计算机网络——计算机网络的性能指标（上）-速率、带宽、吞吐量、时延

速率

比特

速率

例1

带宽

带宽在模拟信号系统中的意义

带宽在计算机网络中的意义

吞吐量

时延

发送时延

传播时延

处理时延

例2

例3

速率

了解速率之前，先详细了解一下比特：

比特

计算机中数据量的单位，也是信息论中信息量的单位，一个比特（bit）就是二进制数字中的一个1或0.

常用数据单位：

$8 bit = 1Byte$ （1个字节等于8个比特）

$KB= 2 ^{10}B$ （这里的K等于2的十次方，B代表字节）

$MB = K\cdot KB = 2^{10}\cdot 2^{10}B=2^{20}B$

$GB = K\cdot MB=2^{10}\cdot 2^{20}B=2^{30}B$

$TB=K \cdot GB=2^{10} \cdot 2^{30} B=2^{40}B$

假设买了一个250GB的固态硬盘，但是操作系统给出的容量却为232.8GB，之所以出现这种情况，是因为厂家给出的GB为10的九次方，而操作系统的GB为2的三十次方，根据以下公式：

$\frac{250\times 10^9}{2^{30}}\approx 232.8(GB)$

下面就可以来讲速率啦，

速率

连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送比特的速率，也称为比特率或数据率。

常用数据率单位：

bit/s（b/s，bps）

注意：这里的单位虽然和数据量一样，但放在数据率中，换算关系是不一样的

$kb/s=10^3b/s(bps)$

$Mb/s=k\cdot kb/s=10^3\cdot 10^3b/s=10^6b/s(bps)$

$Gb/s=k\cdot Mb/s=10^3\cdot 10^6b/s=10^9b/s(bps)$

$Tb/s=k\cdot Gb/s=10^3\cdot 10^9b/s=10^{12}b/s(bps)$

例1

有一个待发送的数据块，大小为100MB，网卡的发送速率为100 Mbps，则网卡发送完该数据块需要多长时间？

$\frac{100\: MB}{100\: Mb/s}= \frac{MB}{Mb/s}=\frac{2^{20}B}{10^6b/s}=\frac{2^{20\cdot 8b}}{10^6b/s}=8.388608\: \: s$

严格来说，MB和MB/S不能直接约掉，但是平时估算可以直接约掉 $\approx \frac{B}{b/s}=\frac{8b}{b/s}=8\: \: s$

带宽

带宽在模拟信号系统中的意义

信号所包含的各种不同频率成分所占据的频率范围；
单位：Hz（kHz，MHz，GHz）

例如：带宽3.1kHz（300Hz~3.4kHz）

带宽在计算机网络中的意义

用来表示网络的通信线路所能传送数据的能力，因此网络带宽表示在单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的“最高数据率”；
单位：b/s（kb/s，Mb/s，Gb/s，Tb/s）

生活中描述自己家里的出口网速有多大，一般说100M；完整的描述应该是“最高速率为100Mb/s”；

这个最高速率，就是出口带宽。

其实，“带宽”的这两种表述之间有着密切的联系。一条通信线路的“频带宽度”越宽，其所传输数据的“最高数据率”也越高。

吞吐量

吞吐量表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。
吞吐量被经常用于对现实世界中的网络的一种测量，以便知道实际上到底有多少数据量能通过网络。
吞吐量受网络的带宽或额定速率的限制。

时延

网络时延由三部分构成，它们是：发送时延，传播时延和处理时延。

发送时延

发送时延的计算公式：分组长度（b）/发送速率（b/s）

对发送速率的解释（理论值）：

网卡的发送速率	信道带宽	接口速率	发送速率-
1Gb/s	1Gb/s	1Gb/s	1Gb/s
100Mb/s	1Gb/s	1Gb/s	100Mb/s
1Gb/s	100Mb/s	1Gb/s	100Mb/s

在该例可以看出，构建网络时，应该做到各设备间以及传输介质的速率匹配。

传播时延

传播时延的计算公式：信道长度（m）/电磁波传播速率（m/s）

电磁波在自由空间的传播速率等于光速，即 $3\times 10^8\: \: m/s$

在铜线上的的传播速率为： $2.3\times 10^8\: \: m/s$

在光纤上的传播速率为： $2.0\times10^8\: \: m/s$

处理时延

处理时延一般不方便计算

例2

数据块长度为100MB，

信道带宽为1 Mb/s，

传送距离为1000 km，

计算发送时延和传播时延。

答案：

发送时延： $\frac{100\times2^{20}\times8b}{10^6(b/s)}=838.8608(s)$

传播时延： $\frac{1000\times10^3(m)}{2\times10^8(m/s)}=0.005(s)$

例3

数据块长度为1 B，

信道带宽为1 Mb/s，

传送距离为1000 km，

计算发送时延和传播时延。

答案：

发送时延： $\frac{1\times8b}{10^6(b/s)}=8\times10^{-6}(s)$

传播时延： $\frac{1000\times10^3(m)}{2\times10^8(m/s)}=0.005(s)$

通过这两道例题，我们可以看到：

在处理时延忽略不计的情况下，我们不能断定是发送时延占主导或传播时延占主导，

而应该具体问题具体分析。

END

学习自：湖科大——计算机网络

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