播时延和带宽相乘，就等到另外一个度量：传播时延带宽积，即

            时延带宽积 = 传播时延 × 带宽

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    例如，传播时延为20ms，带宽为10Mb/s，则时延带宽积 = 20 × 10 × 10^3 /1000  = 2 × 10^5 bit。这就表示，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bit都在链路上向前移动。

 

6、往返时间RTT

 

    在计算机网络中，往返时间RTT也是一个重要的性能指标，表示从发送方发送数据开始，到发送方收到来自接收方的确认，总共经历的时间。对于上面提到的例子，往返时间RTT就是40ms，而往返时间和带宽的乘积是4×10^5（bit）。

 

    显然，往返时间与所发送的分组长度有关。发送很长的数据块的往返时间，应当比发送很短的数据块往返时间要多些。

 

    往返时间带宽积的意义就是当发送方连续发送数据时，即能够及时收到对方的确认，但已经将许多比特发送到链路上了。对于上述例子，假定数据的接收方及时发现了差错，并告知发送发，使发送方立即停止发送，但也已经发送了40万个比特了。

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7、利用率

 

    利用率有信道利用率和网络利用率。信道利用率指出某信道有百分之几的时间是被利用的。网络利用率则是全网络的信道利用率的加权平均值。信道利用率并非越高越好。这是因为，根据排队的理论，当某信道的利用率增大时，该信道引起的时延也就迅速增加。

 

    如果D0表示网络空闲时的时延，D表示当前网络时延，可以用简单公式（D=D0/(1-U)来表示D，D0和利用率U之间的关系。U数值在0和1之间。当网络的利用率接近最大值1时，网络的时延就趋近于无穷大。