網路：簡述計算機網路的效能指標和非效能特徵
網路：簡述計算機網路的效能指標和非效能特徵
計算機網路的效能一般是指一些重要的效能指標和一些非效能特徵。
一、計算機網路的效能指標
效能指標從不同的方面來度量計算機網路的效能，下面是一些常用的效能指標。1、速率
計算機發送出的訊號都是數字形式的。位元(bit)是計算機中的資料量的單位，也是資訊理論中使用的資訊量單位。英文字bit來源binary digit(一個二進位制數字)，因此一個位元就是二進位制數字中的一個1或0。 網路技術中的速率指的是連結在計算機網路上的主機在數字通道上傳送資料的速率，也稱為資料率(data rate)或者位元率(bit rate)。速率的單位是b/s(位元每秒)或者bit/s，也可以寫為bps，即bit per second。當資料率較高時，可以使用kb/s(k=10^3=千)、Mb/s(M=10^6=兆)、Gb/s(G=10^9=吉)或者Tb/s(T=10^12=太)。現在一般常用更簡單並不是很嚴格的記法來描述網路的速率，如100M乙太網，而省略了b/s，意思為資料率為100Mb/s的乙太網。這裡的資料率通常指額定速率。2、頻寬
頻寬包含兩種含義：
(1)頻寬本來指某個訊號具有的頻頻寬度。訊號的頻寬是指該訊號所包含的各種不同頻率成分所佔據的頻率範圍。例如，在傳統的通訊線路上傳送的電話訊號的標準頻寬是3.1kHz(從300Hz到3.1kHz，即聲音的主要成分的頻率範圍)。這種意義的頻寬的單位是赫茲。在以前的通訊的主幹線路傳送的是模擬訊號(即連續變化的訊號)。因此，表示通訊線路允許通過的訊號頻帶範圍即為線路的頻寬。
(2)在計算機網路中，貸款用來表示網路的通訊線路所能傳送資料的能力，因此網路頻寬表示在單位時間內從網路的某一點到另一點所能通過的“最高資料量“。這種意義的頻寬的單位是”位元每秒“，即為b/s。子這種單位的前面也通常加上千(k)、兆(M)、吉(G)、太(T)這樣的倍數。
3、吞吐量
吞吐量(throughput)表示在單位時間內通過某個網路(或通道、介面)的資料量。吞吐量進場用於對現實世界中的網路的一種測量，以便知道實際上到底有多少資料量能夠通過網路。顯然，吞吐量受到網路的頻寬或網路的額定速率的限制。例如，對於一個100Mb/s的乙太網，其額定速率為100Mb/s，那麼這個數值也是該乙太網的吞吐量的絕對上限值。因此，對100Mb/s的乙太網，其典型的吞吐量可能只有70Mb/s。
4、時延
時延指資料(一個報文或者分組)從網路(或鏈路)的一端傳送到另一端所需的時間。時延是一個非常重要的效能指標，也可以稱為延遲或者遲延。
網路中的時延由以下幾部分組成：
(1)傳送時延 傳送時延是主機或路由器傳送資料幀所需要的時間，也就是從傳送資料幀的第一個位元算起，到該幀的最後一個位元傳送完畢所需時間。傳送時延也可以稱為傳輸時延。傳送的時延=資料幀長度(b)/傳送速率(b/s)。
對於一定的網路，傳送時延並非固定不變，而是與傳送的幀長成正比，與傳送數率成反比。
(2)傳播時延 傳播時延是電磁波在通道中傳播一定的距離需要花費的時間。
傳播時延=通道長度(m)/電磁波在通道上的傳播數率(m/s)
電磁波在自由空間的傳播速率是光速，即3.0×10^5 km/s。電磁波在網路傳輸媒體中的傳播速率比在自由空間低一些，在銅線電纜中的傳播速率約為2.3×10^5 km/s，在光纖中的傳播速率約為2.0×10^5 km/s。
(3)處理時延 主機或路由器在收到分組時需要花費一定的時間處理，分析分組首部、從分組中提取資料部分、進行差錯檢驗、查到適當路由等，這就產生了處理時延。
(4)排隊時延 分組在經過網路傳輸時，要經過許多的路由器。但分組在進入路由器後要先在輸入佇列中排隊等待處理。在路由器確定了轉發介面後，還要在輸出佇列中排隊等待轉發。這就產生了排隊延時。排隊延時通常取決於網路當時的通訊量。
這樣資料在網路中盡力的總延時就是
總延時 = 傳送延時 + 傳播延時 + 處理延時 + 排隊延時
對於高速網路鏈路，提高的僅僅是資料的傳送數率而不是位元在鏈路上的傳播速率。荷載資訊的電磁波在通訊線路上的傳播速率與資料的傳送速率並無關係。提高的資料的傳送速率只是減小了資料的傳送時延。
5、時延頻寬積
把以上兩個網路效能的兩個度量，傳播時延和頻寬相乘，就等到另外一個度量：傳播時延頻寬積，即
時延頻寬積 = 傳播時延 × 頻寬
例如，傳播時延為20ms，頻寬為10Mb/s，則時延頻寬積 = 20 × 10 × 10^3 /1000 = 2 × 10^5 bit。這就表示，若傳送端連續傳送資料，則在傳送的第一個位元即將達到終點時，傳送端就已經發送了20萬個位元，而這20萬個bit都在鏈路上向前移動。
6、往返時間RTT
在計算機網路中，往返時間RTT也是一個重要的效能指標，表示從傳送方傳送資料開始，到傳送方收到來自接收方的確認，總共經歷的時間。對於上面提到的例子，往返時間RTT就是40ms，而往返時間和頻寬的乘積是4×10^5(bit)。
顯然，往返時間與所傳送的分組長度有關。傳送很長的資料塊的往返時間，應當比傳送很短的資料塊往返時間要多些。
往返時間頻寬積的意義就是當傳送方連續傳送資料時，即能夠及時收到對方的確認，但已經將許多位元傳送到鏈路上了。對於上述例子，假定資料的接收方及時發現了差錯，並告知傳送發，使傳送方立即停止傳送，但也已經發送了40萬個位元了。
7、利用率
利用率有通道利用率和網路利用率。通道利用率指出某通道有百分之幾的時間是被利用的。網路利用率則是全網路的通道利用率的加權平均值。通道利用率並非越高越好。這是因為，根據排隊的理論，當某通道的利用率增大時，該通道引起的時延也就迅速增加。
如果D0表示網路空閒時的時延，D表示當前網路時延，可以用簡單公式(D=D0/(1-U)來表示D，D0和利用率U之間的關係。U數值在0和1之間。當網路的利用率接近最大值1時，網路的時延就趨近於無窮大。