网络带宽相关知识

《网络带宽相关知识》由会员分享，可在线阅读，更多相关《网络带宽相关知识（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、最近在做容量规划方面的知识,恶补了相关的知识.1:网络延时 一个信号在它的发送和它的最后接受之间存在一个延迟,每个网络都受这个延迟的支配. 由于网络的复杂性,网络流量的动态变化和网络路由的动态选择,网络延时随时都在不停的变 化(抖动).影响延时的因素:(1) 路由的跳数(每次路由转发需要时间)(2) 网络的流量(流量越大,交换机和路由器排队的时间就长)2:带宽 (1)电磁波的速度 传播速度:不管是电信号,还是光信号,只要进入线路后,就能够进行快速的传播.单位是 m/s/ 传播速度只与传播介质有关.不同的传播介质中的信号的传播速度几乎等于常量,不论数据发送装置以多块的发送速度让 数据以信号的形式

2、进入线路,在线路中的信号传播速度几乎不变.(2)数据发送速度带宽其实表示数据的发送速度,比如百兆网卡表示网卡的最大发送速度为100Mbps. 影响发送速度的素主要有2 个:a:传输频率:数据发送装置将二进制信号传送至线路的能力，以及另一端的数据接收装置对二 进制信号的能力.需要注意信号的接收能力至关重要,如果接受能力跟不上,则发送能力不可能提高,b:数据传输介质的并行度,等价于计算机系统总线宽度的概念，比如64位的计算机系统表示 同一时刻可以传输64位数据 要提高计算机总线的带宽,包括提高总线频率和总线宽度.另外也需要注意信号在传输介质中 的衰减,所以这也是为什么光纤传播能力强的原因.(3)

3、限制带宽的原因:交换机存储转发机制:web站点服务器托管在某IDC，通过将其连接到某个交换机，从而接入互 联网.交换机从连接服务器的端口接收数据,存储到交换机内部的高速缓冲区队列中,然后将 其从连接路由器的端口发送出去,再经过路由器的转发,进入另一网络.交换节点的出口带宽:所有数据汇集到路由器的转发队列,路由器按照转发队列的顺序交错地 发送这些来之不同主机的数据,转发的发送速度必定小于所有从路由器发出去的数据发送速 度.因为带宽是有限的,所以互联网运营商一般会在基础交换节点上设置关卡,也就是限制数据从 你的主机流入路由器转发队列的速度,而只要流入路由器转发队列的速度都会按照路由器的 出口带宽,

4、流入其他网络.(4) 共享和独享带宽(5) 下载速度单位时间内从服务器到达用户 pc 的数据量多少,一般用数据量字节数多少来描述 ,单位为 Bytes/s数据从服务器开始发送直到完全到达用户PC的这段时间称为响应时间.响应时间=发送时间+传播时间+处理时间. 发送时间=数据量/带宽,总的发送时间也包括多个节点之间数据转发花费的时间 传播时间主要依赖于传播距离.处理时间表示数据在交换节点中为存储装发而进行一些必要的处理所花费的时间,主要组成 部分就是数据在缓冲区队列中排队所花费的时间.处理时间的多少取决于数据流经各交换节 点所在网络的数据通信量,往往是不可预测的,计算比较复杂.响应时间=(数据量

5、比特数/带宽)+(传播距离/传输速度)+处理时间 下载速度=数据量字节数/响应时间(6)响应时间的计算web服务器托管在某互联网数据中心(IDC)，以10M独享带宽的方式接入互联网，位于江苏的用 户通过小区提供的1M独享带宽方式接入互联网.用户下载一个100MB的文件，假如仅仅只有 2 个交换节点服务器发送时间=800Mbit/(10Mbit/s)=80s用户PC接入的交换节点到用户PC的发送时间为800Mbit/(1Mbit/s)=800s这二个交换节点都在所在城市的城域网顶级节点并且通过光缆连接带宽假设为40G.发送时间=800Mbit/(40Gbit/s)=0.02s.传播时间，北京到江

6、苏的距离大概1000km,传播时间大概0,005s.则忽略处理时间，响应时间大概为880.025s.下载速度则为113.KB/S但是一般由于IDC设计的问题，交换节点可能有多个,但是这些节点(基础节点和骨干节点有较 高的带宽)制约实际的下载速度因素:a:共享带宽以及网络通信数据量过大时,交换节点中的数据在转发队列的等待时间较长.b:pc 网卡接受数据到内存后,完成数据接收,但是需要将数据写入到磁盘才会进行下一次接收 数据的调用,可能在系统调用过程中会有暂停.(7)互联互通如果服务器和用户 PC 处于不同运营商的互联网中,那么无论是否在同一个城市,数据都必须 经过两个互联网运营商之间的互联节点,

7、节点的带宽将很麻烦.选择 IDC 的时候要考虑出口带宽以及与骨干网络是否直连,如果要同时为多个互联网运营商 的网络的用户提供服务,需要考虑出口节点与运营商互联节点的带宽.3:下行带宽ADSL技术是一种不对称数字用户线实现宽带接入互连网的技术ADSL作为一种传输层的技 术，充分利用现有的铜线资源，在一对双绞线上提供上行640kbps (理论上行1Mbps)下行8Mbps 的带宽.从而克服了传统用户在最后一公里的瓶颈,实现了真正意义上的宽带接入. 现在的所谓加大带宽,提速网络,其实本上是一种掩人耳目的做法,理论上只有改变传输介质, 更换网链路拓扑结构络协议才能使得现有的带宽加大而现在的双绞线和主要

8、协议TCP/IP已 经使用很久了,基本上没有办法再提供它们的通讯质量,所以只能在牺牲上行带宽的前提下加 大网络带宽,即把上传的带宽划拨一部分给下行带宽,而普通用户很少用的上行带宽.4:多核和多路其中的多路指服务器物理CPU的数量，也就是服务器主板上CPU插槽的数量.而多核处理器，是在一颗物理CPU内部封装了两个或更多CPU核心，其好处在于能够让用户在 成本增加不多的前提下,拥有更强劲的性能。而且多核处理器能够比较显著地降低性能功耗 比Iperf是一个网络性能测试工具。Iperf可以测试最大TCP和UDP带宽性能。Iperf具有 多种参数和UDP特性，可以根据需要调整。Iperf可以报告带宽，延

9、迟抖动和数据包丢 失。Reno是目前应用最广泛且较为成熟的算法。该算法所包含的慢启动、拥塞避 免和快速重传、快速恢复机制，是现有的众多算法的基础。1慢启动与拥塞避免TCP发送端采用慢启动和拥塞避免算法来控制向网络输送的数据量。为 了实现这些算法，必须向TCP每个连接状态加入3个参量：(1) 拥塞窗口 (cwnd)，如前所述，它是对发送端收到确认(ACK)之前能向 网络传送的最大数据量的一个发送端的限制。(2) 接收端通知窗口 (rwnd)，它是对未完成数据量的接收端的限制，cwnd 和rwnd的最小值决定了数据传送。(3) 慢启动阀值(ssthresh)，被用来确定是用慢启动还是用拥塞避免算法

10、 来控制数据传送，具体用法如下：当cwndssthresh时使用拥塞避免算法；当cwnd二ssthresh时，发送端既可以 使用慢启动也可以使用拥塞避免。ssthresh的初始值可以任意大(比如，一 些实现中使用接收端通知窗口的尺寸)，但是一旦对拥塞响应之后，其大小可 能会被减小。在不清楚网络环境的情况下向网络传送数据，要求 TCP缓慢地探测网络 以确定可用带宽，以避免突然传送大量数据而使 网络拥塞。为达此目的，在 传送开始时，采用了慢启动机制，这个机制在修复了由重发定时器探测到的 数据丢失之后也被采用。首先要确定的是cwnd的初始值IW(初始窗口大小)，这里规定它必须小 于或等于2*SMSS

11、字节而且不能大于两个数据段。在慢启动期间，每收到一个新的ACK,cwnd最多增长1。直到cwnd超过 ssthresh或者检测到拥塞时，停止执行慢启动算法，转入拥塞避免阶段。在 拥塞避免期间，cwnd在每个ACK以1/cwnd(或每个RTT增加SMISS个字节) 的速度递增。拥塞避免算法一直保持直到检测出拥塞。等式(5.1.1)给出了一 个在拥塞避免期间用来修正cwnd值的公式：cwnd+=1/cwnd (5.1.1)每收到一个非重复的ACK都采用等式(5.1.1)来调整cwnd。等式(5.1.1) 用于近似拥塞避免算法的增长。在实现中，在拥塞避免期间常用公式:cwnd+=SMSS*SMSS/

12、cwnd来修正 cwnd 的值，当 SMSS*SMSS/cwnd1 时，cwnd+=1。另一种改进的方案是每当新的ACK到来时记下被新确认的字节数，然后 cwnd就可增加相应字节数，这个增加的数目最多可达到SMSS字节。一旦TCP发送端使用重传定时器检测到包丢失时，ssthresh的值就如下 设置：Ssthresh二max(FlightSize/2 ， 2*SMSS) (5.1.2)式中，Filght Size是已发送但未收到ACK的数据的大小。在重发了丢失的数据段之后，cwnd必须被设置成LW(丢失窗口)，它等于 一个满尺寸数据段的大小。再发丢失的数据段之后，发送端起用慢启动算法 增长窗口直

13、到该窗口大小增长到等于新设置的ssthresh值之后，又采用拥塞 避免算法了。2快速重传与快速恢复当接收端收到一个失序的数据报时，会立即发回一个重复ACK，这个ACK 的目的是告知发送端收到一个失序的数据报并说明其所期望的接受序号。从 发送端的角度看，重复ACK可能是许多网络问题引起的。首先，它们有可能 是因为包丢失而引起。在此情况下，在此数据段之后的所有数据段都会触发 重复ACK。其次，重复ACK可能是由于网络对数据段的重新排序引起的。最 后，重复ACK有可能是ACK或数据段被网络复制所引起的。此外，当接收端 部分或完整地填补了序号空缺应立即发送一个ACK，这样可以更及时地通知 发送端，使其

14、迅速从重发状态中恢复过来。TCP发送端应该使用快速重传算法来探测或者修复数据丢失，在收到3个重复ACK（即连续的4个相同的ACK，标志着1个数据段已丢失）时，TCP不 等重传定时器超时就立即重传看来已丢失的数据段。此后起用快速恢复算法 来进行新的数据传输，直到1个非重复ACK到达。下面是快速传送/快速恢复算法的实现：（1）当第二个重复ACK收到时，ssthresh根据等式（5.1.2）设值。（2）重传丢失的数据段并将cwnd的值设置为ssthresh+3*SMSS，称之 为给拥塞窗口“充气”。（3）此后对每个接收到一个重复ACK，将cwnd增大SMSS字节，这将人 为地扩充拥塞窗口用以反映已经

15、离开网络的附加数据段。（4）如果cwnd和接收端的通知窗口值允许的话，发送一个数据段。（5）当下一个确认新数据的ACK到达时，设定cwnd值为ssthresh（步 骤1设置的值），这称作给窗口“放气”。这个ACK必须是步骤1触发的重发 引起的确认，重发之后一个RTT（在接收端有次序紊乱的数据段的情况下，它 可能一会儿就到达）。另外，此ACK应该确认丢失数据段和第二个重复ACK期 间的数据段，如果它们一个也没有丢失的话。Reno算法的性能分析从Reno运行机制中很容易看出，为了维持一个动态平衡，必须周期性地 产生一定量的丢失，再加上AIMD机制-减少快，增长慢，尤其是在大窗口环 境下，由于一个数

16、据报的丢失所带来的窗口缩小要花费很长的时间来恢复， 这样，带宽利用率不可能很高且随着网络的链路带宽不断提升，这种弊端将 越来越明显。公平性方面，根据统计数据，Reno的公平性还是得到了相当的肯定，它 能够在较大的网络范围内理想地维持公平性原则。数据链路控制协议也称链路通信规程，也就是OSI参考模型中的数据链路层协议。链路控 制协议可分为异步协议和同步协议两大类。面向字符的同步协议是最早提出的同步协议，其典型代表是IBM公司的二进制同步通信（Binary Synchronous Communication、BISYNC 或 BSC）协议，通常，也称该协议为基本 型协议。随后，ANSI和ISO都提出类似的相应标准。I