计算机网络的性能指标

性能指标从不同方面度量计算机网络的性能。这一节提供的是贯穿全书的计算工具：后面每一章的计算题——第 2 章的极限速率、第 3 章的信道利用率、第 5 章的窗口与吞吐量、第 6 章的页面请求时间——都建立在这几个量之上。

真题考过分组交换网中各种时延的计算（2010、2013、2023）和吞吐量的分析（2024）。

机制

速率与带宽

速率（Speed）：指连接到网络上的节点在数字信道上传送数据的速率，也称数据传输速率、数据率或比特率，单位为 b/s。当数据率较高时，可用 kb/s（）、Mb/s（）或 Gb/s（）表示。

带宽（Bandwidth）：原本表示通信线路允许通过的信号频率范围，单位是赫兹（Hz）。但在计算机网络中，带宽表示网络的通信线路所能传送数据的能力，是数字信道所能传送的”最高数据传输速率”的同义语，单位是比特/秒（b/s）。

吞吐量（Throughput）：指单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的实际数据量。吞吐量常用于对实际网络的测量，以便获知到底有多少数据能够通过网络（分组交换网中吞吐量的分析 2024 年考过）。

时延的四个组成部分

**时延（Delay）**指数据（一个报文或分组）从网络（或链路）的一端传送到另一端所需的总时间，它由 4 部分构成（分组交换网中各种时延的计算 2010、2013、2023 年考过）：

时延	公式或含义
发送时延（也称传输时延）	节点将分组的所有比特推向链路所花的时间： $分组长度发送速率$
传播时延	电磁波在信道中传播一定距离所花的时间： $信道长度电磁波在信道上的传播速率$
处理时延	分组在交换节点为存储转发而进行的一些必要处理所花的时间，如分析首部、差错检验或查找合适的路由等
排队时延	分组在路由器的输入队列或输出队列中排队等待所花的时间

总 时 延 发 送 时 延 传 播 时 延 处 理 时 延 排 队 时 延

在考试中，通常不用考虑处理时延和排队时延（除非另有说明）。

王道的注意框：区分传输时延和传播时延。 传输时延是节点将分组推向网络所需的时间，它取决于分组长度和发送速率；传播时延是一个比特从一个节点传播到另一节点所需的时间，它取决于两个节点之间的距离和信道所使用的传输介质，而与分组长度或发送速率无关。

时延带宽积、往返时延与信道利用率

时延带宽积：指发送端发送的第一个比特即将到达终点时，发送端已发出了多少比特，也称以比特为单位的链路长度： $时延带宽积传播时延信道带宽$ 把链路看成一条圆柱形管道，其长度表示链路的传播时延，横截面积表示链路带宽，则时延带宽积表示该管道可以容纳的比特数量。

往返时延（RTT）：指从发送端发出一个短分组，到发送端收到来自接收端的确认（接收端收到数据后立即发送确认）总共经历的时间。在互联网中，往返时延还包括各中间节点的处理时延、排队时延及转发数据时的发送时延。

信道利用率：用来指出某个信道有百分之多少的时间是有数据通过的： $信道利用率有数据通过的时间有数据通过的时间无数据通过的时间$ 信道利用率并非越高越好：信道利用率太低会浪费网络资源；信道利用率太高会产生较大的时延，导致网络拥塞。这就好比当公路上的车流量很大时，容易出现堵塞。

计算模板

端到端总时延

经过段链路（个中间节点），分组长，各段速率、传播时延：若连续发送个分组（流水线），则即”第一个分组走完全程 + 其余分组依次跟上”（1.1.4 的分组交换模板就是它的特例）。

最高理论速率与瓶颈

一条路径上的最高数据率取决于链路带宽与两端网卡速率中的最小者——瓶颈决定速率（王道 1.1.7 第 10 题）。2024 年真题问”最大吞吐量”，同样是沿路径取各段带宽的最小值。

由传播时延反求分组大小

发送时延等于传播时延时： $距离$ 。例如 100km 链路、m/s、带宽 20Mb/s：传播时延 ms，故 kb（第 11 题）。

边界

带宽在计算机网络中的单位是 b/s，不是 Hz。 两种含义见 2.1.1。

传播时延与分组长度、发送速率无关。 这是最常考的一条：把”链路更快”当成”传播更快”就会错。

吞吐量是实际测量值，带宽是理论上限。

RTT 不只是两倍传播时延。 在互联网中还包含中间节点的处理、排队与转发时延。

信道利用率不是越高越好。 太高会导致排队时延急剧增大。

对照速查

说法	对错
计算机网络中的带宽单位是 Hz	❌（b/s）
发送时延取决于分组长度和发送速率	✅
传播时延取决于分组长度	❌（取决于距离和介质）
总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延 + 排队时延	✅
考试中通常要考虑处理时延和排队时延	❌（除非题目说明）
时延带宽积 = 传播时延 × 信道带宽	✅
RTT 只包括两倍传播时延	❌
信道利用率越高越好	❌
主机间的最高理论速率取决于链路带宽与网卡速率中的最小者	✅

考点

速率、带宽（b/s）、吞吐量（2024）
四种时延及其计算（2010、2013、2023）；传播时延与分组长度无关
时延带宽积、RTT、信道利用率
瓶颈决定最高速率

考研笔记