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计算机网络简明教程(四):网络性能指标分析详解

性能指标是对网络准确的量化描述,在设计和分析网络性能中都会使用到,比如平时听到的8M宽带,这只是一种粗略的描述,并不能准确判断计算机网络的实际性能,一般来说我们说8M宽度是想说8M/s的数据下载速度,但是实际上包括上传速度和下载速度,例如,如果你有使用迅雷,有可能你的网络下载速度没那么好,因为迅雷使用了P2P传输,共享了你的带宽。

网络互联网连接

对于网络架构的设计来说,网络的性能指标是我们主要的判断依据,整体带宽如何?上传速率如何?网络的利用率如何?等等,这些数据都需要我们确定下来的。

又如流媒体传输如直播,我们必须考虑服务器节点的带宽,客户节点的上传下载速率,比较重要的参考对象就是时延了,这些都是网络性能指标的参数。

网络性能指标有哪些呢?下面我们来一起看看。

一、速率

速率指的是互联网上的主机在数字信道上传输数据的位数,即每秒钟传输的数据比特,也称为比特率,单位为比特/秒,常见的有b/s,kb/s,Mb/s,Gb/s等。

那么信道又是什么呢?信道指的是数据发送端和数据接收端的传输速率,本地计算机从爱奇艺服务器下载视频流,每秒传输的数据即为速率,指的是单信道上的,也就是说如果本地计算机再从其它服务器下载数据,那么就要另外计算了。

二、带宽

带宽指的是数字信道所能传输的最高速率,常说的8M宽带或100M光纤指的就是带宽,单位有b/s,kb/s,Mb/s,Gb/s等。和网络带宽相关的还有网卡的带宽,它们并不是相等的,一般来说网卡的带宽比较大,下图中速度属性是本地计算机的带宽:

计算机网卡带宽

三、吞吐量

单位时间内通过某个网络的数据量,单位为比特/秒。吞吐量是单位时间内所有数字信道的速率相加,也就是单位时间内通过网卡的数据量,例如同时下载文件和播放音乐,单位时间内本地计算机接收到的数据为吞吐量。

四、时延

时延是比较重要的参数,除了设计网络架构,涉及到网络的软件开发都需要合理地控制该参数。

时延指的是从发送端发送数据到接收端接收数据经过的总时长,使用ping命令可以查看本地计算机和目标计算机的通信时延。时延又可分为发送时延、传播时延、处理时延和排队时延。

  1. 发送时延,指的是发送数据所用的时间,发送时延=数据块的长度(比特)/信道带宽(比特/秒),网络性能主要研究的还是数据大小和时间的关系,这里的信道带宽其实就是上面提到的信道速率,可以看到如果信道速率相对固定,数据块越大时延越大。
  2. 传播时延,指的是从源主机到目标主机传输数据所用的时间,传播时延=信道长度(米)/信号在信道上的传播速率(米/秒)。
  3. 处理时延,指的是网络节点存储和转发处理所用的时间,例如路由器有存储和转发数据的功能,数据经过路由器也会耗费一定的时间。
  4. 排队时延,这个时延的产生是因为数据到达目的主机的路由器处时,若有其他数据需要进入目的主机,那么该数据信号需要排队等候处理方能传输到目的主机。

五、时延带宽积

表示数据链路所能承载的数据量,时延带宽积=传播时延x带宽,传播时延单位是秒(s),带宽为速率(b/s),时延带宽积就是数据链路包含的所有数据量。

六、往返时间

从发送端发送数据到接收方接收数据,到发送端收到接收方的确认所用的时间,例如TCP可靠连接中需要接收方发送确认包,而UDP连接则不需要发送确认包,所以TCP比较可靠但是耗时长,UDP不可靠但是速度快。

七、利用率

信道利用率=有数据通过信道的时间/(有+无)数据通过的时间,主要就是考察信道空闲还是比较多数据通过,利用率高会造成时延的增加。

网络利用率=信道利用率的加权平均值。

八、非性能指标

这里介绍的非性能指标也是网络架构中首先考虑的因素

  1. 费用:主要是考虑网络设计的成本预算,考虑给定的成本设计相应适合的网络。
  2. 质量:网络的整体性能,健壮性如何,节点的可靠性如何等等。
  3. 标准化。
  4. 可扩展性:考虑物理设备接口的可扩展性,例如交换机接口的数量,网络的拓扑结构如何,是否方便扩展。
  5. 可升级性。
  6. 维护与管理。
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