计算机网络-性能指标[#2]

前言

前一篇文章我从平时生活方面入手介绍了什么是计算机网络,以及它的一些类别的划分,让我们对计算机的网络有了大概的雏形认识;我们知道,在实际生活中,计算机网络基本都是已经建设完善好的,大部分情况下十分稳定正常,通常直接连接使用即可。

那回想一下,在使用网络的时候我们通常最关心的是什么?

相信你也才能猜到,那就是网速,我们经常会抱怨网络太慢了,怎么看视频、下载、上传这么慢,才几十、几百KB/S,但其实“网速”是一个很通俗的概念性囊括的词,具体到计算机网络上,它实际是受好几个方面的属性的影响;从专业书面的描述,我们称它为计算机网络的性能指标,那下面我们就来看看网速中有哪些性能指标。

性能指标

速率

首先是速率,看到它你可能第一反应就是这是不是我们平时所说的网速呢?

没错,你的直觉是正确的,那我们再稍微专业的描述下什么是速率?速率就是指就计算机网络上的主机在数字信道上传输数据的速率,也称为数据率或比特率。你可能疑惑数字信道是什么,这里暂时不用管,后面文章我们会详细介绍,你可以先把它看做是一种传输的方式,甚至你直接先当做是家里的网线。

上面速率称为数据率很容易理解,那比特率的来由是什么?我们既然使用计算机网络,不管是下载还是上传,就是为了利用它来传输数据,那数据量的单位是什么?比特(bit)其实就是计算机中最小数据量的单位,一个比特就是我们数学中二进制数字中的一个0或1。

那平时我们使用中最常见的KB/s、MB/s跟它是什么关系呢?其实它们都是速率的单位,除此之外还有b/s、Gb/s,它们之间的换算关系是:一个字节(byte)= 8个bit,一个千字节(KB)= 1024个byte,一个百万字节(兆MB)= 1024个KB,一个十亿字节(千兆GB)= 1024个MB。

带宽

其次是带宽,这个词应该也挺常见的,它本来是指信号具有的频带宽度,单位是赫,这是不是你最能理解的解释,但是在计算机网络中,带宽其实和速率基本一个意思,不过它指的是数字信道中所能传输的“最高数据率”,也就是速率的上限值,最大传输速度不能超过它,单位和速率一样。

那如果想提高带宽的大小,是不是就是提高数据在传输介质上的真正传输速率?其实不然,这是一个误区,首先在相同的传输介质上,传播的速度都是一样的,提高的带宽的大小其实改变的是每秒发送的比特量,在时间轴上信号的宽度是随带宽的增加而变窄,如下图所示:

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吞吐量

做开发的小伙伴可能对吞吐量很熟悉,通常它是衡量我们软件系统性能的一个重要指标,在计算机网络中,含义基本类似,表示的是在单位时间实际通过某个网络(信道、接口)的数据量,单位为b/s;它通常是为了衡量一个设备或者接口的处理能力,而吞吐量的大小是受网络的带宽或网络的额定速率的限制。

时间延时

时间延迟,简称时延,它包括了下面几个部分:

  • 发送时延:表示发送的数据包从第一个比特开始,到最后一个比特发送完毕所需要的时间,也叫传输时延,它的计算公式为:发送时延 = 数据包长度(比特) / 发送速率(比特/秒)。
  • 传播时延:表示线路上信号从A点到B点所花费的时间,它的计算公式为:传播时延 = 信道长度(米) / 信号在信道的传输速率(米/秒)。
  • 处理时延:数据在中间交换节点(路由器等)进行存储转发处理所花费的时间。
  • 排队时延:当中间交换节点所处理的数据量比较大时,需要进行数据排队所花费的时间。

上面这些延时部分在实际中受具体的工作设备影响,并不能进行准确的量化计算,而总的延时就等于它们累加之和。前面我们抱怨过网速慢,其实很多时候并不是因为速率低,而是因为有时延才会让我们感觉的到网速变慢了。

往返时间

上面介绍了时间延时,但是实际情况中,我们往往不是直接去计算时间延迟,而是用往返时间RTT来替代,它和我们开发中衡量性能的另一个重要指标RT(响应时间)类似,在计算机网络中,表示从发送方发送数据开始,到接收到接收方的确认回执是所经历的一个总的时间,相比较时间延时而言更加简单容易计算,我们无需关注数据传输中各个设备及节点的延迟时间,直接通过计时就能得到结果。同时在后面计算机网络中,很多协议的发送传输处理过程中使用的都是往返时间这个指标。

时延带宽积

时延带宽积,主要衡量的是在一段时间内线路上的数据承载能力,通俗的说表示就是某段时间内,传输的最大数据容量,它的计算公式为:时延带宽积 = 传播时延 x 带宽。

举例来说,一条网络线路的带宽为10 bit/s,传播时延为2s,那么2s内,该线路通过的最大数据量为20 bit,同时这20bit的数据仅为已发送出去,并不代表已确认(这是一种数据分组发送和确认机制,在后面的TCP协议的可靠性传输中会详细介绍原理)。

利用率

最后一个指标是利用率,它表示在信道中有多少占比时间是被利用的,也就是进行数据的传输,理想情况下,肯定会想着一段信道的利用率越高越好,传输的数据量总量越多,然而并非如此,利用率越高,会导致时延急剧增大。

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身未动,心已远。

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