網路延時的分類

2021-09-24 10:54:37 字數 1956 閱讀 7025

在分組交換網路中,當分組從乙個節點(主機或路由器)沿著通訊鏈路到達後續節點時,該分組在沿途的每個節點上經歷了幾種不同型別的時延,包括處理時延排隊時延傳輸時延傳播時延,這些時延的和就是節點總時延。

下面我們以下圖為例對以上提到的四種型別的時延進行介紹。

假定乙個分組從上游節點通過路由器a向路由器b傳送,我們的目標是在路由器a處刻畫節點時延。值得注意的是,路由器a具有通往路由器b的出鏈路,且該鏈路前端有乙個輸出快取,也稱為輸出佇列。當分組從上游節點到達路由器a時,路由器a檢查該分組的首部以決定它的出鏈路,並將其導向該出鏈路。僅當在該鏈路上沒有其他分組排在這個輸出佇列中時,才能不需等待直接在這條鏈路上傳輸分組;而如果該鏈路當前正忙或有其他分組已經在該鏈路上排隊,則新到達的分組將加入佇列中等待傳輸。

檢查分組首部和決定該分組導向哪條出鏈路所需的時間是處理時延的一部分。當然處理時延也能包含其他因素,如檢查比特級別的差錯所需的時間(該差錯出現在從上游節點向路由器a傳輸這些分組位元的過程中)。高速路由器的處理時延通常是微秒或更低的數量級。在這種節點處理之後,路由器將該分組引向通往路由器b鏈路之前的佇列。

當分組在輸出佇列中等待傳輸時,需要經歷排隊時延。分組的排隊時延長度取決於先期到達的正在排隊等待向出鏈路傳輸的分組數量。如果該佇列是空的,並且當前沒有其他分組正在傳輸,則該分組的排隊時延為0。而如果網路流量很大,並且許多其他分組也在等待傳輸,則分組的排隊時延會比較長,在網路流量強度很大時,輸出佇列甚至會發生溢位,分組會被丟棄(即丟包)。實際的排隊時延可能是毫秒到微秒量級。

那什麼時候排隊時延大,什麼時候不大呢?事實上,排隊時延取決於流量到達的速率、鏈路的傳輸速率以及到達流量的性質(即流量是週期性到達還是以突發形式到達)。為了更深入的領會某些要點,我們用a表示分組到達佇列的平均速率(a的單位為分組/秒,即pkt/s),r為鏈路傳輸速率(即從輸出佇列中推出位元的速率,以bps為單位)。簡單起見,假定所有的分組都是由l個位元組成,則位元到達輸出佇列的平均速率為la bps。最後,假定該佇列非常大,能容納無限數量的位元。我們將la/r稱為流量強度,它在估計排隊時延的範圍方面經常起到重要的作用。如果la/r > 1,則位元到達佇列的平均速率超過從該佇列傳輸出去的速率,在這種情況下,佇列將趨向於無限增長,排隊時延趨向於無窮大。因此,流量工程中的一條金科玉律是:設計系統時流量強度不能大於1!!!             -------> 流量控制 & 擁塞控制

在前面的討論中,為了方便,我們假設佇列能夠容納無限數量的位元,但現實中,分組交換機(路由器或鏈路層交換機)的輸出佇列只有有限的容量。因此隨著流量強度接近1,排隊時延並不真正趨向於無窮大,相反,到達的分組將發現乙個滿的佇列,由於沒有地方儲存這個分組,交換機將丟棄該分組,也就是俗稱的網路丟包。丟失的分組可能基於端到端的原則重傳,以確保所有的資料最終從源傳送到了目的地。

假定分組以先到先服務的方式傳輸,且僅當所有前期已經到達的分組都已經傳輸完成後才能傳輸後期到達的分組。我們用l位元表示該分組的長度,用r bps表示從路由器a到路由器b的鏈路傳輸速率,那麼傳輸時延為l/r。這是將分組的所有位元推向鏈路(即傳輸,或者說發射)所需的時間。實際的傳輸時延通常在毫秒到微秒量級。

一旦乙個位元被推向鏈路,該位元需要沿鏈路向路由器b傳播。從該鏈路的起點到路由器b傳播所需要的時間即為傳播時延。該位元以鏈路的傳播速率傳播,而鏈路的傳播速率則取決於所使用的物理**(即光纖、雙絞銅線等),其速率範圍為2*10^8~3*10^8m/s。傳播時延等於兩台路由器之間的距離除以傳播速率。在廣域網中,傳播時延為毫秒量級。

1)傳輸時延是路由器推出分組所需要的時間,它是分組長度和鏈路傳輸速率的函式,與兩台路由器之間的距離無關;

2)傳播時延則是乙個位元從一台路由器傳播到另一台路由器所需要的時間,它是兩台路由器之間距離的函式,與分組長度或鏈路傳播速率無關。

CCF 網路延時

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