網(wǎng)絡帶寬相關知識

最近在做容量規(guī)劃方面的知識,惡補了相關的知識.

1:網(wǎng)絡延時

一個信號在它的發(fā)送和它的最后接受之間存在一個延遲,每個網(wǎng)絡都受這個延遲的支配.

由于網(wǎng)絡的復雜性,網(wǎng)絡流量的動態(tài)變化和網(wǎng)絡路由的動態(tài)選擇,網(wǎng)絡延時隨時都在不停的變化(抖動).

影響延時的因素:

(1)路由的跳數(shù)(每次路由轉發(fā)需要時間)

(2)網(wǎng)絡的流量(流量越大,交換機和路由器排隊的時間就長)

2:帶寬

(1)電磁波的速度

傳播速度:不管是電信號,還是光信號,只要進入線路后,就能夠進行快速的傳播.單位是m/s/

傳播速度只與傳播介質有關.

不同的傳播介質中的信號的傳播速度幾乎等于常量,不論數(shù)據(jù)發(fā)送裝置以多塊的發(fā)送速度讓數(shù)據(jù)以信號的形式進入線路,在線路中的信號傳播速度幾乎不變.

(2)數(shù)據(jù)發(fā)送速度

帶寬其實表示數(shù)據(jù)的發(fā)送速度,比如百兆網(wǎng)卡表示網(wǎng)卡的最大發(fā)送速度為100Mbps.

影響發(fā)送速度的素主要有2個:

a:傳輸頻率:數(shù)據(jù)發(fā)送裝置將二進制信號傳送至線路的能力,以及另一端的數(shù)據(jù)接收裝置對二進制信號的能力.

需要注意信號的接收能力至關重要,如果接受能力跟不上,則發(fā)送能力不可能提高,

b:數(shù)據(jù)傳輸介質的并行度,等價于計算機系統(tǒng)總線寬度的概念,比如64位的計算機系統(tǒng)表示同一時刻可以傳輸64位數(shù)據(jù)

要提高計算機總線的帶寬,包括提高總線頻率和總線寬度.另外也需要注意信號在傳輸介質中的衰減,所以這也是為什么光纖傳播能力強的原因.

(3)限制帶寬的原因:

交換機存儲轉發(fā)機制:web站點服務器托管在某IDC,通過將其連接到某個交換機,從而接入互聯(lián)網(wǎng).交換機從連接服務器的端口接收數(shù)據(jù),存儲到交換機內(nèi)部的高速緩沖區(qū)隊列中,然后將其從連接路由器的端口發(fā)送出去,再經(jīng)過路由器的轉發(fā),進入另一網(wǎng)絡.

交換節(jié)點的出口帶寬:所有數(shù)據(jù)匯集到路由器的轉發(fā)隊列,路由器按照轉發(fā)隊列的順序交錯地發(fā)送這些來之不同主機的數(shù)據(jù),轉發(fā)的發(fā)送速度必定小于所有從路由器發(fā)出去的數(shù)據(jù)發(fā)送速度.

因為帶寬是有限的,所以互聯(lián)網(wǎng)運營商一般會在基礎交換節(jié)點上設置關卡,也就是限制數(shù)據(jù)從你的主機流入路由器轉發(fā)隊列的速度,而只要流入路由器轉發(fā)隊列的速度都會按照路由器的出口帶寬,流入其他網(wǎng)絡.

(4)共享和獨享帶寬

(5)下載速度

單位時間內(nèi)從服務器到達用戶pc的數(shù)據(jù)量多少,一般用數(shù)據(jù)量字節(jié)數(shù)多少來描述,單位為Bytes/s

數(shù)據(jù)從服務器開始發(fā)送直到完全到達用戶PC的這段時間稱為響應時間.

響應時間=發(fā)送時間+傳播時間+處理時間.

發(fā)送時間=數(shù)據(jù)量/帶寬,總的發(fā)送時間也包括多個節(jié)點之間數(shù)據(jù)轉發(fā)花費的時間

傳播時間主要依賴于傳播距離.

處理時間表示數(shù)據(jù)在交換節(jié)點中為存儲裝發(fā)而進行一些必要的處理所花費的時間,主要組成部分就是數(shù)據(jù)在緩沖區(qū)隊列中排隊所花費的時間.處理時間的多少取決于數(shù)據(jù)流經(jīng)各交換節(jié)點所在網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)通信量,往往是不可預測的,計算比較復雜.

響應時間=(數(shù)據(jù)量比特數(shù)/帶寬)+(傳播距離/傳輸速度)+處理時間

下載速度=數(shù)據(jù)量字節(jié)數(shù)/響應時間

(6)響應時間的計算

web服務器托管在某互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心(IDC),以10M獨享帶寬的方式接入互聯(lián)網(wǎng),位于江蘇的用戶通過小區(qū)提供的1M獨享帶寬方式接入互聯(lián)網(wǎng).用戶下載一個100MB的文件,假如僅僅只有2個交換節(jié)點

服務器發(fā)送時間=800Mbit/(10Mbit/s)=80s

用戶PC接入的交換節(jié)點到用戶PC的發(fā)送時間為800Mbit/(1Mbit/s)=800s

這二個交換節(jié)點都在所在城市的城域網(wǎng)頂級節(jié)點并且通過光纜連接,帶寬假設為40G.發(fā)送時間=800Mbit/(40Gbit/s)=0.02s.

傳播時間,北京到江蘇的距離大概1000km,傳播時間大概0,005s.

則忽略處理時間,響應時間大概為880.025s.下載速度則為113.KB/s

但是一般由于IDC設計的問題,交換節(jié)點可能有多個,但是這些節(jié)點(基礎節(jié)點和骨干節(jié)點有較高的帶寬)

制約實際的下載速度因素:

a:共享帶寬以及網(wǎng)絡通信數(shù)據(jù)量過大時,交換節(jié)點中的數(shù)據(jù)在轉發(fā)隊列的等待時間較長.

b:pc網(wǎng)卡接受數(shù)據(jù)到內(nèi)存后,完成數(shù)據(jù)接收,但是需要將數(shù)據(jù)寫入到磁盤才會進行下一次接收數(shù)據(jù)的調用,可能在系統(tǒng)調用過程中會有暫停.

(7)互聯(lián)互通

如果服務器和用戶PC處于不同運營商的互聯(lián)網(wǎng)中,那么無論是否在同一個城市,數(shù)據(jù)都必須經(jīng)過兩個互聯(lián)網(wǎng)運營商之間的互聯(lián)節(jié)點,節(jié)點的帶寬將很麻煩.

選擇IDC的時候要考慮出口帶寬以及與骨干網(wǎng)絡是否直連,如果要同時為多個互聯(lián)網(wǎng)運營商的網(wǎng)絡的用戶提供服務,需要考慮出口節(jié)點與運營商互聯(lián)節(jié)點的帶寬.

3:下行帶寬

ADSL技術是一種不對稱數(shù)字用戶線實現(xiàn)寬帶接入互連網(wǎng)的技術,ADSL作為一種傳輸層的技術,充分利用現(xiàn)有的銅線資源,在一對雙絞線上提供上行640kbps(理論上行1Mbps)下行8Mbps的帶寬.從而克服了傳統(tǒng)用戶在"最后一公里"的"瓶頸",實現(xiàn)了真正意義上的寬帶接入.

現(xiàn)在的所謂加大帶寬,提速網(wǎng)絡,其實本上是一種掩人耳目的做法,理論上只有改變傳輸介質,更換網(wǎng)鏈路拓撲結構絡協(xié)議才能使得現(xiàn)有的帶寬加大,而現(xiàn)在的雙絞線和主要協(xié)議TCP/IP已經(jīng)使用很久了,基本上沒有辦法再提供它們的通訊質量,所以只能在犧牲上行帶寬的前提下加大網(wǎng)絡帶寬,即把上傳的帶寬劃撥一部分給下行帶寬,而普通用戶很少用的上行帶寬.

4:多核和多路

其中的多路指服務器物理CPU的數(shù)量,也就是服務器主板上CPU插槽的數(shù)量.

而多核處理器,是在一顆物理CPU內(nèi)部封裝了兩個或更多CPU核心,其好處在于能夠讓用戶在鏈、拆鏈等鏈路管理以及同步等各種功能，除了正常傳輸?shù)臄?shù)據(jù)塊和報文外，還需要一些控制字符。BSC協(xié)議用ASC2或EBCDIC字符集定義的傳輸控制（TC）字符來實現(xiàn)相應功能。這些傳輸控制字符的標記、名稱及ASC2碼值和EBCDIC碼值見表3.1。各傳輸控制字符的功能如下：SOH(StartofHead)：序始或標題開始，用于表示報文（塊）的標題信息或報頭的開始。STX(StartofTEXT)：文始，標志標題信息的結束和報文（塊）文本的開始。ETX(EndofText)：文終，標志報文（塊）文本的結束。EOT(EndofTransmission)：送畢，用以表示一個或多個文本塊的結束，并拆除鏈路。ENQ(Enquire)：詢問，用以請求遠程站給出響應，響應可能包括站的身份或狀態(tài)。ACK(Acknowledge)：確認，由接收方發(fā)出一肯定確認，作為對正確接收來自發(fā)送方的報文（塊）的響應。DLE(DataLinkEscape)：轉義，用以修改緊跟其后的有限個字符的意義。用于在BSC中實現(xiàn)透明方式的數(shù)據(jù)傳輸，或者當10個傳輸控制字符不夠用時提供新的轉義傳輸控制字符。NAK(NegativeAcknowledge)：否認，由接收方發(fā)出的否定確認，作為對未正確接收來自發(fā)送方的響應。SYN(Synchronous)：同字符，在同步協(xié)議中，用以實現(xiàn)節(jié)點之間的字符同步，或用于在列數(shù)據(jù)傳輸時保持該同步。ETB(EndofTransmissionBlock)：塊終或組終，用以表示當報文分成多個數(shù)據(jù)塊時，一個數(shù)據(jù)塊的結束。BSC協(xié)議將在鏈路上傳輸?shù)男畔⒎譃閿?shù)據(jù)報文和監(jiān)控報文又分為正向監(jiān)控和反向監(jiān)控兩種。每一種報文中至少包含一個傳輸控制字符，用以確定報文中信息的性質或實現(xiàn)某種控制作用。數(shù)據(jù)報文和文本組成。文本是要傳送的有用數(shù)據(jù)信息，而報文是與文本傳送及處數(shù)據(jù)鏈路層圖3.5理有關的輔助信息，報頭有時也右不用，對于不超過長度限制的報文可只用一個數(shù)據(jù)塊作為一個傳輸單位。接收方對于每一個收到的數(shù)據(jù)塊都要給予確認，發(fā)送方收到返回的確認后，才能發(fā)送下一個數(shù)據(jù)塊。BSC協(xié)議為數(shù)據(jù)塊格式可以有5種，如圖3.5所示。BSC協(xié)議中所有發(fā)送的數(shù)據(jù)均跟在至少兩個SYT字符之后，以使接收方能實現(xiàn)字符同步。報頭字段用以說明數(shù)據(jù)文字段的包識別符（序號）及地址。所有數(shù)據(jù)塊在塊終限定符（ETX或ETB）之后不有塊驗字符BCC（BlockCheckCharracter），BCC可以是垂直奇偶校驗或16位CRC，校驗范圍自STX始，至ETX或ETB止。當發(fā)送的報文是二進制數(shù)據(jù)而不是字符串時，二進制數(shù)據(jù)中形同傳輸控制字符的比特串將會引傳輸混亂。為使二進制數(shù)據(jù)中允許與傳輸控制字符相同的數(shù)據(jù)(即數(shù)據(jù)的透明性），可在各幀中真正的傳輸控制字符（SYN除外）前加上DLE轉義字符，在發(fā)送時，若文本中也出現(xiàn)與DLE字符相同的二進制比特串，則可插入一個外加的DLE字符加以標記。在接收端則進行同樣的檢測，若發(fā)現(xiàn)單個的DLE字符，則知其后的DLE為數(shù)據(jù)，在進一步處理前將其中一個刪去。正、反向監(jiān)控報文有四種格式，如圖3-6所示。監(jiān)控報文一般由單個傳輸控制字符或由若干個其它字符引導的單個傳輸控制字符組成。引導字符統(tǒng)稱為前綴，它包含識別符（序號）、地址信息、狀態(tài)信息以及其它所需的信息。ACK和NAK監(jiān)控報文的作用，首先作為對先前所發(fā)數(shù)據(jù)塊是否正確接收的響應，因而包含識符（序號）；其次，用作對選擇監(jiān)控信息的響應，以ACK表示所選站能接收數(shù)據(jù)塊，而NAK表示不能接收。ENQ用作輪詢和選擇監(jiān)控報文，在多結構中，輪詢或選擇的站地址在ENQ字符前。EOT監(jiān)控報文有用以標志報文的結束，并在兩站點間除邏輯鏈路。面向字符的同步協(xié)議的最大缺點，是它和特定的字符編碼集關系過于密切，不利于兼容性。為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)的透明性而采用的字符填充法，實現(xiàn)起來比較麻煩，且也依賴于采用的字符編碼集。另外，由于BSC是一個半雙工協(xié)議，它的鏈路傳輸效率很低，即使物理連路支持全雙工傳輸，BSC也不能加以運用。不過，由于BSC協(xié)議需要的緩沖存儲容量最小，因而在面向終端的網(wǎng)絡系統(tǒng)中仍然廣泛使用。七十年代初，IBM公司率先提出了面向比特的同步數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程SDLC。隨后，ANSI和ISO均采納并發(fā)展了SDLC，并分別提出了自己的標準：ANSI的高級通信控制過程ADCCP（AdvancedDataControlProcedure），ISO的高級數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程HDLC。鏈路控制協(xié)議著重于對分段成物理塊或包的數(shù)據(jù)的邏輯傳輸，塊或包由起始標志引導并由終止標志結束，也稱為幀。幀是每個控制、每個響應以及用協(xié)議傳輸?shù)乃行畔⒌拿襟w的工具。所有面向比特的數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議均采用統(tǒng)一的幀格式，不論是數(shù)據(jù)還是單獨的控制信息均以幀為單位傳送。每個幀前、后均有一標志碼01111110、用作幀的起始、終止指示及幀的同步。標志碼不允許在幀的內(nèi)部出現(xiàn)，以免引起畸意。為保證標志碼的唯一性但又兼顧幀內(nèi)數(shù)據(jù)的透明性，可以采用“0比特插入法”來解決。該法在發(fā)送端監(jiān)視除標志碼以外的所有字段，當發(fā)現(xiàn)有連續(xù)5個“1”出現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層圖3-6時，便在其后添插一個“0”，然后繼續(xù)發(fā)后繼的比特流。在接收端，同樣監(jiān)除起始標志碼以外的所有字段。當連續(xù)發(fā)現(xiàn)5個“1”出現(xiàn)后，若其后一個比特“0”則自動刪除它，以恢復原來的比特流；若發(fā)現(xiàn)連續(xù)6個“1”，則可能是插入的“0”發(fā)生差錯變成的“1”，也可能是收到了幀的終止標志碼。后兩種情況，可以進一步通過幀中的幀檢驗序列來加以區(qū)分。“0比特插入法”原理簡單，很適合于硬件實現(xiàn)。在面向比特的協(xié)議的幀格式中，有一個8比特的控制字段，可以用它以編碼方式定義豐富的控制命