计算机网络3：速率、带宽、时延、吞吐量、时延带宽积、往返时间和利用率

1、什么是带宽？

2、什么是宽带速率？

3、什么是吞吐量？

计算机网络中常用的性能指标有：速率、带宽、吞吐量、时延、时延带宽积、往返时间（Round-Trip Time，简称RTT）、利用率

1、什么是带宽？

带宽，是“频带宽度”的简称，原是通讯和电子技术中的一个术语，指通讯线路或设备所能传送信号的范围。网络宽带（Broadband）是指在单位时间（一般指的是1秒钟）内能传输的数据量。在数据通信领域中，带宽是指数字信道所能传送的最高的数据率。

如图，在个人计算机上查看当前使用网络的带宽：

宽带连接可以基于不同的传输介质，包括：

光纤（Fiber Optics）：使用光纤作为传输介质，通过光的传输实现高速数据传输。
数字用户线路（DSL，Digital Subscriber Line）：通过普通电话线传输数字信号，提供高速的宽带连接。
电缆调制解调器（Cable Modem）：利用有线电视网络提供宽带连接，适用于家庭和商业用户。
无线网络（Wireless Network）：利用无线技术（如Wi-Fi）提供宽带连接，使用户可以通过无线方式访问互联网。

网络和高速公路类似，带宽越大，就类似高速公路的车道越多，其通行能力越强。

信道图示：

2、什么是宽带速率？

宽带速率（Broadband Speed）指的是网络连接的数据传输速度，也称为网络带宽速率。它表示在单位时间内通过网络传输的数据量。一般宽带速率越高，上传和下载的越快。它的单位是 b/s kb/s Mb/s Gb/s

bit是表示信息的最小单位，叫做二进制位；一般用0和1表示。
Byte叫做字节，由8个位（8bit）组成一个字节(1Byte)，用于表示计算机中的一个字符。
bit与Byte之间的换算关系为：1Byte=8bit（或简写为：1B=8b）；在实际应用中一般用简称，即1bit简写为1b(注意是小写英文字母b)，1Byte简写为1B（注意是大写英文字母B）

实际网路中的速率换算：

在计算机网络中，一般宽带速率的单位用bps(或b/s)表示；bps(bit per second)表示每秒钟传输多少位信息。所以1M 的带宽指的是1Mbps（注意是Mbps不是MBps）。

换算公式：

1B=8b 1B/s=8b/s 或 1Bps=8bps

规范提示：B表示Byte(字节)，b表示bit(比特)，但在实际的生活中常常把bit和Byte都混写为b ，如把Mb/s和MB/s都混写为Mb/s，导致人们在实际计算中常因单位的混淆而出错。比如以下的情况：

在实际的网应用中，常常会看到诸如下载速度显示为 128KBps(KB/s)，103KB/s等宽带速率大小的字样，因为ISP提供的线路带宽使用的单位是比特，而一般下载软件显示的是字节（1字节=8比特），所以需要通过换算，才能得到实际的宽带速率。

接下来按照换算公式换算一下：

128KB/s=128×8(Kb/s)=1024Kb/s=1Mb/s 即 128KB/s = 1Mbps

1Mbps=1024Kbps=1024/8KBps=128KB/s

现在来看，图中的4.6KB/S，也就36.8Kb/s的宽带速率。//现在来看低到令人发指

宽带速率与网络连接类型和服务提供商有关。不同类型的网络连接（如光纤、数字用户线路（DSL）、电缆调制解调器、无线网络等）以及不同的服务计划（如家庭宽带、企业宽带）可能提供不同的宽带速率。

3、什么是吞吐量？

吞吐量（Throughput）是指在特定时间段内通过网络或系统传输的数据量或处理能力。它是衡量网络或系统性能的重要指标之一。// 单位时间内处理数据的能力

吞吐量通常以每秒传输的字节数或数据包数来衡量。较高的吞吐量表示网络或系统可以更快地处理数据，具有更高的传输能力和处理能力。

吞吐量可以涉及多个层面：

网络吞吐量：网络吞吐量指的是在网络中传输的数据量。它表示网络连接的带宽利用率和传输速度。较高的网络吞吐量意味着网络可以传输更多的数据，从而实现更快的下载、上传和数据传输速度。
系统吞吐量：系统吞吐量指的是计算机系统或服务器处理数据的能力。它表示系统在特定时间内处理的数据量。较高的系统吞吐量表示系统可以更快地处理数据请求和计算任务。
存储吞吐量：存储吞吐量指的是存储系统读取或写入数据的速度。它表示存储系统在特定时间内传输的数据量。较高的存储吞吐量意味着存储系统可以更快地读取或写入数据。

吞吐量是评估网络、系统或存储性能的关键指标之一。此文中，我们关注的吞吐量为网络吞吐量。它的单位是 b/s kb/s Mb/s Gb/s

4、什么是时延？

时延（Delay）在计算机网络中指的是数据从发送端到接收端所经历的时间延迟。它是网络中数据传输和处理所需的时间量度。

时延可以分为以下几个主要类型：// 时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延

发送延迟（Send Delay）：是指在发送数据之前产生的延迟，即从数据准备好到实际开始发送之间的时间延迟。它取决于数据的大小和网络连接的带宽速率。较大的数据量或较低的带宽速率会增加传输延迟。// 发送延迟与带宽有关
传播延迟（Propagation Delay）：传播延迟是指数据从发送端到接收端所需的物理传播时间。它取决于数据在传输介质中传播的速度和距离。较长的传输距离或较慢的传播速度会增加传播延迟。
处理延迟（Processing Delay）：处理延迟是指数据在网络设备（如路由器、交换机）上进行处理所需的时间。它包括了设备对数据进行处理、查找路由表、进行转发等操作的时间。
排队延迟（Queuing Delay）：排队延迟是指数据在网络设备的输入或输出队列中等待处理的时间。当网络设备负载过高或数据量过大时，可能会发生排队延迟。

较低的时延可以实现更快的数据传输和响应时间，尤其对于实时应用（如实时视频、语音通话、在线游戏）和对延迟敏感的应用（如金融交易）至关重要。一般，发送时延与传播时延是我们主要考虑的。对于报文长度较大的情况，发送时延是主要矛盾；报文长度较小的情况，传播时延是主要矛盾。
测试中通常使用测试仪表发出测试包到收到数据包的时间间隔。时延与数据包长相关，通常在路由器端口吞吐量范围内测试，超过吞吐量测试该指标没有意义。

发送时延：指数据从发送端发出的时间（数据包的开头到数据包的结尾）

各个时延的图示：

发送时延和传播时延的区别：

发送时延跟带宽有关，带宽越高，一次性发送的数据量越大，发送时延越小
传播时延跟传播介质有关，传播介质的传播速度越快，传播时延越小

5、什么是时延带宽积？

在数据通信中，带宽时延乘积（英语：bandwidth-delay product；或称带宽延时乘积、带宽延时积等）指的是一个数据链路的能力（每秒比特）与来回通信延迟（单位秒）的乘积。

时延带宽积：即链路上的最大比特数，也称以比特为单位的链路长度。表示在特定时间该网络上的最大数据量。

时延带宽积 = 数据链路的能力（每秒比特）与来回通信延迟乘积

6、什么是往返时延（RTT）？

RTT(Round-Trip Time)：往返时延。是指数据从网络一端传到另一端再收到接收端确认所需的时间。通常，时延由发送时延、传播时延、处理时延、排队时延四个部分组成。

// 从发送方发送数据开始到发送方收到接收方确认。整个数据的传播过程

下边分别ping本地计算机网关、国内网站和国外网站，我们可以看到不同网络的往返时间是有差异的。

ping 192.168.43.1   // ping网关——局域网

正在 Ping 192.168.43.1 具有 32 字节的数据:
来自 192.168.43.1 的回复: 字节=32 时间=4ms TTL=64
来自 192.168.43.1 的回复: 字节=32 时间=4ms TTL=64
来自 192.168.43.1 的回复: 字节=32 时间=5ms TTL=64
来自 192.168.43.1 的回复: 字节=32 时间=4ms TTL=64

192.168.43.1 的 Ping 统计信息:
    数据包: 已发送 = 4，已接收 = 4，丢失 = 0 (0% 丢失)，
往返行程的估计时间(以毫秒为单位):
    最短 = 4ms，最长 = 5ms，平均 = 4ms
--------------------------------------------------------
ping www.baidu.com // ping国内服务器——互联网

正在 Ping www.a.shifen.com [112.80.248.75] 具有 32 字节的数据:
来自 112.80.248.75 的回复: 字节=32 时间=25ms TTL=53
来自 112.80.248.75 的回复: 字节=32 时间=39ms TTL=53
来自 112.80.248.75 的回复: 字节=32 时间=37ms TTL=53
来自 112.80.248.75 的回复: 字节=32 时间=40ms TTL=53

112.80.248.75 的 Ping 统计信息:
    数据包: 已发送 = 4，已接收 = 4，丢失 = 0 (0% 丢失)，
往返行程的估计时间(以毫秒为单位):
    最短 = 25ms，最长 = 40ms，平均 = 35ms
----------------------------------------------------------
ping 8.8.8.8  // ping国外服务器——互联网

正在 Ping 8.8.8.8 具有 32 字节的数据:
来自 8.8.8.8 的回复: 字节=32 时间=117ms TTL=113
来自 8.8.8.8 的回复: 字节=32 时间=105ms TTL=113
来自 8.8.8.8 的回复: 字节=32 时间=115ms TTL=113
来自 8.8.8.8 的回复: 字节=32 时间=96ms TTL=113

8.8.8.8 的 Ping 统计信息:
    数据包: 已发送 = 4，已接收 = 4，丢失 = 0 (0% 丢失)，
往返行程的估计时间(以毫秒为单位):
    最短 = 96ms，最长 = 117ms，平均 = 108ms

注：TTL是 Time To Live 的缩写，该字段指定IP包被路由器丢弃之前允许通过的最大网段数量。

7、什么是网络带宽利用率？

网络带宽利用率是指：带宽每秒收到、发送信息的效率。

信道利用率：有数据通过的时间 /（有+无）数据通过的时间
网络利用率：信道利用率加权平均值

通俗的来讲，网络带宽利用率就好比日常的公路，公路上汽车越多，那么单位时间内公路的利用效率就越高。

带宽利用率是评估网络性能和资源使用的重要指标。高带宽利用率表示网络资源被充分利用，数据传输效率较高。然而，过高的带宽利用率可能导致网络拥塞和传输延迟增加。