第二周：计算机网络概述（下）

一、计算机网络性能指标（速率、带宽、延迟）

1、速率

2、带宽

3、延迟/时延

前面讲分组交换的时候介绍了，有一种延迟叫“传输延迟”，即发送一个报文，从第一个分组的发送，到最后一个分组的发送完成的这段时间，就是这个分组的传输延迟。

事实上，在传输分组的过程中，除了传输延迟外，还有其他延迟。

问：分组交换为什么会发生延迟甚至数据丢包？

答：在分组交换网络里，当数据分组到达一个路由器，路由器按照存储转发的工作方式，会先把这个分组先暂存，然后确定这个分组在哪个链路进行转发，如果该链路正在转发其他分组，那这个分组就只能等待，这个排队的时间就是延迟。任何路由器供分组排队的缓存都是有限的，如果缓存满了却还有源源不断的分组到达，那就只能把分组扔了，这时候就出现了“丢包”的情况。通常作为分组，如果其到达的速度超出了输出链路的容量的时候，丢包的现象就难以避免了。

（1）四种分组延迟

在分组交换过程中，分组从到达一个节点（路由器）开始，到这个分组被成功转发到下一个节点，所消耗的时间主要有以下4种：

节点处理延迟：分组到了这个路由器，路由器要对这个分组进行处理，比如：检查以下这个分组有没有错、根据这个分组携带的地址信息决定在哪个接口把它转发出去等等。现在路由器的处理能力都比较强，这个时间是比较小的，不会超过毫秒级。在很多讨论的时候会把这个时间直接忽略掉。

排队延迟：当分组确定从哪个链路转发，而恰巧那个链路又刚好在传输其他分组的时候，分组就要在这个路由器节点上排队，这个时间消耗就是“排队延迟”。显然，这个排队时间是很不确定的

传输延迟：当我们的链路开始传输一个分组的时候，从传输这个分组的第一个比特开始，到最后一个比特发完，需要的这段时间就是传输延迟。传输延迟取决于分组长度L（bits）、链路带宽R（bps），传输延迟=分组长度/链路带宽

传播延迟：当一个分组发出来以后，它是通过信号（电信号、光信号、无线电波信号）传播到下一个节点上去的。这个信号在介质上传播显然也需要时间，这个时间就是“传播延迟”。传播延迟的时间和物理链路长度、信号传播速度有关。传播延迟=物理链路长度/信号传播速度

在分组交换的过程中，一个分组从到达某个节点开始，到它成功到达下一个节点，称为“一跳”。在这一跳的过程中，所消耗的时间=节点处理延迟+排队延迟+传输延迟+传播延迟

注意：

传输延迟和传播延迟不是一回事儿。传输延迟是发送一个分组需要多长时间，传播延迟是信号从这点经过链路传播到下一点需要的时间。下图是一个很好的类比：一个车队就好比一个分组，车队过收费站排队所花的时间是传输延迟，而在高速公路上行驶所花掉的时间就是信号传播延迟。

（3-1）用流量强度描述排队延迟

上面讲的4种延迟中，排队延迟比较特殊。因为它具有很强的不确定性。为此，我们引入了“流量强度”的概念。

理解：

传输长度为L的分组的时间t=L/R，那么t时间内平均有多少个分组到达呢？就是a*t，即La/R。如果La/R接近0，说明t时间内几乎没有分组到达，那么平均排队延迟就很小；如果La/R接近1，说明t时间内我转发一个分组，平均又有接近1个分组到达，那么平均排队延迟就很大；如果La/R大于1，说明我处理完一个分组却又有1个以上的分组到达，那么就会超出服务能力，平均排队延迟无限大。