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計算機網(wǎng)絡的性能

計算機網(wǎng)絡的性能一般是指它的幾個重要的性能指標。但除了這些重要的性能指標外，還有一些非性能特征，它們對計算機網(wǎng)絡的性能也有很大的影響。

1．計算機網(wǎng)絡的性能指標

性能指標從不同的方面來度量計算機網(wǎng)絡的性能。

(1)速率

計算機發(fā)送出的信號都是數(shù)字形式的。比特是計算機中數(shù)據(jù)量的單位，也是信息論中使用的信息量的單位。英文字bit來源于binary digit，意思是一個“二進制數(shù)字”，因此一個比特就是二進制數(shù)字中的一個1或0。網(wǎng)絡技術(shù)中的速率指的是連接在計算機網(wǎng)絡上的主機在數(shù)字信道上傳送數(shù)據(jù)的速率，它也稱為數(shù)據(jù)率(data rate)或比特率(bit rate)。速率是計算機網(wǎng)絡中最重要的一個性能指標。速率的單位是bit/s(比特每秒)(即bit per second)。現(xiàn)在人們常用更簡單的并且是很不嚴格的記法來描述網(wǎng)絡的速率，如100M以太網(wǎng)，它省略了單位中的bit/s，意思是速率為100Mbit/s的以太網(wǎng)。

(2)帶寬

“帶寬”有以下兩種不同的意義。

①帶寬本來是指某個信號具有的頻帶寬度。信號的帶寬是指該信號所包含的各種不同頻率成分所占據(jù)的頻率范圍。例如，在傳統(tǒng)的通信線路上傳送的電話信號的標準帶寬是3.1kHz(從300Hz到3.4kHz，即話音的主要成分的頻率范圍)。這種意義的帶寬的單位是赫(或千赫，兆赫，吉赫等)。

②在計算機網(wǎng)絡中，帶寬用來表示網(wǎng)絡的通信線路所能傳送數(shù)據(jù)的能力，因此網(wǎng)絡帶寬表示在單位時間內(nèi)從網(wǎng)絡中的某一點到另一點所能通過的“較高數(shù)據(jù)率”。這里一般說到的“帶寬”就是指這個意思。這種意義的帶寬的單位是“比特每秒”，記為bit/s。

(3)吞吐量

吞吐量表示在單位時間內(nèi)通過某個網(wǎng)絡(或信道、接口)的數(shù)據(jù)量。吞吐量更經(jīng)常地用于對現(xiàn)實世界中的網(wǎng)絡的一種測量，以便知道實際上到底有多少數(shù)據(jù)量能夠通過網(wǎng)絡。顯然，吞吐量受網(wǎng)絡的帶寬或網(wǎng)絡的額定速率的限制。例如，對于一個100Mbit/s的以太網(wǎng)，其額定速率是100Mbit/s，那么這個數(shù)值也是該以太網(wǎng)的吞吐量的絕對上限值。因此，對100Mbit/s的以太網(wǎng)，其典型的吞吐量可能也只有70Mbit/s。有時吞吐量還可用每秒傳送的字節(jié)數(shù)或幀數(shù)來表示。

(4)時延

時延是指數(shù)據(jù)(一個報文或分組，甚至比特)從網(wǎng)絡(或鏈路)的一端傳送到另一端所需的時間。時延是個很重要的性能指標，它有時也稱為延遲或遲延。網(wǎng)絡中的時延是由以下幾個不同的部分組成的。

①發(fā)送時延。

發(fā)送時延是主機或路由器發(fā)送數(shù)據(jù)幀所需要的時間，也就是從發(fā)送數(shù)據(jù)幀的第一個比特算起，到該幀的最后一個比特發(fā)送完畢所需的時間。

因此發(fā)送時延也叫做傳輸時延。發(fā)送時延的計算公式是：

發(fā)送時延=數(shù)據(jù)幀長度(bit/s)/信道帶寬(bit/s)

由此可見，對于一定的網(wǎng)絡，發(fā)送時延并非固定不變，而是與發(fā)送的幀長(單位是比特)成正比，與信道帶寬成反比。

②傳播時延。

傳播時延是電磁波在信道中傳播一定的距離需要花費的時間。傳播時延的計算公式是：

傳播時延=信道長度(m)/電磁波在信道上的傳播速率(m/s)

電磁波在自由空間的傳播速率是光速，即3.0×10km/s。電磁波在網(wǎng)絡傳輸媒體中的傳播速率比在自由空間要略低一些。

③處理時延。

主機或路由器在收到分組時要花費一定的時間進行處理，例如分析分組的首部，從分組中提取數(shù)據(jù)部分，進行差錯檢驗或查找適當?shù)穆酚傻?#xff0c;這就產(chǎn)生了處理時延。

④排隊時延。

分組在經(jīng)過網(wǎng)絡傳輸時，要經(jīng)過許多的路由器。但分組在進入路由器后要先在輸入隊列中排隊等待處理。在路由器確定了轉(zhuǎn)發(fā)接口后，還要在輸出隊列中排隊等待轉(zhuǎn)發(fā)。這就產(chǎn)生了排隊時延。

這樣，數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡中經(jīng)歷的總時延就是以上四種時延之和：

總時延=發(fā)送時延+傳播時延+處理時延+排隊時延

(5)時延帶寬積

把以上討論的網(wǎng)絡性能的兩個度量—傳播時延和帶寬相乘，就得到另一個很有用的度量：傳播時延帶寬積，即時延帶寬積=傳播時延×帶寬。

(6)往返時間(RTT)

在計算機網(wǎng)絡中，往返時間也是一個重要的性能指標，它表示從發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)開始，到發(fā)送方收到來自接收方的確認(接受方收到數(shù)據(jù)后便立即發(fā)送確認)總共經(jīng)歷的時間。

當使用衛(wèi)星通信時，往返時間(RTT)相對較長。

(7)利用率

利用率有信道利用率和網(wǎng)絡利用率兩種。信道利用率指某信道有百分之幾的時間是被利用的(有數(shù)據(jù)通過)，完全空閑的信道的利用率是零。網(wǎng)絡利用率是全網(wǎng)絡的信道利用率的加權(quán)平均值。

2．計算機網(wǎng)絡的非性能特征

這些非性能特征與前面介紹的性能指標有很大的關(guān)系。

(1)費用

即網(wǎng)絡的價格(包括設計和實現(xiàn)的費用)。網(wǎng)絡的性能與其價格密切相關(guān)。一般說來，網(wǎng)絡的速率越高，其價格也越高。

(2)質(zhì)量

網(wǎng)絡的質(zhì)量取決于網(wǎng)絡中所有構(gòu)件的質(zhì)量，以及這些構(gòu)件是怎樣組成網(wǎng)絡的。網(wǎng)絡的質(zhì)量影響到很多方面，如網(wǎng)絡的可靠性、網(wǎng)絡管理的簡易性，以及網(wǎng)絡的一些性能。但網(wǎng)絡的性能與網(wǎng)絡的質(zhì)量并不是一回事，例如，有些性能也還可以的網(wǎng)絡，運行一段時間后就出現(xiàn)了故障，變得無法再繼續(xù)工作，說明其質(zhì)量不好。高質(zhì)量的網(wǎng)絡往往價格也較高。

(3)標準化

網(wǎng)絡的硬件和軟件的設計既可以按照通用的國際標準，也可以遵循特定的專用網(wǎng)絡標準。最好采用國際標準的設計，這樣可以得到更好的互操作性，更易于升級換代和維修，也更容易得到技術(shù)上的支持。

(4)可靠性

可靠性與網(wǎng)絡的質(zhì)量和性能都有密切關(guān)系。速率更高的網(wǎng)絡，其可靠性不一定會更差。但速率更高的網(wǎng)絡要可靠地運行，則往往更加困難，同時所需的費用也會較高。

(5)可擴展性和可升級性

網(wǎng)絡在構(gòu)造時就應當考慮到今后可能會需要擴展(即規(guī)模擴大)和升級(即性能和版本的提高)。網(wǎng)絡的性能越高，其擴展費用往往也越高，難度也會相應增加。

(6)易于管理和維護

網(wǎng)絡如果沒有良好的管理和維護，就很難達到和保持所設計的性能。

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總結(jié)

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