計算機網路的效能指標

計算機網路的效能指標

速率

\(bps\),位元每秒，意思是計算機網路每秒傳送的位元數，當資料率較高時就在這個單位前面加上一個字母

\[1 kbps = 10^3 bps \]

\[1 Mbps = 10^6 bps \]

\[1 Gbps = 10^9 bps \]

\[1 Tbps = 10^12 bps \]

注意有時題目還會有單位\(B/s\),這個單位是位元組每秒，\(1 B/s = 8 bit/s\)，題目中出現時要記得統一單位

頻寬

頻寬具有兩種不同的含義

1. 頻寬本來指的是某個訊號具有的頻頻寬度。訊號的頻寬是指該訊號所包含的各種不同的頻率成分所佔據的頻率範圍，這時頻寬的單位是赫茲(Hz)

2. 在計算機網路中，頻寬用來表示網路中某通道傳送資料的能力，因此網路頻寬表示在單位時間內網路中的某通道所能透過的最高資料率。這種意義下，頻寬的單位就是資料率的單位bit/s,是位元每秒

吞吐量

吞吐量表示在單位時間內透過某個網路(或者通道、介面)的實際資料量，吞吐量更經常用於對現實世界中的網路的一種測量，以便知道實際上到底有多少資料透過該網路，他的單位也是bit/s,頻寬反映的是某個通道理論能支援的最大速率，吞吐量是當前這個時刻的真實速率

時延

時延是指資料(一個報文或者分組，甚至位元)從網路(或鏈路)的一端傳送到另一端所需的時間

時延是由以下幾個不同的部分組成的

1. 傳輸時延(傳送時延)：主機或者路由器傳送資料幀所需要的時間，也就是從傳送資料幀的第一個位元算起，到該幀的最後一個位元傳送完畢所需的時間。

\[傳輸時延 = \frac{資料幀長度(bit)}{傳送速率(bit/s)} \]

2. 傳播時延：傳播時延是指電磁波在通道中傳播一定距離需要花費的時間

\[傳播時延 = \frac{通道長度(m)}{電磁波在通道上的傳播速率(m/s)} \]

3. 處理時延：逐漸或路由器在收到分組後需要花費一定的時間進行處理，如分析分組的首部、從分組中提取資料部分、進行差錯檢驗或查詢轉發表等，這就產生了處理時延

4. 排隊時延：分組在經過網路傳輸時，要經過很多路由器。但分組在進入路由器後要首先在輸入佇列中排隊等待處理。在路由器確定了轉發介面後，還要再輸出佇列中排隊等待，這就產生了排隊時延。

總之，資料再網路中經歷的總時延就是以上四種時延之和

\[總時延 = 傳送時延 + 傳播時延 + 處理時延 + 排隊時延 \]

時延頻寬積

\[時延頻寬積 = 傳播時延 * 頻寬 \]

不難看出，管道中的位元數表示從傳送端發出但尚未到達接收端的位元數。對於一條正在傳送資料的鏈路，只有在代表鏈路的管道中都充滿位元時，鏈路才能得到最充分的利用。鏈路的時延頻寬積又稱為以位元為單位的鏈路長度

往返時間RTT

通訊的雙方雙向互動一次所需要的時間

利用率

利用率分為通道利用率和網路利用率兩種

1. 通道利用率：代表某通道有百分之幾的時間是被利用的(有資料透過)，完全空閒的通道利用率為0
2. 網路利用率：全網路的通道利用率的加權平均值

值得注意的是，網路利用率並不是越高越好，當某通道的利用率增大時，該通道所引起的時延也就迅速增加通道利用率或者網路利用率過高就會產生非常大的時延

假設\(D_0\)代表網路空閒時的時延，\(D\)代表當前時延，\(U\)為網路利用率，那麼我們大致可以得到以下關係：

\[D = \frac{D_0}{1-U} \]