1.4 分组交换网中的时延丢包和吞吐量

在上一节中，我们提及了丢包这个概念，数据在传输过程中丢失这在任何时候都是令人难以接受的。为此我们必须引入时延，并且限制网络的吞吐量，这是难以避免的，在本节中，我们将开始研究和量化讨论网络中的丢包，时延，以及吞吐量的问题。

1.4 1分组交换网中的时延概述

在分组从一台主机发送到另外一台主机，途中经历一系列的路由器传输，最终到达另外一台主机。由于路由器的储存转发传输机制 造成的传播时延以及大量分组进入时造成的排队时延和路途中不可避免的节点处理时延 与 传输时延这些时延累加起来便是节点总时延，时延对于性能的影响是十分巨大的，接下来我们将讨论这几种时延。

时延的类型

处理时延 处理时延主要包括路由器检查数据包首部并根据转发表为分组选择出链路所需的时间，以及检查比特级别差错和其他因素所需的时间，高速路由器时延数量级通常时微秒甚至更少。
排队时延 一个特定的分组的排队时延取决于先期到达在输出缓存中等待向链路传输的分组数量。如果说队列是空的那么该时延可达到0，相反如果有大量分组，该时延将会上升到毫秒级别，如果超出了一定的量，就会造成丢包。
传输时延 在上一节我们稍微的讨论了关于传输时延的计算，其主要原因是分组交换器只有在完整的接收到整个分组后才会将分组再发送出去。
传播时延传播时延时由物理媒介所决定的（光纤、双绞铜线等）其速度数量级为 $2^{8} - 3^{8}$ 即近乎为光速传播，在链路中的传播时延满足物理公式t= d/s（路程除以速度）

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传播时延与传输时延

我们来区分一下传播时延与传输时延这两个概念：用汽车在高速路上行驶作为类别，传输时延就是你在服务收费站所花费的时间，而传播时延是你在公路上行驶的时间。
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1.4.2 排队时延和丢包

排队时延

在4种不同的时延中,最为复杂的自然为排队时延,排队时延充满了不确定性,它取决于3个因素

R:链路的带宽(bps)
L:数据包的大小(bits)
a:数据包的平均到达时长

那么流量强度K=L*a/R,对于第n个到达的数据包存在(n-1)L/R的时延.当K大于1时，输入速率大于输出速率，数据包会累积在路由器输出缓存区中，假设路由器缓存区无限增大，第无穷大个数据包所需要的时延将会无限增长

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丢包

在实际生活中，K的值并不会大于1，原因是在路由器缓存区满时，数据包将会被丢弃掉，所以一个路由器的性能不仅仅根据时延来度量，同时也需要考虑到丢包的概率。

1.4.3 端到端的时延

上面讨论的是单个路由器节点的时延，端与端之前自然不只一个路由器，将他们累加起来便是端到端路径上的时延了。但是端与端可能存在端系统以及其他应用程序所带来的时延，关于这一部分我们将在第六章详细讨论。

1.4.4 计算机网络中的吞吐量

吞吐量的概念其实就是文件在端到端之前文件的传输速度，该速度满足木桶原理，即取决于较小的路由器带宽，假如两个路由器A、B，那么文件传输速率为min{Ra，Rb},也称为瓶颈链路传输速率，可以将其形象的类比为水流在水管中的流动，自然出水量取决与较小的那根。
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课后习题

R16. 考虑从某源主机跨越一条固定路由向某目的主机发送一分组。列出端到端时延组成部分。这些时延中的哪些是固定的，哪些是变化的？
答案：
端到端时延组成部分有：结点处理时延，排队时延，传输时延，传播时延。
时延中固定的部分有：传输时延传播时延
时延中变化的部分有：结点处理时延排队时延（与其他答案不同，我认为路由器的处理时间不是固定的）
R18. 一个长度为1000字节的分组经距离2500km的链路传播，传播速率为2.5x10^8m/s并且传输速率为2Mbps，它需要多长时间？更为一般地，一个长度为L的分组经距离为d的链路传播，传输速率为s并且传播速率为Rbps，它需要用多长时间？该时延与传输速率相关吗？
答案：
（1）
传输时延：8Kb/2Mb = 4ms
传播时延：2500km/2.5x10^8m/s = 10ms
需要的时间为 14ms
（2）
传输时延：8*L/R
传播时延：d/s
需要的时间为 8*L/R + d/s
时延与传输速率有关。
R19. 假定主机A要向主机B发送一个大文件。从主机A到主机B的路径上有3段链路，其速率分别为R1 = 500kbps，R2 = 2Mbps，R3 = 1Mbps。
a. 假定该网络中没有其他流量，该文件传送的吞吐量是多少？
b. 假定该文件为4MB。传输该文件到主机B大致需要多长时间？
c. 重复(a)和(b)，只是这时R2减小到100kbp
答案：
a.吞吐量为500kbps
b.大致需要64s
c.吞吐量为100kbps，大致需要320s
R20. 假定端系统A要向端系统B发送一个大文件。在一个非常高的层次上，描述端系统怎样从该文件生成分组。当这些分组之一到达某分组交换机时，该交换机使用分组中的什么信息来决定将该分组转发到哪一条路上？因特网中的分组交换为什么可以与驱车从一个城市到另一个城市并沿途询问方向相类比？
答案：
端系统利用应用层生成分组。
此时的分组交换机应该指的是路由器。路由器使用分组中的IP地址来决定将该分组转发到哪一条路。
每个路由器都有一个转发表，当某分组到达一台路由器时，路由器检查IP地址，并用这个地址搜索转发表，以发现适当的输出链路。这种方式与沿途询问方向类似。