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分组延时、丢失和吞吐量笔记

一、分组丢失及其原因

• ‌分组丢失原因‌：

  • 路由器中的每条链路都对应一个队列。
  • 分组通过查路由表决定通过哪条队列和链路传输。
  • 如果队列已满，新到的分组将被丢弃。

• ‌为什么队列不能无限长‌：

  • 太长的队列会导致传输延迟过高，用户无法忍受。
  • 网络传输有一个延迟上限，超过这个上限即使分组到达也变得没有意义。

二、分组传输的延迟类型

• ‌处理延迟‌：

  • 路由器检查分组错误、提取目标IP地址、查路由表及处理其他字段所需的时间。
  • 通常是微秒级或更少。

• ‌排队延迟‌：

  • 分组在队列中等待传输的时间。
  • 是随机的，取决于当时的网络拥塞程度。

• ‌传输延迟‌：

  • 路由器将分组通过链路传输出去所需的时间。
  • 取决于分组长度（l）和链路带宽（r），计算公式为 l / r。

• ‌传播延迟‌：

  • 分组中的比特在链路上传播所需的时间。
  • 取决于链路距离（d）和电磁波速率（s），计算公式为 d / s。

三、流量强度与排队延迟

• ‌流量强度定义‌：

  • 流量强度（Intensity） = 每秒到达链路的比特数 / 链路的带宽。
  • 公式：Intensity = αl / Rb
    • α：每秒到达的分组数
    • l：每个分组的长度（比特）
    • Rb：链路的带宽（比特/秒）

• ‌流量强度与排队延迟的关系‌：

  • 流量强度在0和1之间。
  • 流量强度接近0时，排队延迟很少。
  • 流量强度接近1时，排队延迟趋于无穷大，分组容易丢失。

四、分组传输路径与延迟

• ‌路径构成‌：

  • 从源主机到目标主机的路径由多个“跳”组成，每跳经过一个路由器。
  • 每跳都会引入处理延迟、排队延迟、传输延迟和传播延迟。

• ‌往返延迟测量‌：

  • 使用traceroute工具可以测量从源到目标经过每跳的往返延迟。
  • traceroute通过发送TTL递增的ICMP探测包来实现。

五、分组丢失后的处理

• ‌链路可靠性‌：

  • 可靠的链路（如无线链路）会在链路层提供重传机制。
  • 不可靠的链路（如以太网）不会提供重传，丢失的分组由上层或原主机负责。

• ‌重传机制‌：

  • 上层协议（如TCP）可以在丢失时触发重传。
  • 使用UDP的应用进程则不负责重传，丢失的分组直接丢弃。

六、吞吐量的定义与影响因素

• ‌吞吐量定义‌：

  • 单位时间内从源主机向目标主机成功传输的有效比特数。
  • 分为瞬间吞吐量和平均吞吐量。

• ‌瓶颈链路‌：

  • 路径中带宽最小的链路称为瓶颈链路。
  • 从源到目标的吞吐量取决于瓶颈链路的带宽。

• ‌多主机共享链路‌：

  • 链路是公用的，多个主机的通信可能同时使用该链路。
  • 每个主机的通信带宽是链路总带宽的1/n（n为使用该链路的主机数）。