目录
一、分组延时、丢失
1. 节点处理延时：
2. 排队延时：
3. 传输延时:
4. 传播延时:
5. 节点延时
6. 排队延时
7. 分组丢失
二、吞吐量
三、总结
（一）分组延时
1. 处理延时（Processing Delay）
2. 排队延时（Queuing Delay）
3. 传输延时（Transmission Delay）
4. 传播延时（Propagation Delay）
📌 总延时：
（二）分组丢失
1. 主要原因
2. 影响与应对
3. 丢包率（Loss Rate）
（三）吞吐量（Throughput）
1. 两种定义
2. 瓶颈带宽（Bottleneck Bandwidth）
3. 实际吞吐量影响因素
4. 吞吐量计算示例
（四）关键知识关联
一、分组延时、丢失
分组丢失和延时是怎样发生的？
在路由器缓冲区的分组队列
☐ 分组到达链路的速率超过了链路输出的能力
☐ 分组等待排到队头、被传输
四种分组延时
1. 节点处理延时：
- 检查 bit 级差错
- 检查分组首部和决定将分组导向何处
2. 排队延时：
- 在输出链路上等待传输的时间
- 依赖于路由器的拥塞程度
3. 传输延时:
- R = 链路带宽 (bps)
- L = 分组长度 (bits)
- 将分组发送到链路上的时间 = L/R
- 存储转发延时
4. 传播延时:
- d = 物理链路的长度
- s = 在媒体上的传播速度 (~2×10⁸ m/sec)
- 传播延时 = d/s
车队类比
- 汽车以 100 km/hr 的速度传播
- 收费站服务每辆车需 12s (传输时间)
- 汽车～bit; 车队～分组
- Q: 在车队在第二个收费站排列好之前需要多长时间？
- 即：从车队的第一辆车到达第一个收费站开始计时，到这个车队的最后一辆车离开第二个收费站，共需要多少时间
- 将车队从收费站输送到公路上的时间 = 12*10 = 120s
- 最后一辆车从第一个收费站到第二个收费站的传播时间：100km/(100km/hr)= 1 hr
- A: 62 minutes
- 汽车以 1000 km/hr 的速度传播汽车
- 收费站服务每辆车需 1 分钟
- Q: 在所有的汽车被第一个收费站服务之前，汽车会到达第二个收费站吗？
- Yes！7 分钟后，第一辆汽车到达了第二个收费站，而第一个收费站仍有 3 辆汽车
- 在整个分组被第一个路由器传输之前，第一个比特已经到达了第二个路由器！
5. 节点延时
- d-proc = 处理延时
- 通常是微秒数量级或更少
- d-queue = 排队延时
- 取决于拥塞程度
- d-trans = 传输延时
- = L/R，对低速率的链路而言很大（如拨号），通常为微秒级到毫秒级
- d-prop = 传播延时
- 几微秒到几百毫秒
6. 排队延时
- R = 链路带宽 (bps)
- L = 分组长度 (bits)
- a = 分组到达队列的平均速率
流量强度 = La/R
- La/R ~ 0: 平均排队延时很小
- La/R -> 1: 延时变得很大
- La/R > 1: 比特到达队列的速率超过了从该队列输出的速率，平均排队延时将趋向无穷大！
设计系统时流量强度不能大于 1！
7. 分组丢失
- 链路的队列缓冲区容量有限
- 当分组到达一个满的队列时，该分组将会丢失
- 丢失的分组可能会被前一个节点或源端系统重传，或根本不重传
二、吞吐量
- 吞吐量：在源端和目标端之间传输的速率（数据量 / 单位时间）
- 瞬间吞吐量：在一个时间点的速率
- 平均吞吐量：在一个长时间内平均值
Rs < Rc 端到端平均吞吐是多少?---------------------Rs
Rs > Rc 端到端平均吞吐是多少?---------------------Rc
瓶颈链路：
端到端路径上，限制端到端吞吐的链路。
其他节点都不传输，吞吐量min{Rs,Rc}。
端到端平均吞吐=min{R1，R2 ,…,Rn }
吞吐量：互联网场景
- 链路上的每一段实际可用带宽 Ri ’ = ?
- 端到端吞吐量：min{ Ri ’ }
- 每个连接上的端到端吞吐：min(Rc ,Rs ,R/10)
- 实际上：Rc 或者 Rs 经常是瓶颈
三、总结
（一）分组延时
指数据分组从源主机发送到目的主机所经历的总时间。由四部分构成：
1. 处理延时（Processing Delay）
- 定义：路由器/交换机检查分组头部、决定转发路径、检查比特错误等处理时间。
- 影响因素：硬件性能、路由算法复杂度、安全检查（如防火墙）。
- 典型值：微秒级（μs）。
2. 排队延时（Queuing Delay）
- 定义：分组在输出队列中等待链路空闲的时间。
- 关键公式：
- 平均排队延时 ≈
(流量强度) / (1 - 流量强度)
流量强度 = 分组到达速率 / 链路输出速率- 当流量强度 → 1 时，延时趋近无穷大。
- 影响因素：流量突发性、队列调度策略（FIFO、优先级队列）。
3. 传输延时（Transmission Delay）
- 定义：将分组所有比特推送到链路上的时间。
- 公式：
传输延时 = 分组长度 (L) / 链路带宽 (R)
- 例：1KB 分组，1Gbps 链路 → 延时 = 8μs。
4. 传播延时（Propagation Delay）
- 定义：比特在物理介质中传播的时间。
- 公式：
传播延时 = 距离 (d) / 传播速度 (s)
- 传播速度
s：光纤中 ≈ 2×10⁸ m/s（真空中光速的2/3）。📌 总延时：
总延时 = 处理延时 + 排队延时 + 传输延时 + 传播延时
（二）分组丢失
分组在传输过程中未能到达目的地的现象。
1. 主要原因
- 路由器队列溢出：当流量强度 > 1 时，队列满导致后续分组被丢弃。
- 链路错误：物理介质干扰（如无线网络）、比特错误（CRC校验失败）。
- 路由问题：路由表错误导致分组进入“黑洞”。
2. 影响与应对
- TCP 的应对机制：
- 超时重传（RTO）
- 快速重传（收到3个重复ACK）
- 拥塞控制（如 Tahoe、Reno 算法）
- UDP 无恢复机制：需应用层处理（如实时音视频的冗余编码）。
3. 丢包率（Loss Rate）
- 公式：
丢包率 = 丢失分组数 / 发送分组总数- 典型要求：语音通话 <1%，视频流 <5%。
（三）吞吐量（Throughput）
单位时间内通过网络的有效数据量。
1. 两种定义
- 瞬时吞吐量：某一时刻的速率（bps）。
- 平均吞吐量：一段时间内的平均速率（bps）。
2. 瓶颈带宽（Bottleneck Bandwidth）
- 定义：端到端路径中带宽最小的链路速率。
- 公式（N条链路串联）：
端到端吞吐量 = min{R1, R2, ..., RN}- 示例：
- 服务器 → 路由器1：100Mbps
- 路由器1 → 路由器2：10Mbps
- 路由器2 → 客户端：1Gbps
- 实际吞吐量 = 10Mbps
3. 实际吞吐量影响因素
- 网络拥塞程度
- 协议开销（TCP头部、ACK确认）
- 接收端窗口大小（TCP流量控制）
4. 吞吐量计算示例
- 文件大小
F，传输时间T→ 吞吐量 =F / T- 若多用户共享链路：公平共享时每个用户获得
R/N（R为总带宽，N为用户数）。
（四）关键知识关联
概念 核心影响因素 典型优化方法 延时 传播距离、链路带宽、队列长度 CDN、协议优化（QUIC）、优先级调度 丢失 队列溢出、信道错误 增大缓冲区、前向纠错（FEC） 吞吐量 瓶颈带宽、并发连接数 多路径传输（MPTCP）、负载均衡 延时 vs 吞吐量权衡：
- 低延时：需小队列（但易丢包）
- 高吞吐量：需大窗口（但增加排队延时）
- TCP拥塞控制（如BBR算法）旨在平衡二者。
完结撒花🎉
