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计算机网络3:速率 带宽 时延 吞吐量 时延带宽积 往返时间和利用率

时间:2019-02-22 21:01:14

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计算机网络3:速率 带宽 时延 吞吐量 时延带宽积 往返时间和利用率

目录

1、什么是带宽?

2、什么是宽带速率?

3、什么是吞吐量?

4、什么是时延?

5、什么是时延带宽积?

6、什么是往返时延(RTT)?

7、什么是网络带宽利用率?

计算机网络中常用的性能指标有:速率、带宽、吞吐量、时延、时延带宽积、往返时间(Round-Trip Time,简称RTT)、利用率

1、什么是带宽?

带宽,是“频带宽度”的简称,原是通讯和电子技术中的一个术语,指通讯线路或设备所能传送信号的范围。网络宽带(Broadband)是指在单位时间(一般指的是1秒钟)内能传输的数据量。在数据通信领域中,带宽是指数字信道所能传送的最高的数据率。

如图,在个人计算机上查看当前使用网络的带宽:

宽带连接可以基于不同的传输介质,包括:

光纤(Fiber Optics):使用光纤作为传输介质,通过光的传输实现高速数据传输。数字用户线路(DSL,Digital Subscriber Line):通过普通电话线传输数字信号,提供高速的宽带连接。电缆调制解调器(Cable Modem):利用有线电视网络提供宽带连接,适用于家庭和商业用户。无线网络(Wireless Network):利用无线技术(如Wi-Fi)提供宽带连接,使用户可以通过无线方式访问互联网。

网络和高速公路类似,带宽越大,就类似高速公路的车道越多,其通行能力越强。

信道图示:

2、什么是宽带速率?

宽带速率(Broadband Speed)指的是网络连接的数据传输速度,也称为网络带宽速率。它表示在单位时间内通过网络传输的数据量。一般宽带速率越高,上传和下载的越快。它的单位是b/s kb/s Mb/s Gb/s

bit是表示信息的最小单位,叫做二进制位;一般用0和1表示。Byte叫做字节,由8个位(8bit)组成一个字节(1Byte),用于表示计算机中的一个字符。bit与Byte之间的换算关系为:1Byte=8bit(或简写为:1B=8b);在实际应用中一般用简称,即1bit简写为1b(注意是小写英文字母b),1Byte简写为1B(注意是大写英文字母B)

实际网路中的速率换算:

在计算机网络中,一般宽带速率的单位用bps(或b/s)表示;bps(bit per second)表示每秒钟传输多少位信息。所以1M 的带宽指的是1Mbps(注意是Mbps不是MBps)。

换算公式:

1B=8b 1B/s=8b/s 或 1Bps=8bps

规范提示:B表示Byte(字节),b表示bit(比特),但在实际的生活中常常把bit和Byte都混写为b ,如把Mb/s和MB/s都混写为Mb/s,导致人们在实际计算中常因单位的混淆而出错。比如以下的情况

在实际的网应用中,常常会看到诸如下载速度显示为 128KBps(KB/s),103KB/s等宽带速率大小的字样,因为ISP提供的线路带宽使用的单位是比特,而一般下载软件显示的是字节(1字节=8比特),所以需要通过换算,才能得到实际的宽带速率。

接下来按照换算公式换算一下:

128KB/s=128×8(Kb/s)=1024Kb/s=1Mb/s即 128KB/s= 1Mbps1Mbps=1024Kbps=1024/8KBps=128KB/s

现在来看,图中的4.6KB/S,也就36.8Kb/s的宽带速率。//现在来看低到令人发指

宽带速率与网络连接类型和服务提供商有关。不同类型的网络连接(如光纤、数字用户线路(DSL)、电缆调制解调器、无线网络等)以及不同的服务计划(如家庭宽带、企业宽带)可能提供不同的宽带速率。

3、什么是吞吐量?

吞吐量(Throughput)是指在特定时间段内通过网络或系统传输的数据量或处理能力。它是衡量网络或系统性能的重要指标之一。// 单位时间内处理数据的能力

吞吐量通常以每秒传输的字节数或数据包数来衡量。较高的吞吐量表示网络或系统可以更快地处理数据,具有更高的传输能力和处理能力。

吞吐量可以涉及多个层面:

网络吞吐量:网络吞吐量指的是在网络中传输的数据量。它表示网络连接的带宽利用率和传输速度。较高的网络吞吐量意味着网络可以传输更多的数据,从而实现更快的下载、上传和数据传输速度。系统吞吐量:系统吞吐量指的是计算机系统或服务器处理数据的能力。它表示系统在特定时间内处理的数据量。较高的系统吞吐量表示系统可以更快地处理数据请求和计算任务。存储吞吐量:存储吞吐量指的是存储系统读取或写入数据的速度。它表示存储系统在特定时间内传输的数据量。较高的存储吞吐量意味着存储系统可以更快地读取或写入数据。

吞吐量是评估网络、系统或存储性能的关键指标之一。此文中,我们关注的吞吐量为网络吞吐量。它的单位是b/s kb/s Mb/s Gb/s

4、什么是时延?

时延(Delay)在计算机网络中指的是数据从发送端到接收端所经历的时间延迟。它是网络中数据传输和处理所需的时间量度。

时延可以分为以下几个主要类型:// 时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延

发送延迟(Send Delay):是指在发送数据之前产生的延迟,即从数据准备好到实际开始发送之间的时间延迟。它取决于数据的大小和网络连接的带宽速率。较大的数据量或较低的带宽速率会增加传输延迟。// 发送延迟与带宽有关传播延迟(Propagation Delay):传播延迟是指数据从发送端到接收端所需的物理传播时间。它取决于数据在传输介质中传播的速度和距离。较长的传输距离或较慢的传播速度会增加传播延迟。处理延迟(Processing Delay):处理延迟是指数据在网络设备(如路由器、交换机)上进行处理所需的时间。它包括了设备对数据进行处理、查找路由表、进行转发等操作的时间。排队延迟(Queuing Delay):排队延迟是指数据在网络设备的输入或输出队列中等待处理的时间。当网络设备负载过高或数据量过大时,可能会发生排队延迟。

较低的时延可以实现更快的数据传输和响应时间,尤其对于实时应用(如实时视频、语音通话、在线游戏)和对延迟敏感的应用(如金融交易)至关重要。一般,发送时延与传播时延是我们主要考虑的。对于报文长度较大的情况,发送时延是主要矛盾;报文长度较小的情况,传播时延是主要矛盾。

测试中通常使用测试仪表发出测试包到收到数据包的时间间隔。时延与数据包长相关,通常在路由器端口吞吐量范围内测试,超过吞吐量测试该指标没有意义。

发送时延:指数据从发送端发出的时间(数据包的开头到数据包的结尾)

各个时延的图示:

发送时延和传播时延的区别:

发送时延跟带宽有关,带宽越高,一次性发送的数据量越大,发送时延越小传播时延跟传播介质有关,传播介质的传播速度越快,传播时延越小

5、什么是时延带宽积?

在数据通信中,带宽时延乘积(英语:bandwidth-delay product;或称带宽延时乘积、带宽延时积等)指的是一个数据链路的能力(每秒比特)与来回通信延迟(单位秒)的乘积。

时延带宽积:即链路上的最大比特数,也称以比特为单位的链路长度。表示在特定时间该网络上的最大数据量

时延带宽积 = 数据链路的能力(每秒比特)与来回通信延迟乘积

6、什么是往返时延(RTT)?

RTT(Round-Trip Time):往返时延。是指数据从网络一端传到另一端再收到接收端确认所需的时间。通常,时延由发送时延、传播时延、处理时延、排队时延四个部分组成。

// 从发送方发送数据开始到发送方收到接收方确认。整个数据的传播过程

下边分别ping本地计算机网关、国内网站和国外网站,我们可以看到不同网络的往返时间是有差异的。

ping 192.168.43.1 // ping网关——局域网正在 Ping 192.168.43.1 具有 32 字节的数据:来自 192.168.43.1 的回复: 字节=32 时间=4ms TTL=64来自 192.168.43.1 的回复: 字节=32 时间=4ms TTL=64来自 192.168.43.1 的回复: 字节=32 时间=5ms TTL=64来自 192.168.43.1 的回复: 字节=32 时间=4ms TTL=64192.168.43.1 的 Ping 统计信息:数据包: 已发送 = 4,已接收 = 4,丢失 = 0 (0% 丢失),往返行程的估计时间(以毫秒为单位):最短 = 4ms,最长 = 5ms,平均 = 4ms--------------------------------------------------------ping // ping国内服务器——互联网正在 Ping www. [112.80.248.75] 具有 32 字节的数据:来自 112.80.248.75 的回复: 字节=32 时间=25ms TTL=53来自 112.80.248.75 的回复: 字节=32 时间=39ms TTL=53来自 112.80.248.75 的回复: 字节=32 时间=37ms TTL=53来自 112.80.248.75 的回复: 字节=32 时间=40ms TTL=53112.80.248.75 的 Ping 统计信息:数据包: 已发送 = 4,已接收 = 4,丢失 = 0 (0% 丢失),往返行程的估计时间(以毫秒为单位):最短 = 25ms,最长 = 40ms,平均 = 35ms----------------------------------------------------------ping 8.8.8.8 // ping国外服务器——互联网正在 Ping 8.8.8.8 具有 32 字节的数据:来自 8.8.8.8 的回复: 字节=32 时间=117ms TTL=113来自 8.8.8.8 的回复: 字节=32 时间=105ms TTL=113来自 8.8.8.8 的回复: 字节=32 时间=115ms TTL=113来自 8.8.8.8 的回复: 字节=32 时间=96ms TTL=1138.8.8.8 的 Ping 统计信息:数据包: 已发送 = 4,已接收 = 4,丢失 = 0 (0% 丢失),往返行程的估计时间(以毫秒为单位):最短 = 96ms,最长 = 117ms,平均 = 108ms

注:TTL是 Time To Live 的缩写,该字段指定IP包被路由器丢弃之前允许通过的最大网段数量。

7、什么是网络带宽利用率?

网络带宽利用率是指:带宽每秒收到、发送信息的效率。

信道利用率:有数据通过的时间 /(有+无)数据通过的时间网络利用率:信道利用率加权平均值

通俗的来讲,网络带宽利用率就好比日常的公路,公路上汽车越多,那么单位时间内公路的利用效率就越高。

带宽利用率是评估网络性能和资源使用的重要指标。高带宽利用率表示网络资源被充分利用,数据传输效率较高。然而,过高的带宽利用率可能导致网络拥塞和传输延迟增加。

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