計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)有哪些
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計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)有哪些?
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能一般指它的幾個(gè)重要的性能指標(biāo)。但除了這些重要的性能指標(biāo)外，還有一些非性能特征也對計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能有很大的影響。
性能指標(biāo)從不同的方面來度量計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能。下面總結(jié)下常用的七個(gè)性能指標(biāo)。
1、速率
計(jì)算機(jī)發(fā)送出的信號都是數(shù)字形式的。比特(bit)是計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)量的單位，也是信息論中使用的信息量單位。英文字bit來源binary digit(一個(gè)二進(jìn)制數(shù)字)，因此一個(gè)比特就是二進(jìn)制數(shù)字中的一個(gè)1或0。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中的速率指的是鏈接在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上的主機(jī)在數(shù)字信道上傳送數(shù)據(jù)的速率，也稱為數(shù)據(jù)率(data rate)或者比特率(bit rate)。速率的單位是b/s(比特每秒)或者bit/s，也可以寫為bps，即bit per second。當(dāng)數(shù)據(jù)率較高時(shí)，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)?，F(xiàn)在一般常用更簡單并不是很嚴(yán)格的記法來描述網(wǎng)絡(luò)的速率，如100M以太網(wǎng)，而省略了b/s，意思為數(shù)據(jù)率為100Mb/s的以太網(wǎng)。這里的數(shù)據(jù)率通常指額定速率。
2、帶寬
帶寬本上包含兩種含義
(1)帶寬本來指某個(gè)信號具有的頻帶寬度。信號的帶寬是指該信號所包含的各種不同頻率成分所占據(jù)的頻率范圍。例如，在傳統(tǒng)的通信線路上傳送的電話信號的標(biāo)準(zhǔn)帶寬是3.1kHz(從300Hz到3.1kHz，即聲音的主要成分的頻率范圍)。這種意義的帶寬的單位是赫茲。在以前的通信的主干線路傳送的是模擬信號(即連續(xù)變化的信號)。因此，表示通信線路允許通過的信號頻帶范圍即為線路的帶寬。
(2)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，貸款用來表示網(wǎng)絡(luò)的通信線路所能傳送數(shù)據(jù)的能力，因此網(wǎng)絡(luò)帶寬表示在單位時(shí)間內(nèi)從網(wǎng)絡(luò)的某一點(diǎn)到另一點(diǎn)所能通過的“最高數(shù)據(jù)量“。這種意義的帶寬的單位是”比特每秒“，即為b/s。子這種單位的前面也通常加上千(k)、兆(M)、吉(G)、太(T)這樣的倍數(shù)。
3、吞吐量
吞吐量(throughput)表示在單位時(shí)間內(nèi)通過某個(gè)網(wǎng)絡(luò)(或信道、接口)的數(shù)據(jù)量。吞吐量進(jìn)場用于對現(xiàn)實(shí)世界中的網(wǎng)絡(luò)的一種測量，以便知道實(shí)際上到底有多少數(shù)據(jù)量能夠通過網(wǎng)絡(luò)。顯然，吞吐量受到網(wǎng)絡(luò)的帶寬或網(wǎng)絡(luò)的額定速率的限制。例如，對于一個(gè)100Mb/s的以太網(wǎng)，其額定速率為100Mb/s，那么這個(gè)數(shù)值也是該以太網(wǎng)的吞吐量的絕對上限值。因此，對100Mb/s的以太網(wǎng)，其典型的吞吐量可能只有70Mb/s。
4、時(shí)延
時(shí)延指數(shù)據(jù)(一個(gè)報(bào)文或者分組)從網(wǎng)絡(luò)(或鏈路)的一端傳送到另一端所需的時(shí)間。時(shí)延是一個(gè)非常重要的性能指標(biāo)，也可以稱為延遲或者遲延。
網(wǎng)絡(luò)中的時(shí)延由以下幾部分組成
(1)發(fā)送時(shí)延 發(fā)送時(shí)延是主機(jī)或路由器發(fā)送數(shù)據(jù)幀所需要的時(shí)間，也就是從發(fā)送數(shù)據(jù)幀的第一個(gè)比特算起，到該幀的最后一個(gè)比特發(fā)送完畢所需時(shí)間。發(fā)送時(shí)延也可以稱為傳輸時(shí)延。發(fā)送的時(shí)延=數(shù)據(jù)幀長度(b)/發(fā)送速率(b/s)。
對于一定的網(wǎng)絡(luò)，發(fā)送時(shí)延并非固定不變，而是與發(fā)送的幀長成正比，與發(fā)送數(shù)率成反比。
(2)傳播時(shí)延 傳播時(shí)延是電磁波在信道中傳播一定的距離需要花費(fèi)的時(shí)間。
傳播時(shí)延=信道長度(m)/電磁波在信道上的傳播數(shù)率(m/s)
電磁波在自由空間的傳播速率是光速，即3.0×10^5 km/s。電磁波在網(wǎng)絡(luò)傳輸媒體中的傳播速率比在自由空間低一些，在銅線電纜中的傳播速率約為2.3×10^5 km/s，在光纖中的傳播速率約為2.0×10^5 km/s。
(3)處理時(shí)延 主機(jī)或路由器在收到分組時(shí)需要花費(fèi)一定的時(shí)間處理，分析分組首部、從分組中提取數(shù)據(jù)部分、進(jìn)行差錯(cuò)檢驗(yàn)、查到適當(dāng)路由等，這就產(chǎn)生了處理時(shí)延。
(4)排隊(duì)時(shí)延 分組在經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)，要經(jīng)過許多的路由器。但分組在進(jìn)入路由器后要先在輸入隊(duì)列中排隊(duì)等待處理。在路由器確定了轉(zhuǎn)發(fā)接口后，還要在輸出隊(duì)列中排隊(duì)等待轉(zhuǎn)發(fā)。這就產(chǎn)生了排隊(duì)延時(shí)。排隊(duì)延時(shí)通常取決于網(wǎng)絡(luò)當(dāng)時(shí)的通信量。
這樣數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中盡力的總延時(shí)就是
總延時(shí) = 發(fā)送延時(shí) + 傳播延時(shí) + 處理延時(shí) + 排隊(duì)延時(shí)
對于高速網(wǎng)絡(luò)鏈路，提高的僅僅是數(shù)據(jù)的發(fā)送數(shù)率而不是比特在鏈路上的傳播速率。荷載信息的電磁波在通信線路上的傳播速率與數(shù)據(jù)的發(fā)送速率并無關(guān)系。提高的數(shù)據(jù)的發(fā)送速率只是減小了數(shù)據(jù)的發(fā)送時(shí)延。
5、時(shí)延帶寬積
把以上兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)性能的兩個(gè)度量，傳播時(shí)延和帶寬相乘，就等到另外一個(gè)度量：傳播時(shí)延帶寬積，即
時(shí)延帶寬積 = 傳播時(shí)延 × 帶寬
例如，傳播時(shí)延為20ms，帶寬為10Mb/s，則時(shí)延帶寬積 = 20 × 10 × 10^3 /1000 = 2 × 10^5 bit。這就表示，若發(fā)送端連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，則在發(fā)送的第一個(gè)比特即將達(dá)到終點(diǎn)時(shí)，發(fā)送端就已經(jīng)發(fā)送了20萬個(gè)比特，而這20萬個(gè)bit都在鏈路上向前移動(dòng)。
6、往返時(shí)間RTT
在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，往返時(shí)間RTT也是一個(gè)重要的性能指標(biāo)，表示從發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)開始，到發(fā)送方收到來自接收方的確認(rèn)，總共經(jīng)歷的時(shí)間。對于上面提到的例子，往返時(shí)間RTT就是40ms，而往返時(shí)間和帶寬的乘積是4×10^5(bit)。
顯然，往返時(shí)間與所發(fā)送的分組長度有關(guān)。發(fā)送很長的數(shù)據(jù)塊的往返時(shí)間，應(yīng)當(dāng)比發(fā)送很短的數(shù)據(jù)塊往返時(shí)間要多些。
往返時(shí)間帶寬積的意義就是當(dāng)發(fā)送方連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，即能夠及時(shí)收到對方的確認(rèn)，但已經(jīng)將許多比特發(fā)送到鏈路上了。對于上述例子，假定數(shù)據(jù)的接收方及時(shí)發(fā)現(xiàn)了差錯(cuò)，并告知發(fā)送發(fā)，使發(fā)送方立即停止發(fā)送，但也已經(jīng)發(fā)送了40萬個(gè)比特了。
7、利用率
利用率有信道利用率和網(wǎng)絡(luò)利用率。信道利用率指出某信道有百分之幾的時(shí)間是被利用的。網(wǎng)絡(luò)利用率則是全網(wǎng)絡(luò)的信道利用率的加權(quán)平均值。信道利用率并非越高越好。這是因?yàn)?，根?jù)排隊(duì)的理論，當(dāng)某信道的利用率增大時(shí)，該信道引起的時(shí)延也就迅速增加。
如果D0表示網(wǎng)絡(luò)空閑時(shí)的時(shí)延，D表示當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)時(shí)延，可以用簡單公式(D=D0/(1-U)來表示D，D0和利用率U之間的關(guān)系。U數(shù)值在0和1之間。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的利用率接近最大值1時(shí)，網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延就趨近于無窮大。
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