分组延时、丢失和吞吐量

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

  • 链路的队列缓冲区容量有限->丢失（分组到达一个满的队列时）

    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。

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，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（空间上）

    • d:物理链路的长度

    • s:在媒体上的传播速度(约2x10^8 m/sec)

      与R（链路带宽）做区分

    • 传播延时=d/s（最后一个bit从出发到终点所经历的时间）

    • 两个节点如果比较近，这个时间可以忽略

节点延时

  • dprocd_{proc}：处理延时，通常是微秒数量级或更少
  • dqueued_{queue}：排队延时，取决于拥塞程度
  • dtransd_{trans}：传输延时，对低速率的链路而言很大（如拨号），通常为微秒级到毫秒级
  • dpropd_{prop}：传播延时，几微秒到几百毫秒

排队延时

  1. 流量强度

    I=LaRI = \frac{L a}{R}

    R为带宽，L为每个分组的长度，a指单位时间内通过这条链路转发的分组的数量。

    流量强度应该在0~1之间。

  2. 流量强度->0

    平均排队延时很小

  3. 流量强度->1

    平均排队延时很大

  4. 流量强度>1

    平均排队延时趋向于无穷大

Internet的延时和路由

  • Internet的延时和路由是什么样的呢？

  • Traceroute诊断程序：提供从源端，经过路由器，到目的的延时测量

For all i

  • 沿着目的的路径，向每个路由器发送3个探测分组
  • 路由器i将向发送方返回一个分组
  • 发送方对发送和回复之间间隔计时

  • ICMP原理与Transrt诊断程序

    TTL:Time to Live生存时间（每经过一跳就减一）

    RTT:Round Trip Time往返延迟

吞吐量

throughput

  • 含义

    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

  • 短筒效应

    在网络系统中，链路或节点的吞吐量瓶颈会显著降低整个网络的性能。即使其他链路或节点的性能很高，整体吞吐量依然受到短板的限制。

  • 瓶颈链路：端到端路径上，限制端到端吞吐的链路

    注意，链路是不同节点之间共享的，端系统需要传输数据时，同时可能有其他节点在用链路，因此无法获得这段链路的全部带宽。

    即，A、B之间通信时的瓶颈带宽取决于获得最少的链路带宽。