速率、带宽、吞吐量与四类时延

上一课能按维度描述网络，现在需要回答“到底快不快”。本课的新困难是把几个日常都叫速度的量拆开：比特率、带宽、吞吐量以及发送、传播、处理、排队时延。

一份 1.5 MB 数据按 $1\mathrm{byte}=8\mathrm{bit}$ 计为 12 Mbit，经 6 Mbit/s 链路发送，发送时延

$$d_{\mathrm{trans}}=L/R=12/6=2.00\mathrm{s}.$$

若链路长 2000 km、信号速度 $2.0\times 10^8$ m/s，传播时延

$$d_{\mathrm{prop}}=2.0\times 10^6/(2.0\times 10^8)=0.010\mathrm{s}.$$

一跳且无排队处理时总计 2.01 s。提高带宽会降低发送时延，却不会改变介质中的传播速度。

若完整数据以存储转发方式经过三条相同链路，每跳都要重新发送，时间约 $3(2.00+0.010)=6.03$ s。若拆分并流水，时间还要由分组数、每包发送时间和跳数重建，不能把单跳公式机械乘三。

端到端吞吐量受路径瓶颈限制。三段可用速率为 10、5、20 Mbit/s，持续大文件传输的上限是 5 Mbit/s；多个流共享时每个流还可能更低。时延带宽积表示链路上可同时“飞着”的数据：10 Mbit/s 链路的 RTT 为 40 ms，

$$R\cdot RTT=10^7(0.040)=4.0\times 10^5\mathrm{bit}=50\mathrm{kB}.$$

窗口若远小于这个量，即使无丢包也填不满路径。

高频错解包括：把 Mbps 中的 M 当 $2^{20}$；把 RTT 当单向传播；用最高链路速率而非最低值求吞吐；遗漏字节到比特的八倍换算。自检时给每项写单位，最后判断增大距离应只影响传播项、增大报文应只影响发送项。

练习：12000 bit 分组经过三条 6 Mbit/s 存储转发链路，每条传播 2 ms，忽略处理排队。答案：每跳发送 2 ms，三跳发送与传播各 6 ms，总时延 12 ms。下一课解释为什么复杂通信必须分层，以及协议、服务、接口分别位于什么方向。