计算机网络-分组交换网中的时延、丢包和吞吐量

分组交换网中的时延概述

主要的时延类型有：结点处理时延（nodal processsing delay）、排队时延（queuing delay）、传输时延（transmission delay）和传播时延（propagation delay）这些时延总体累加起来就是结点总时延（total nodal delay）。

时延的类型

• 处理时延：检查分组首部和决定将该分组导向何处所需要的时间是处理时延的一部分。处理时延也包括其他因素：如检查比特级别的差错所需要的时间等。高速路由器的处理时延通常是微妙或更低的数量级
• 排队时延：见《网络边缘&网络核心》一文。注意如果队列是空的，并且当前没有其他分组正在传输，则该分组的排队时延为0。实际的排队时延可以是毫秒级到微秒级
• 传输时延：假定分组以先到先服务的方式传输，仅当所有已经到达的分组被传输后，才能传输刚到达的分组。传输时延就是将所有分组的比特传输向链路所需要的时间：如一条链路的速率为R bit/s，分组大小为L bit，则传输时延为L/R。通常是毫秒级到微妙级
• 传播时延：一个分组从链路的起点传播到下一个路由器所需要的时间就是传播时延。传播时延等于两台路由器之间的距离➗传播速率，传播速率取决于链路的物理媒体。通常是毫秒级。

端到端时延

从源主机到目的地的总时延。假设源主机和目的地之间有N-1台路由器。微妙还要假设该网络此时是无拥塞的（因此排队时延是微不足道的），每台路由器和源主机上的处理时延是Dproc，每台路由器和源主机的输出速率是R bps，分组总量为L bit每条链路的传播时延是Dprop，那么端到端的时延，就是这些时延的总和为D = N（Dproc + L/R+Dprop）

丢包

因为输出队列的容量是有限的，到达的分组发现一个满的队列，由于没有地方存储这个分组，路由器将丢弃（drop）和丢失（lost）。分组丢失的份额会随着流量强度增加而增加。

一个结点的性能常常不仅根据时延来度量，而且根据分组丢失的概率来度量，丢失的分组可能基于端到端的原则重传。

吞吐量

处理时延和丢包，计算机网络中另一个必不可少的性能测度是端到端的吞吐量。假设从主机A到主机B传输一个大文件，在任何时间的瞬时吞吐量（instantaneous throughput）是主机B接收到该文件的速率（以bps为单位）。如果文件大小为F bit，主机B接收到所有文件用了T s，则文件传送的平均吞吐量（average throughput）是F/T bps。对于某些应用程序，希望具有低时延和在某个阈值之上的一致的瞬时吞吐量。