计算机网络——计算机网络的性能

news/2024/4/21 12:33:58/文章来源:https://blog.csdn.net/qq_67693066/article/details/136585439

计算机网络——计算机网络的性能

  • 速率
  • 带宽
  • 吞吐量
  • 时延
  • 时延宽带积
  • 往返时间RTT
  • 利用率
    • 信道利用率
    • 网络利用率

我们今天来看看计算机网络的性能。

速率

速率这个很简单,就是数据的传送速率,也称为数据率,或者比特率,单位为bit/s,当数据率较高时时,就常常在bit/s前面加上字母。比如:

k(kilo)= 103
M(Mega)= 106
G(Giga)= 109
T(Tera)= 1012
P(Peta)= 1015
E(Exta)= 1018
Z(Zetta)= 1021
Y(Yotta)= 1024

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这里注意一下,我们这里提到的速率往往是指定速率或标称速率,并非网络上实际运行的速率。

带宽

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,因此网络带宽表示的是在单位时间内某信道所能通过的最高数据率。这种意义的带宽就是以数据率的单位bit/s。
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吞吐量

吞吐量表示的是在单位时间内通过某信道的实际数据量,吞吐量经常地用于对现实中网络的测量。显然吞吐量受网络带宽和额定速率的影响

比如说,对于一个1Gbit/s以太网,额定速率为1Gbit/s,那么这个值也绝对是这个以太网吞吐量的数值上限。其实吞吐量没有这么高。

接入到互联网的实际的吞吐量,取决于互联网的实际情况。

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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。时延在网络中由以下几个不同的部分组成:

发送时延:主机或路由器发送数据帧所需的时间。这个时延等于数据帧长度(以比特为单位)除以发送速率(比特/秒)。
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传播时延:电磁波在信道中传播一定距离所需的时间。这个时延等于信道长度(以米为单位)除以电磁波在信道上的传播速率(米/秒)。需要注意的是,发送时延发生在机器内部的发送器中,与传输信道的长度无关;而传播时延发生在机器外部的传输信道媒体上,与信号的发送速率无关。
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处理时延:主机或路由器处理分组的时间。这包括分析分组的首部、提取分组中的数据部分、差错检验等操作所花费的时间。
排队时延:分组在路由器输入输出队列中排队等待处理所经历的时延。这个时延的长短往往取决于网络中当时的通信量。如果通信量过大,可能会造成分组丢失,此时排队时延可能变得非常大甚至无穷大。
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因此,总时延是上述四种时延之和。了解时延的组成有助于我们更好地理解网络性能和优化数据传输效率。

如果觉得有点抽象,举个栗子:
你们是幸福的一家四口,这星期天,你们一家四口准备星期天去动物园看荒野土狼,非洲雄狮,沙漠蜥蜴…。
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终于,星期天来了,正当你们想出门的时候,你的妈妈还没有化妆:
在这里插入图片描述这个时候,等妈妈化妆,然后出发的时间类比到计算机中就叫发送延时

妈妈画好了妆,坐上了爸爸的车,开车去动物园:
在这里插入图片描述这个花在路上的时间,类比到计算机中就是传播时延

到了动物园,结果前面排起了长长的队伍:
在这里插入图片描述你们必须要排队检票,这个类比到计算机中就叫排队时延

终于排到了你们,终于可以检你们的票了:
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检票的这个时间,详细大家都可以理解就是处理时延

以上四个的总和,就是总的时延

时延 = 发送时延 + 传播时延 + 排队时延 + 处理时延

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时延宽带积

时延带宽积是一个衡量线路上数据承载能力的指标,它表示在某段时间内,传输的最大数据容量。这个参数主要用于描述信道上可以容纳多少比特的数据。其计算公式为:时延带宽积 = 传播时延(s)x 信道带宽(b/s)

举例来说,如果一条网络线路的带宽为10 bit/s,而它的传播时延为2s,那么在这2s内,该线路能够传输的最大数据量为20 bit。这20 bit的数据只是已经发送出去,并不代表已经得到了确认。这是一种数据分组发送和确认的机制,用于确保数据的可靠传输。

需要注意的是,虽然增加带宽可以提高线路的数据承载能力,但这并不意味着可以无限制地增加带宽以减小时延。因为网络中的时延并不仅仅取决于带宽,还受到其他多种因素的影响,如发送时延、传播时延、处理时延和排队时延等。因此,在实际应用中,需要根据具体的网络环境和需求来合理地配置带宽和其他参数,以达到最佳的网络性能。
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往返时间RTT

往返时间RTT(Round-Trip Time)是指数据从网络的一端发送到另一端,然后再从另一端返回发送端所需的总时间。它是衡量网络性能的一个重要指标,直接反映了数据传输的实时性和效率。

在这里插入图片描述在这里插入图片描述
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利用率

信道利用率

信道利用率是一个衡量信道使用效率的重要指标,它表示在特定时间内,信道传输的有效数据所占的比例。具体来说,信道利用率是指信道有百分之几的时间是被利用的(有数据通过)。

在通信系统中,信道的带宽是固定的,因此如何充分利用信道的带宽成为提高通信效率的关键。信道利用率的高低直接反映了信道带宽的利用情况。当信道利用率较高时,意味着信道在大部分时间都在传输有效数据,这有助于提高通信系统的整体性能。

然而,高信道利用率并不一定总是最好的选择。当信道利用率超过一定阈值时,由于排队等待传输的数据包增加,可能会导致时延急剧增大。因此,在实际应用中,需要根据通信系统的需求和网络环境来合理调整信道利用率,以达到最佳的通信效果。

此外,需要注意的是,信道利用率和网络利用率是两个不同的概念。网络利用率是全网络的信道利用率的加权平均值,用于衡量整个网络的资源使用效率。在设计和优化网络系统时,需要综合考虑信道利用率和网络利用率等多个因素。
综上所述,信道利用率是一个重要的性能指标,用于衡量信道的使用效率。通过合理调整信道利用率,可以提高通信系统的性能,实现更高效的数据传输。

网络利用率

网络利用率是指全网络的信道利用率的加权平均值,用于衡量整个网络的资源使用效率。简单来说,它表示网络中有百分之几的时间是被利用的,即网络中有数据通过的时间比例。

网络利用率越高,意味着网络资源得到了更充分的利用,但同时也可能带来一些问题。比如,当网络利用率接近最大值时,由于数据分组在路由器和交换机处理时需要排队等待,网络的时延会迅速增大,可能导致网络拥堵和性能下降。

因此,在管理和优化网络时,需要综合考虑网络利用率和其他性能指标,如带宽、时延等,以找到最佳的平衡点,确保网络的高效稳定运行。

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