计算机网络的分类和性能指标

计算机网络的分类

按照作用范围进行分类

• 广域网 WAN（Wide Area Network）：作用范围通常为几十到几千公里
• 城域网 MAN（Metropolitan Area Netwo）：作用距离通常约为 5~50 公里
• 局域网 LAN (Local Area Network）：局限在较小的范围内（如 1 公里左右）
• 个人区域网 PAN（Local Area Netwo）：范围很小，大约在 10 米左右

若中央处理机之间的距离非常近（如仅 1 米的数量级甚至更小些），则一般就称之为 多处理机系统，而不是称它为计算机网络。

按照网络使用者进行分类

• 公用网 （publi network）

按规定缴纳费用的人都可以使用的网络，因此也可称为公共网。

• 专用网 （private netwo）

为特殊业务工作的需要而建造的网络

公用网和专用网都可提供多种服务。如传送的是计算机数据，则分别是公用计算机网络和专用计算机网络。

按照拓扑结构分类

按照传输介质分类

• 有线网

双绞线、同轴电缆和光纤

• 无线网

无线电波、微波、红外、激光等

实现举例：① 无线 LAN ② 基于 GMS（全球通）

按照传输技术分类

• 广播式网络

所有计算机共享一个公共信道，一个计算机发送报文，其它计算机都能“收听”，若报文中的目的地址与本节点相同，则接收，否则放弃。

发送报文的目的地址：
① 单一节点地址：只有一个节点接收
② 多节点地址：多个节点接收
③ 广播地址：所有节点接收

• 点对点网络

使用分组存储转发和路由选择机制

计算机网络的性能指标

⭐⭐⭐

计算机网络的性能一般是指它的几个重要的性能指标，主要包括

• 速率
• 带宽
• 吞吐率
• 时延
• 时延带宽积
• 往返时间 RTT
• 利用率

速率

比特（bit) 来源 binary digit ，意思时一个二进制数字，一个比特就是二进制数字中的一个 1 或 0，也作计算机中数据量的单位，同时还是信息论中使用的信息量的单位。

我们说网络好不好一个很重要的因素就时快不快，规范一点就说速率高。

速率指的是数据的传送速率，也被称为数据率（rate data）或比特率（bit rate）。

速率的单位是 bit/s，或 kbit/s，Mbit/s，Gbit/s 等

1 Byte（字节）=8 bit（比特）

同时需要注意速率和存储容量的区分。

1 kb/s=1000 b/s 每秒传输 1000 个比特

1 KB = 1024B = 1024 * 8b 1KB 大小等于 1024 个字节等于 1024 * 8 比特

在表示速率的时候 b 通常小写，在表示容量的时候 B 都用大写

我们现在都是家庭用的都时光纤入户，都是百兆带宽测速时候都是几 Mbit/s 到几十 Mbit/s 的速率。

速率往往是指额定速率或标称速率，而非实际运行速率。

带宽

带宽有两种不同的意义

• “带宽” （bandwidth） 本来指信号具有的频带宽度，其单位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）

• 带宽

在计算机网络中，带宽用来表示网络中某通道传送数据的能力。表示在单位时间内网络中的某信道所能通过的“最高数据率”。单位是 bit/s,即“比特每秒”。

类比：一根水管，假设管子中有流动的水，这里的水为数据。单位时间内，从管子的水流某个横截面就是速率，即单位时间内传送的数据量。当管子充满水的时候，管子的某个横截面就是最大速率，即为带宽。

吞吐量

吞吐量（throughput）表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。

吞吐量更经常地用于对显示世界中的网络的一种测量，以便能够知道实际上到底有多少数据量能够通过网络。

吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。

生活中我上网看到的下载速度通常都是十几 M 每秒，可是办理带宽时候网络提供商说的是 200M 带宽呢！我是不是被坑了呢？

软件中显示的数据单位一般用字节，而运营商 ISP 使用的衡量数据的单位是 bit。所以拿我家的 200M 带宽举个例子：

200 Mb/s =200 * 1024 Kb/s = (200 * 1024)/8 KB/S =25 600 KB/S = 25MB/s

这 25.6 MB/s 就是 200M 带宽的理论下载速率。但是因为受到计算机性能，网络设备质量，资源使用情况，网站能力，信号衰减等影响，那么实际的传输速率在 22 MB/s 左右。

下次再计算理论下载速率就这么算：

理论下载速率 = 带宽（M） × 1024 ÷ 8

实际下载速率 = 带宽（M） × 1024 ÷ 9

实际下载速率是估算，仅供参考。

时延

时延 指 数据 （报文/分组/比特流） 从网络 （或链路）的一端传送到另一端所需的时间。也叫延迟或迟延。单位是 s。

网络中的时延由以下几个不同的部分组成：

• （1）发送时延

也称 传输时延。

发送数据时，数据帧从节点进入到传输媒体所需要的发送时间。

也就是从发送数据帧的第一个比特算起，到该帧的最后一个比特发送完毕所需要的时间。

长度为 100MB 的数据块，在带宽为 1Mb/s 的信道上连续发送，发送时延为？

• （2）传播时延

电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间。

发送时延与传播时延有本质上的不同

信号发送速率和信号在信道上的传播速率是完全不同的概念。

电磁波的传播速率

自由空间：光速 3.0 × 10^5 Km/s
5 类双绞线： 2.31×10^5 Km/s
光纤： 2.05×10^5 Km/s

1000Km 长的光纤产生的传播时延大约为？

对于高速网络链路，我们提高的仅仅是数据的发送速率而不是比特流在链路上的传播速率

提高链路带宽减小了数据的发送时延。

在网络中有两种不同的速率：

信号（即电磁波）在传输媒体上的传播速率（米/秒，或公里/秒）
计算机向网络发送比特的速率（传输速率）（比特/秒）

这两种速率的意义和单位完全不同。

宽带传输：计算机向网络发送比特的速率较高。

光纤的传输速率高

• （3）处理时延

主机或路由器在收到分组时，为处理分组（例如分析首部、提取数据、差错检验或查找路由）所花费的时间

• （4）排队时延

分组在路由器输入输出队列中排队等待处理所经历的时延

排队时延的长短往往取决于网络中当时的通信量。

据在网络中经历的总时延就是发送时延、传播时延、处理时延和排队时延之和

这几种时延产生的地方不一样。

在总时延中，究竟是哪一种时延占主导地位，必须具体问题具体分析。

传播时延与采用的传输介质和传送距离有关

光纤传送到 1000 Km 远的计算机：5 ms

光纤传送到 1 Km 远的计算机：5 us

传播时延在总时延中显得微不足道。

要传送的数据块的长度为 10bit，在 1Mbps 的信道上的发送时延是：

对于高速网络链路，我们可以提高数据的发送速率，而不能改变比特在链路上的传播速率

我们不能改变比特在链路上的传播速率就好比 我们无法改变光的传播速度一样。

时延带宽积

链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度

*时延带宽积 = 传播时延 带宽

链路像一条空心管道

只有在代表链路的管道都充满比特时，链路才得到了充分利用

往返时间 RTT

互联网上的信息不仅仅单方向传输，而是双向交互的。因此，有时很需要知道双向交互一次所需的时间

往返时间表示从发送方发送数据开始，到发送方收到来自接收方的确认，总共经历的时间

在互联网中，往返时间还包括各中间结点的处理时延、排队时延以及转发数据时的发送时延

当使用卫星通信时，往返时间 RTT 相对较长，是很重要的一个性能指标

上图是我 ping 自己博客域名所获得的我现在的用的笔记本和我博客所在服务器之间的往返时间，我们可以看到时间时在 40 到 59 毫秒之间，每次

的时间都不一样的原因是因为网络的不稳定，是属于正常情况。

RTT 值越大，在受到确认之前，可以发送的数据就越多，不知道你们有没有这样一种感觉，你在迅雷下载东西的时候最开始建立任务到迅雷开始下载，这段时间是比较长的，不是说你刚建立完下载任务，迅雷马上就能开始下载了。

说到 RTT 是往返传播时延 既然是往返的 是不是传播时延的二倍呢。就是这样的，不过还有要加上末端的处理时间，因为我们的计算机要确认这数据是不是从刚才请求的服务发送过来的，有没有丢包，这些处理的时间也是要计算在内的。

利用率

利用率分为两种，信道利用率和网络利用率

• 信道利用率

信道利用率指出某信道有百分之几的时间是被利用的（有数据通过）。完全空闲的信道的利用率是零。

• 网络利用率

网络利用率则是全网络的信道利用率的加权平均值。

也不是说信道利用率越高越好。当某信道的利用率增大时，该信道引起的时延也就迅速增加。

都经历过堵车吧，堵车的时候，一条公路上一段全是车，这一段公路的利用率就很高，但是你要从利用率很高的公路上通过，你怕不是又要咕咕咕了（放别人鸽子），找一个利用率不高的路线，会更快的到达目的地。

文件大纲生成的思维导图