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頻寬

 

通道傳輸的是電磁波訊號，而電磁波是有一定的頻率範圍，頻寬指的就是這段有效的頻率範圍的值

即：頻寬 = 最高有效頻率 - 最低有效頻率

 

好比我們人的耳朵能聽見一定頻率範圍內的聲音（20 -20000Hz）,那麼19000Hz就是我們耳朵的“頻寬”

 

不同的通道，其頻寬（頻率範圍）是不一樣的，根據頻寬的不同，可將通道劃分為窄帶通道（0 - 300Hz）, 音訊通道（300 - 3400Hz）和寬頻通道（頻寬為3400Hz以上）。我們平常說的“裝寬頻”，意思就是安裝3400Hz以上頻寬的通道的意思

 

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資料傳輸速率

 

資料傳輸速率通道每秒能傳輸的位元數，所以它的單位自然就是bps(位元每秒)，除此外還有Kbps,Mbps等

 

【注意】理論分析證明，通道的最大資料傳輸速率和頻寬有直接聯絡，通道頻寬越寬，資料傳輸速率就越大，因此在許多情況下，“頻寬”和“傳輸速率”是可以互換的。

 

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時延

 

以分組交換網路的時延為例（因為當前因特網和計算機網路主要採用的資料交換技術是分組交換）

時延

當一個分組在節點間傳輸時，主要的時延分為四種類型： 節點處理時延（nodal processing delay），排隊時延

(queuing delay)，傳輸時延(transmission delay)和傳播時延(propagation delay)

 

如果將這四種類型的時延分別表示為d(proc),  d(queue),d(trans), d(prop)

則對一個分組而言，兩個節點間的總時延d = d(proc) + d(queue)  + d(trans) + d(prop)

 

假設傳送端到接收端間有N條鏈路

則對一個分組而言，忽略其他因素，端到端總時延d(end-end) = N × (   d(proc) + d(queue)  + d(trans) + d(prop)  )

 

下面我將從單個分組從路由器A到相鄰的路由器B的傳輸的情況入手，分別介紹這四種不同型別的時延

圖示如下：

 

 

 

 

處理時延

當分組到達路由器A時，首先要做的是檢查分組首部並決定將該分組導向何處，並檢查位元級差錯，這部分的時間消耗叫做處理時延。

 

排隊時延

分組在經過路由器A的處理後，下一步就是傳輸出去。一個分組的排隊時延取決於先到達的，正在排隊等待向鏈路傳輸的分組的數量。

1.如果前面沒有分組正在從路由器A向鏈路傳輸的話，排隊時延為0

2.如果流量很大，前面有很多分組正在傳輸或也在等待傳輸，那麼就要消耗很大的排隊時延了。

 

傳輸時延

傳輸時延是路由器A將分組的所有位元推出路由器A，推向鏈路所需要的時間。傳輸時延取決於兩個因素：

1. 單個分組長度

2. 資料傳輸速率

假設分組的長度為L位元，資料傳輸速率為R (bps) 那麼  傳輸時延 = L/R

【注意】傳輸時延又叫做儲存轉發時延

 

傳播時延

（這個概念聽起來和傳輸時延很相似，區別我下面會講）

 

傳播時延指的是分組的一個位元從路由器A到達到路由器B所需要的時間，傳播時延取決於兩個因素：

1.鏈路介質（雙絞線，光纖）的傳播速率

2. 節點間的距離（兩個路由器間的距離）

假設路由A，B距離為d, 鏈路介質傳播速率為s，那麼傳播時延 = d/s

 

傳輸時延和傳播時延的比較

 

我們把一個分組從路由器A傳輸到路由器B的過程，比作一批車隊（10輛汽車）， 全部從收費站A行駛到收費站B的過程（中間經過高速公路）

 

 

一批車隊 == 一個分組

一輛汽車 == 一個位元 （暫時不管分組長度是否合理）

收費站A，B == 路由器A，B

 

這批車隊遵守一個“奇怪”的規則，那就是無論哪一輛汽車先到達收費站Ａ，它都必須等待其他９輛汽車也都尾隨其後到達了Ａ，才帶領這批車隊依次駛出收費站Ａ。（這就是儲存轉發機制，只有當一個分組的所有位元都到達了路由器，“儲存完畢“後，才能轉發整個分組）

 

傳輸時延就是這批車隊依次（前後緊跟）地駛出收費站Ａ所用的時間（將分組的所有位元推出路由器A，推向鏈路所用的時間）

傳播時延就是每輛汽車經過高速公路，從收費站Ａ到達收費站Ｂ所用的時間（分組的一個位元從路由器A到達到路由器B所需要的時間）

 

假設收費站辦理手續，通過汽車的效率是 5 （輛/每分鐘），而汽車在高速公路上行駛速度是100km/h。那麼，因為兩個收費站間距離為100km，一批汽車有10輛

 

我們可以得出，這批汽車通過收費站所用的時間為10輛 ÷ 5（輛/每分鐘） = 2分 （傳輸時延）

汽車在高速公路上行駛所用的時間為100km ÷  100km/h = 1h （傳播時延）

總共用時62分鐘

 

 

 

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丟包率

 

丟包意為分組丟失，什麼原因會導致分組丟失呢？ 這和我們上面所說的”排隊時延“有關，我們說到：當大量分組在短時間內到達路由器的時候，因為無法一次性處理完畢，分組需要”排隊“，但是基於路由器的設計和成本，分組佇列的長度是有限的。所以，當佇列滿了的時候，下一個分組到達的時候，路由器會選擇丟棄（drop）該分組, 這個分組便丟失了（lost），這就是所謂的丟包

 

丟包率與分組長度以及分組傳送頻率相關。

 

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吞吐量

 

吞吐量的單位和資料傳輸速率一樣，也是bps，所以它雖然名為“量”，其實也還是一種“速率”

 

瞬時吞吐量和平均吞吐量

 

從伺服器到客戶機通過計算機網路傳送一個大檔案，任意時刻客戶機接收該檔案的速率叫做瞬時吞吐量（instantaneous throughput）

假設客戶機接收該檔案的所有F位元用了T秒，那麼 F/T就叫做平均吞吐量（average throughput）

 

吞吐量 == 瓶頸鍊路的傳輸速率

 

吞吐量等於瓶頸鍊路（bottle link）的傳輸速率

 

讓我們考慮下圖中儘可能簡單的情況，R(s)表示伺服器和路由器之間的鏈路速率，R(c)表示路由器和客戶機之間的鏈路速率，顯然，該伺服器不能以快於R(s)的速率向鏈路中輸送位元，路由器也不能以快於R(c)的速率轉發位元。

 

 

 

如果R(s) < R(c),那麼伺服器輸送的位元能夠"暢快地"通過路由器和客戶機間的鏈路到達客戶機。速率為R(s)

如果R(s) > R(c) 則因為路由器將不能以接收的速率轉發位元，所以鏈路速率為R(c)

 

所以 上圖中吞吐量為min{ Rc, Rs } bps

 

 

同樣的，對下面這n條鏈路

 

 

 

吞吐量為min{ R1, R2, ... Rn }

 

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誤位元速率

誤位元速率是衡量通訊系統傳輸可靠性的指標，它指的是錯誤接收的碼元數在所傳輸的總碼元數的比例

計算公式： 誤位元速率=錯誤碼元數/傳輸總碼元數

 

 

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參考書籍

《計算機網路-自頂向下》  作者 James F. Kurose

《計算機網路技術基礎教程》作者 劉四清

 

 

 

 

 

其實啊，我只是把你們喝咖啡的時間，都用來喝啤酒而已