1.1_2 性能指标——速率、带宽、吞吐量

（一）速率

  速率即数据率或称数据传输率或比特率。

  速率就是“快慢”。

补充：

  比特：1/0，单位是“位”。一个1，或一个0，叫做“一个比特位”。

  连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送数据位数的速率。

  单位是b/s，kb/s，Mb/s，Gb/s，Tb/s。

举例：

  假设此时有主机A、B，分别作为发送端、接收端。

  如果发送端准备了10位的数据（也就是10位比特），发送给接收端。

  在1秒内，刚好把这些数据发送完毕。

  就说明，速率是10b/s。

单位换算关系：

  千：$1kb/s=10^{3}b/s$

  兆：$1Mb/s=10^{3}kb/s=10^{6}b/s$

  吉：$1Gb/s=10^{3}Mb/s=10^{6}kb/s=10^{9}b/s$

  太：$1Tb/s=10^{3}Gb/s=10^{6}Mb/s=10^{9}kb/s=10^{12}b/s$

注意：

  以上是“速率单位”的关系，可见，相邻的两个单位是1000倍的换算关系。

补充：存储单位。

  存储单位，如kB、MB、GB，相邻两单位是1024倍的换算关系。

  存储容量的表示：通常使用Byte（字节），而非bit（比特）。1Byte = 8bit。

  $1KB=2^{10}B=1024B=1024\ast 8b$

  $1MB=2^{10}KB=1024KB$

  $1GB=2^{10}MB=1024MB$

  $1TB=2^{10}GB=1024GB$

  大写的“B”（Byte，字节），和小写的“b”（bit，比特）是两个不同的单位。

  在进行“传输速率”表示时，使用的是小写的“b”——b/s，且相邻单位换算关系为1000倍。

  在进行“存储容量”表示时，使用的是大写的“B”，且相邻单位换算关系为1024倍。

（二）带宽

  1.“带宽”原本指某个信号具有的频带宽度，即最高频率与最低频率之差，单位是赫兹（Hz）。

  注：在过去的很长一段时间内，通信的主干线路传送的都是模拟信号，而并非“0101…”这样的数字信号。所以，表示通信线路允许通过信号的频带范围就叫带宽。

  2.计算机网络中，带宽用来表示网络的通信线路传送数据的能力，通常是指单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的“最高数据率”。单位是“比特每秒”，b/s, kb/s, Mb/s, Gb/s。

  注：速率之间的换算是$10^3$。

  这里的“带宽”，其实还能这样理解：它指的就是网络设备所支持的最高速度。比如我买了一个交换机，是100M的口，也就是说我这个交换机最极限的传输速率就是100Mb/s，此时如果再连一个百兆的网卡，就可以实现通信，那么在通信的过程当中这个交换机每秒最多能往信道/链路上传输的比特数就是100Mb。也就是网络设备物理上的极限传输值。

举例：

  有一个链路（或者叫信道）。

  链路带宽 = 1Mb/s，就意味着，一秒钟最多只能往链路上发送1Mb的数据量。也即：主机在$1\mu s$（$10^{-6}s$）内可向链路发1bit数据。

注意：补充一个知识

  光速为$3\times 10^{8}m/s$。

  链路是一个固态介质，会有一定的能量损耗，电磁波在链路上的传播速率为==$2\times 10^{8}m/s$==，即$1\mu s$可向前传播$200m$。

  电磁波是信号传输的载体，信号以电磁波的形式在链路上传输。

说明1：

  对于链路带宽=1Mb/s。

  在$t=1\mu s$的时刻，主机向链路上发送了1bit的数据。即，此时在链路的最左端（0m处），出现1bit的数据，如图。

  再经过$1\mu s$，也就是$t=2\mu s$的时刻，第一个bit往前移动了200m，而第二个bit从主机上面注入到链路上来了。

  在$t=3\mu s$的时刻，第一个bit又往前移动了200m，第二个bit也移动了200m，而第三个bit从主机注入到链路当中了。

  以上就是在3μs之内，1Mb/s带宽的链路上，所发生的过程。对于1Mb/s带宽的链路，在3μs内，主机可以向链路中注入3个bit。

说明2：

  对于链路带宽=2Mb/s。

  在$t=1\mu s$的时刻，主机向链路上发送了2bit的数据。即，此时在链路的最左端（0m处），出现2bit的数据。

  再经过$1\mu s$，也就是$t=2\mu s$的时刻，前两个bit往前移动了200m，而后面两个bit从主机上面注入到链路上来了。

  在$t=3\mu s$的时刻，前两个bit又往前移动了200m，后两个bit也移动了200m，而又有新的两个bit从主机注入到链路当中了。

  以上就是在3μs之内，2Mb/s带宽的链路上，所发生的过程。对于2Mb/s带宽的链路，在3μs内，主机可以向链路中注入6个bit。

注意：

  由上面的例子可见，链路带宽指的是主机往链路入口处发送数据的速率，而并不是数据在链路上传播的速率（实际上，数据在链路上传播的速率是恒定为$2\times 10^{8}m/s$的，即电磁波经过一定损耗后的速率）。带宽变大，单位时间内往链路中注入的数据量（比特数）变多了，而不会影响比特在链路上传播的速度。的确，数据发送的速度变快了，但是要知道具体是怎样变快的、是因为什么而变快的。

（三）吞吐量

  这个词不仅在此处有，在操作系统中也有。此外，在日常生活中，也会遇到，例如某景区一天当中游客的进出数量，也可以叫做吞吐量。

  表示在单位时间内通过**某个网络（或信道、接口）**的数据量。单位b/s，kb/s，Mb/s等。

  吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。

  这两个其实是同义词，指的都是一条信道/一个网络设备，它每秒钟能通过的最高的数据量是多少、最快的速度是多少。

  如图，主机到交换机之间的链路带宽是100Mb/s。主机通过交换机从两台服务器上接收数据，从服务器1接收数据的速率是20Mb/s，从服务器2接收数据的速率是10Mb/s。那么此时主机的吞吐量就是30Mb/s。

  可见，带宽只能说明一个理想的最高速率，实际的速率并不一定能达到带宽。

  就比如，我最快速度能够一秒钟吃100碗方便面（带宽），但此时白象厂家给了我20碗方便面，康师傅给了我10碗方便面，那我也只好一秒钟吃30碗了（吞吐量）。