网络传输的带宽、时延、抖动、丢包率

一路上

前言

衡量网络性能的四大指标：带宽、时延、抖动、丢包；通常我们讲一个网络快不快，好不好是一种非常感性的概念，可以用这四大指标对一个网络进行定量的精准描述。

带宽

带宽是指单位时间内网络可通过的最高数据率，可以比喻是高速公路单位时间内能通过的车辆数。

带宽通常用bps(bit per second)表示，表示每秒多少bit。

1000 bit/s=1Kbit/s

1000000 bit/s=1Kbit/s

1000000000000 bit/s=1Kbit/s

描述带宽时常常把比特/秒省略。

例如带宽是100M，实际上是100Mbps，这里的Mbps是指兆位/s。

我们平时下载软件的速度单位是Byte/s（字节/秒）关于Byte和bit的换算，二进制数系统中每个0或1就是一个位(bit)，位是数据存储的最小单位，8bit就称为一个字节（Byte）。

1Byte = 8 bit

用户在办理宽带时，100M的带宽表示100Mbps，理论网络下载速度只有12.5M Bps，实际可能还不足10MBps，这是因为受用户计算机性能、网络设备质量、资源使用情况、网络高峰期、网站服务能力、线路衰耗、信号衰减等多种因素的影响，实际网速无法到达理论网速。

时延

时延指报文从网络的一端到另一端所需时间。

在电脑上ping 百度网址，ping结果中看到时延为12ms，是指ICMP报文从电脑到百度服务器所需的往返时延，也就是网络延时，以毫秒ms计算。

网络时延包括处理时延、排队时延、发送时延、传播时延。实际分析问题时主要关注发送时延与传播时延。

处理时延

交换机、路由器等网络设备在收到报文后要使用一定的时间进行处理。比如解封装分析首部、提取数据、差错检验、路由选择等。

一般高速路由器的处理时延通常是微秒或更低的数量级。

排队时延

排队时延就是路由器或交换机等网络设备处理数据包排队所消耗的时间。

一个数据包的排队时延取决于当前队列中是否有其它报文在传输。

如果队列是空的，当前没有其他报文在传输，则该报文的排队时延为0；反之，如果流量很大，并且许多其他报文也在等待传输，排队时延将很大。

发送时延

发送时延就是路由器、交换机等网络设备发送数据所需的时间，也就是路由器队列递交给网络链路所需要的时间。

如果用L比特表示分组的长度，用R bps表示从路由器A到路由器B的链路传输速率，发送时延则是L/R。

实际发送时延通常在毫秒到微秒级。

传播时延

传播时延是指报文在实际物理链路上传播数据所需要的时间。

传播时延等于两台路由器之间的距离除以传播速率，D是两台路由器之间的距离，S是该链路的传播速率，即D/S

实际传播时延在毫秒级。

抖动

网络抖动是指最大延迟与最小延迟的时间差，比如访问一个网站的最大延迟是10ms，最小延迟为5ms，那么网络抖动就是5ms。

抖动=最大延迟-最小延迟

抖动可以用来评价网络的稳定性，抖动越小，网络越稳定。

玩游戏时需要网络具有较高的稳定性，否则会影响游戏体验。

如果网络发生拥塞，排队时延会影响端到端的延迟，造成从路由器A到路由器B的延迟忽大忽小，产生网络抖动。

丢包

丢包是指一个或多个数据包的数据无法通过网络到达目的地，接收端如果发现数据丢失，会根据队列序号向发送端发出请求，进行丢包重传。

丢包的原因比较多，最常见的是网络发生拥塞，数据流量太大，网络设备处理不过来等。

丢包率是指测试中丢失的数据包数量占所发送数据包的比率。比如发送100个数据包，丢失一个数据包，丢包率就是1%。

堆叠

将多台支持堆叠特性的交换机通过堆叠线缆连接在一起，从逻辑上虚拟成一台交换设备，作为一个整体参与数据转发。堆叠是目前广泛应用的一种横向虚拟化技术，具有提高可靠性、扩展端口数量、增大带宽、简化组网等作用。

堆叠作用

传统的园区网络采用设备和链路冗余来保证高可靠性，但其链路利用率低、网络维护成本高，堆叠技术将多台交换机虚拟成一台交换机，达到简化网络部署和降低网络维护工作量的目的。

提高可靠性

堆叠系统多台成员交换机之间形成冗余备份，如下图所示，SwitchA和SwitchB组成堆叠系统，SwitchA和SwitchB相互备份，SwitchA故障时，SwitchB可以接替SwitchA保证系统的正常运行。另外，堆叠系统支持跨设备的链路聚合功能，也可以实现链路的冗余备份。

扩展端口数量

如下图所示，当接入的用户数增加到原交换机端口密度不能满足接入需求时，可以增加新交换机与原交换机组成堆叠系统扩展端口数量。

增大带宽

如下图所示，当需要增大交换机上行带宽时，可以增加新交换机与原交换机组成堆叠系统，将成员交换机的多条物理链路配置成一个聚合组，提高交换机的上行带宽。

简化组网

如下图所示，网络中的多台设备组成堆叠，虚拟成单一的逻辑设备。简化后的组网不再需要使用MSTP等破环协议，简化了网络配置，同时依靠跨设备的链路聚合，实现单设备故障时的快速切换，提高可靠性。

长距离堆叠

如下图所示，每个楼层的用户通过楼道交换机接入外部网络，现将各相距较远的楼道交换机连接起来组成堆叠，这相当于每栋楼只有一个接入设备，网络结构变得更加简单。每栋楼有多条链路到达核心网络，网络变得更加健壮、可靠。对多台楼道交换机的配置简化成对堆叠系统的配置，降低了管理和维护的成本。