计算机网络——06分组延时、丢失和吞吐量

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

延时原因：

当当前链路有别的分组进行传输，分组没有到达队首，就会进行排队，从而产生排队延迟
丢失原因：分组到达的时候，队列满了，就会丢弃
除了排队延时，还有传输延时

四种延时类型

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
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
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
传播延时
- d = 物理链路的长度
- s = 在媒体上的传播速度( $2 * 10^{8}$ m/sec)
- 传播延时 = d/s

节点延时

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：排队延时变得很大
La / R > 1：比特到达队列的速率超过了从该队列输出的速率，平均排队时间将趋向无穷大

系统设计时流量强度不能大于1

Internet的延时和路由

Internet 的延时和路由是怎样的？
- 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

Traceroute 是利用 ICMP协议（互联网控制报文协议） 运作的
TTL的原理：

假设源客户端是A，目标客户端是B，中间的路由器标号一次为 1 2 3 4 5
在分组的头部header中有一个字段叫TTL（Time to leave）是整数，每经过一个路由器时路由器将TTL-1，如果TTL=0，则该路由器向原客户端发送消息，从而得到时间
A设置TTL=1，那么第一个路由器返回时间；设置TTL=2，那么第二个路由器返回时间

依次增大TTL，得到每个路由器返回的延时

对于目标客户端B，设置TTL足够大能够达到B，但是设置端口号没有对应的服务，这样到达B之后找不到对应的端口号就又会向A返回时间，得到B的延时
在Windows系统下
- Tracert hostname
- 如 Tracert www.gucas.ac.cn
更完整的例子
- tract [-d] [-h maximum_hops] [-j computer-list] [-w timeout] target_name
- 请见帮助： http://www.linkwan.com/gb/broadmeter/article/trace -help.htm
测试网址
- www.traceroute.org
- www.linkwan.com

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

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

吞吐量取决于吞吐量最小的路径

吞吐量：互联网场景

如图，可以看到R链路同时由多个连接共享，这样的话不同的连接就要平分带宽
这样尽管R的带宽比 $R_s$ ， $R_c$ 大，但是实际给AB的带宽是 1/n，最终比较的是 1/n 的大小