性能：丢包、分组延时、吞吐量

分组丢失和延时是怎么发生的 ？

**在路由器缓冲区的分组队列 **

• 分组到达链路的速率超过了链路输出的能力
• 分组等待排到队头、被传输

只有排在对头的 ，或者说是有可用缓存区的才会被传输， 剩下的都会被丢弃。

四种分组延时

节点处理延时：

• **检查 bit级差错 **
• **检查分组首部和决定将分 组导向何处 **

• dproc = 处理延时

 通常是微秒数量级或更少

• dqueue = 排队延时

 取决于拥塞程度

• dtrans = 传输延时

 = L/R, 对低速率的链路而言很大（如拨号），通常为微秒级 到毫秒级

• **dprop = 传播延时 **

 几微秒到几百毫秒

排队延时

• 在输出链路上等待传输的 时间
• **依赖于路由器的拥塞程度 **

【R=链路带宽 (bps) 】【L=分组长度 (bits) 】【a=分组到达队列的平均 速率】

** 流量强度 = La/R**

• ** La/R ~ 0: 平均排队延时很小 **
• ** La/R -> 1: 延时变得很大 **
• ** La/R > 1: 比特到达队列的速率超过了从该队 列输出的速率，平均排队延时将趋向无穷大！ **

传输延时:

•  R=链路带宽(bps)
•  L=分组长度(bits)
•  将分组发送到链路上的 时间= L/R
•  存储转发延时

传播延时

•  d = 物理链路的长度
•  s = 在媒体上的传播速度 (~2x108 m/sec)
•  传播延时 = d/s

Internet的延时和路由

Internet的延时和路由是怎么样的？

**Traceroute 诊断程序: 提供从源端，经过路 由器，到目的的延时测量 **

**For all i: **

• 沿着目的的路径，向每个路由器发送3个探测分组
• 路由器 i 将向发送方返回一个分组
• 发送方对发送和回复之间间隔计时

在linux下， 通过Traceroute [网址] ：就可以看到往返延时

分组丢失

•  **链路的队列缓冲区容量有限 **
• ** 当分组到达一个满的队列时，该分组将会丢失 **
•  丢失的分组可能会被前一个节点或源端系统重 传，或根本不重传

吞吐量

吞吐量: 在源端和目标端之间传输的速率（数 据量/单位时间）（有效的吞吐量）

瞬间吞吐量: 在一个时间点的速率

平均吞吐量: 在一个长时间内平均值

• Rs < Rc 端到端平均吞吐是多少?

上下两个问题都是 ： 取决于最小的那一方

瓶颈链路 ： 端到端路径上，限制端到端吞吐的链路

• Rs > Rc 端到端平均吞吐是多少?

吞吐量： 互联网场景

协议层次、服务模型

网络是一个非常复杂的系统

• 网络功能繁杂：

数字信号的物理信 号承载、点到点、路由、rdt、进 程区分、应用等

• 现在来看， 网络的许多构成元素设备：

主机、路由器、媒体链路、应用、协议、硬件、软件等等

作为一个工程师， ** 如何组织和实现这个复 杂的网络功能？ **

采用分层的方式来实现这种复杂的网络功能。

分层实现这种复杂的网络功能

类似于军队中的分配任务。一级一级向下分配任务， 由单个的任务实现从而达到上层的任务实现

层次化方式实现复杂网络功能:

• 将网络复杂的功能分层功能明确的层次，每一层实现了其中一个或一组 功能，功能中有其上层可以使用的功能：服务
• **本层协议实体相互交互执行本层的协议动作，目的是实现本层功能， 通过层间的接口为上层提供更好的服务 **
• 在实现本层协议的时候，直接利用了下层所提供的服务 来实现数据报文的传输
• **本层的服务：借助下层服务实现的本层协议实体之间交互带来的新功能（上层可以利用的）+更下层所提供的服务 **

服务和服务访问点

 1. ** 服务( Service)：**低层实体向上层实体提供它们之间的 通信的能力  

• 服务用户(service user)
• 服务提供者(service provider )

 2.  **原语(primitive)：**上层使用下层服务的形式，高层使用 低层提供的服务，以及**低层向高层提供服务都是通过 服务访问原语来进行交互的**。

也就是**提供服务的形式 就是原语 **

服务访问者通过原语 来告诉 服务提供者 我需要你干什么 。

服务提供者也是通过原语来问服务访问者， 你要干嘛

 3.  **服务访问点 SAP (Services Access Point) ：**上层 使用下层提供的服务通过层间的接口—地点：** (也就是 ：下层的服务者区分上层服务访问者的信息)**

• 例如： 邮箱
• 地址（address）： 下层的一个实体支撑着上层的多个实体， SAP有标志不同上层实体的作用
• 可以有不同的实现、队列
• 例子： 传输层的SAP：端口（port）

服务的类型

两种服务方式： 面向连接的服务和无连接的服务-方式

** 面向连接的服务( Connection-oriented Service) **

** 无连接的服务(Connectionless Service) **

面向连接的服务方式

用户在使用下层提供的服务之前， 需要进行握手， 来为后续的通信做出准备。 这就是面向连接的服务

• 连接(Connection)：两个通信实体为进行通信而建立的一 种结合
• 面向连接的服务通信的过程：建立连接，通信，拆除连接
• 面向连接的服务的例子：网络层的连接被成为虚电路
• 适用范围：对于大的数据块要传输; 不适合小的零星报文
• 特点：保序
• 服务类型:

可靠的信息流 传送页面(可靠的获得,通过接收方的确认)

可靠的字节流 远程登录

不可靠的连接 数字化声音

无连接的服务方式

两个应用进程采用UDP的方式进行交互， 在其通信之前不需要握手。 直接进行信息交换。

• 无连接服务：两个对等层实体在通信前不需要建 立一个连接，不预留资源；不需要通信双方都是 活跃；(例：寄信)
• 特点：不可靠、可能重复、可能失序
• IP分组，数据包；
• 适用范围：适合传送零星数据；
• 服务类型：

不可靠的数据报 电子方式的函件

有确认的数据报 挂号信

请求回答 信息查询

、

服务和协议

服务和协议的区别

• 服务(Service)：低层实体向上层实体提供它们之间的 通信的能力，是通过原语(primitive)来操作的，垂直 (上下层之间）
• 协议(protocol) ：对等层实体(peer entity)之间在相互 通信的过程中，需要遵循的规则的集合，水平 （同层之间）

★服务与协议的联系★★★

• 本层协议的实现要靠下层提供的服务来实现
• **本层实体通过协议为上层提供更高级的服务 **

数据单元（DU）

层次n向上层n+1 进行提供服务， 通过原语来区分上层服务。

上一层需要下层处理的数据或其他叫SDU (服务数据单元)

在传输上下层之间有一个层间接口Interface， 所以需要加上一些控制信息， 这些控制信息叫做** ICI (接口控制信息)**

ICI + SDU ==IDU （接口数据单元）

上层的控制信息+ 本层服加的一些控制信息 = （同步） 形成本层的PDU(协议数据单元)

1对多的关系：上层发送的一个(SDU)数据单元太大了，需要拆解成分组大小

每层交换的数据单元的称呼都是不一样的 ，但是表达的意思基本是一致的。 比如：

应用层：报文；传输层：报文段或段；网络层：分组或数据报；链路层：侦；物理层：字节、位

分层处理和实现复杂系统的好处

• 概念化：结构清晰，便于标示网络组件，以及描述其 相互关系

分层参考模型

• **结构化：模块化更易于维护和系统升级 **（分而治之思想）

改变某一层服务的实现不影响系统中的其他层次

对于其他层次而言是透明的

便于交流和讨论

• 如改变登机程序并不影响系统的其它部分

改变2个秘书使用的通信方式不影响2个翻译的工作

改变2个翻译使用的语言也不影响上下2个层次的工作

分层思想被认为有害的地方？

分层到若干个子系统， 子系统之间的信息交换的效率是非常低的

总体好处 > 坏处

Internet中的协议栈★★★★★

应用层: 网络应用

**在传输层提供的可靠的传输基础上 为人类用户或者其他应用进程提供网络应用服务 **

如何保证这些服务之间的可靠性呢 ，那么这里就用到了应用层的协议：

FTP, SMTP, HTTP,DNS

当然，应用层的协议有几千中， 以上仅是最重要的几个

传输层: 主机之间的数据传输

**在网络层提供的端到端通信基础上，细分为进程 到 进程，将不可靠的通信变成可靠地通信 **

**如何做到进程之间的区分 ？ **

需要用到端口的机制

**因为网络层传输的服务是不可靠的， 传输层如何保证这些服务之间的可靠性呢 ，那么这里就用到了传输协议—–TCP, UDP **

网络层: 为数据报从源到目的选择路由

链路层传输的是相邻两点之间 ， 而我们需要的可不是相邻 ，而是全球范围内的通讯。

网络的核心就是**源主机 和 目标主机之间的端对端的网络传输。 **

同时这也是网络层要做的事。

网络层 在链路层相邻两点传输的基础上， 传输以分组为单位的端对端的数据传输。

所以就需要

• 主机主机之间的通信，端到端通信，不可靠
• **IP, 路由协议 **

所以网络层最重要的两个就是转发、路由

链路层: 相邻网络节点间的数据传输

两个网卡之间 通过一段链路 传输数据，然后连起来

链路层: 传输以 帧 为单位的数据 （在相邻两点之间 ）

在物理层提供的服务的基础上在相邻两点之间传输以 帧 为单位的数据

• 2个相邻2点的通信，点到点通信，可靠或不可靠
• **点对对协议PPP, 802.11(wifi), Ethernet **

物理层: **线路上传送bit **

**在线路上传送bit （组合而成为帧） **

将所有的信息转换为物理信号， 承载在媒体之上。然后在端与端之间进行传输

除了互联网（Internet）的五层参考模型之外的其他模型 : ISO/OSI 参考模型

表示层：

** 允许应用解释传输的 **数据, e.g., 加密，压缩，机 器相关的表示转换

会话层：

** 数据交换的同步，检 查点，恢复 **

互联网协议栈是没有上述的两层

虽然没有， 但是他们干的事情，在互联网协议栈中也是有的， 应用层自己去做。

封装和解封装

各层次的协议数据单元

• **应用层：报文(message) **
• 传输层：报文段(segment)：TCP段，UDP数据报
• 网络层：分组packet（如果无连接方式：数据报 datagram
• **数据链路层：帧(frame) **
• **物理层：位(bit) **

历史