网络带宽相关知识.docx
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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进入线路,在线路中的
2、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)限制带宽的原因:交换机存储转发机制
3、: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,流入其他网络.(4)共享和独享带宽(5)下载速
4、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
5、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,北京到江苏的距离大概1000km,传播时间大概0,005s.则忽略处理时间,响应
6、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,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
7、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
8、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
9、、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=ssthresh时,发
10、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
11、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/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
12、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=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
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