计算机网络性能和体系结构（8.26）

一、计算机网络性能

1.速率

• 比特（bit,记为小写b）是计算机中数据量的基本单位，一个比特就是二进制数字中的1或0.
• 数据量的常用单位有字节（byte,记为大写B)、千字节（KB)、兆字节（MB）、吉字节(GB)以及太字节(TB).

数据量的单位	换算关系
比特	基本单位
字节	1B=8bit
千字节	KB=210B
兆字节	MB=K*KB=220B
吉字节	GB=K*MB=230B
太字节	TB=K*GB=240B

• 速率是指数据的传输速率(即每秒钟传送多少个比特),也称为数据率或者比特率。

• 速率的基本单位是比特/秒（bit/s,可以简写b/s,或者bps,即bit per second）。速率的常用单位有千比特/秒、兆比特/秒、吉比特/秒、以及太比特/秒.

数据量的单位	换算关系
比特/秒	基本单位
千比特/秒	kb/s=103b/s
兆比特/秒	Mb/s=K*Kb/s=106b/s
吉比特/秒	Gb/s=k*Mb/s=109b/s
太比特/秒	Tb/s=K*Gb/s=1012b/s

• 数据量单位中的K、 M、G、T的数值分别为2¹⁰、2²⁰、 2 ³⁰、2 ⁴⁰.
• 速率单位中的K、M、 G、T的数值分别为10³、10⁶、10⁹、10¹²。

例子：

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，则网卡的发送完该数据会需要多少时间？

$$解：\dfrac{100MB}{100Mb/s}=\dfrac{2^{20}\times8b}{10^6b/s}=8.388608s$$

2.带宽

1. 带宽在模拟信号中的意义☞某个信号所包含的各种不同频率的成分所占的频率范围。

• 单位 Hz （kHz MHz GHz）

1. 带宽在计算机网络中的意义表示的是网络通信线路所能传输数据的能力即单位时间内从网络某一点到另一点所通过的最高数据率.

• 单位和前面的速率相同

1. 数据传送速率=min[主机接口速率、线路带宽、交换机或路由器接口速率]

3.吞吐量

• 吞吐量是指在单位时间内通过某个网络或接口的实际数据量，吞吐量常被用于实际网络的测量，以便获得知道有多少个数据通过了网络。
• 吞吐量受网络带宽的限制。

4.时延

• 时延是指数据从网络的一端传向另一端所消耗的时间，也称为延迟或者迟延。数据可有一个或多个分组，甚至一个比特构成。

$$时延的组成：\\ 发送时延=\dfrac{分组长度（b）}{发送速率（b/s）}\\ \qquad传播时延=\dfrac{信道长度（m）}{信号传播速率（m/s）}\\ 排队时延（不方便计算）\\ 处理时延（不方便计算）\\ 需要的最小时长=所有分组的发送时延+传播时延+中间的转发时延$$

5.时延带宽积

1. 主机A和B之间采用光纤链路链路的长是1千米。链路带宽为1 GB/秒。请计算该链路的时延带宽积。 $$时延带宽积={传播时延\times带宽=\dfrac{1Km}{2\times10^8m/s}} \times1Gb/s=5000b$$

• 此时的时延带宽积也称为以比特为单位的链路长度。

6.往返时间

1. 往返时间是从发送端发送数据分组开始。到发送端收到接收端发来的相应确认分组为止，所总共消耗的时间。

7.利用率

1. 链路利用率：链路利用率是指某条链路由百分之几的时间是被利用，（即有数据通过）完全空闲的链路利用率为0。

2. 网络利用率：网络利用率是指网络中所有链路的利用率的加权平均。

   $$D_0表示网络空闲时的时延,D的表示网络当前的时延，\\U表示网络利用率，那么在理想的情况下。\\ D=\dfrac{D_0}{1-U}$$

8.丢包率

• 丢包率是指在一定时间范围内传输过程中丢失的分组数量与总分组数量的比率。

• 分组丢失的两种情况。

  ​ 1.传输过程中出现误码被丢弃

  ​ 2.第二节点交换机根据丢弃的策略主动丢弃

二、体系结构

• IP协议可以为各种网络应用提供服务（Everything over IP）

osi参考模型	Tcp/ip参考模型	原理参考模型
应用层	应用层	应用层
表示层	运输层	运输层
会话层	网际层	网际层
运输层	网络接口层	数据链路层
网络层		物理层
数据链路层
物理层

1.网络体系分层的必要性

• 解决通过应用进程的交互来实现特定的网络应用的问题——应用层
• 解决进程之间基于网络的通信问题——运输层
• 解决数据包在多个网络之间传输和路由的问题——网络层
• 解决数据包在一个网络或一段链路上传输的问题——数据链路层
• 解决使用何种信号来表示比特0和1的问题——物理层

注：（以上内容来自中国MOOC慕课湖南科技大学计算机网络)