【计算机网络】计算机网络的性能指标——速率、带宽、吞吐量

计算机网络的性能指标

【计算机网络】计算机网络的性能指标——速率、带宽、吞吐量_数据传输

导读

大家好，很高兴又和大家见面啦！！！

【计算机网络】作为408的必考科目，在第一章计算机网络体系结构中，我们已经学习了第一部分计算机网络概述的前5个内容：

• 计算机网络的概念：计算机网络（简称网络）由若干节点（Node，或译为结点）和连接这些节点的链路（Link）组成。
• 计算机网络的组成：计算机网络可以从组成部分、工作方式、功能组成这三个维度分别进行组成部分的拆分。
• 计算机网络的功能：计算机网络的功能有很多，但最基本最重要的功能是数据通信。
• 计算机网络的分类：计算机网络可以从不同的维度进行分类，如按传输介质分类，可分为2类：1.有线网络、2.无线网络。
• 计算机网络的交换方式：计算机网络的交换方式主要有3种——电路交换、报文交换、分组交换。

在今天的内容中我们将会介绍计算机网络的概述的最后一个内容——计算机网络的性能指标。

性能指标从不同方面度量计算机网络的性能。常用的性能指标有7种：

1. 速率
2. 带宽
3. 吞吐量
4. 时延
5. 时延带宽积
6. 往返时延
7. 信道利用率

在今天的内容中我们将会介绍前三种性能指标。下面我们就进入今天的正题吧！！！

一、速率（Speed）

1.1 定义

1.2 信道（Channel）

在计算机网络中，信道是指数据传输的物理或逻辑通路，用于在两个或多个设备之间传递信息。它可以是物理介质（如电缆、光纤、无线电波）上的特定频段或时间槽，也可以是协议定义的逻辑连接。

这里需要注意的是—— 信道 ≠ 通信线路 。一条通信线路往往对应着两条信道：

• 发送信道：用于发送数据的通路
• 接收信道：用于接收数据的通路

这里我以最常见的家用 WIFI 为例，就比如我的笔记本电脑是通过 WIFI 连接的网络，我们可以通过 Ctrl + Alt + Del 打开任务管理器，之后在性能界面选择WiFi，我们就可以看到电脑此时的WiFi连接情况：

【计算机网络】计算机网络的性能指标——速率、带宽、吞吐量_数据传输_05

在WiFi界面中我们可以看到此时WiFi对应着两个数据——发送与接收。这里的发送指的是笔记本向路由器发送数据的速率，接收是指笔记本从路由器接收数据的速率。

1.3 单位

bps 的全称是 Bits Per Second，即 每秒传输的比特数。它是衡量数据传输速率的单位，表示每秒钟可以传输的二进制位数（1 bit = 0 或 1）。常见的衍生单位包括：

• Kbps（Kilobits Per Second，千比特每秒）
• Mbps（Megabits Per Second，兆比特每秒，约等于 1 MB/s）
• Gbps（Gigabits Per Second，吉比特每秒）
• Tbps（Terabits per second，太比特每秒）

例如，网速标注为 "100 Mbps" 表示每秒可传输 100 兆比特的数据。

这里需要注意的2点：

1. B与b的区别：

• B->Byte（字节）：1 B = 1 Byte = 8 bits
• b->bit（比特）：1 b = 1 bit = 0.125 B

1. 在【计算机组成原理】和【计算机网络】这两门科目中，KMGT 所对应的单位是有所不同的：

• 【计算机组成原理】： KMGT 的单位是二进制单位
• 【计算机网络】： KMGT 的单位是十进制单位
• 【操作系统】中的 KMGT 与【计算机组成原理】的 KMGT 一致，都是二进制单位

下面我们就来看以下不同单位之间应该如何换算：

1.3.1 二进制单位内部换算（TiB/s, GiB/s, MiB/s）

公式：

• 高级单位 → 低级单位：1 XB/s = 2¹⁰ⁿ Byte/s（n为级差，如 TiB→GiB，n=1）
• 低级单位 → 高级单位：1 Byte/s = 2⁻¹⁰ⁿ XB/s

1.3.2 十进制单位内部换算（TB/s, GB/s, MB/s）

公式：

• 高级单位 → 低级单位：1 XB/s = 10³ⁿ Byte/s（n为级差，如 TB→GB，n=1）
• 低级单位 → 高级单位：1 Byte/s = 10⁻³ⁿ XB/s

1.3.3 二进制与十进制单位交叉换算

1.3.4 位（bit）与字节（Byte）换算（含大单位）

公式：

• 二进制（TiB/s）→ 十进制（Tbps）：1 TiB/s = 2⁴⁰ Byte/s = 2⁴³ bit/s ≈ 8.796 Tbps
• 十进制（TB/s）→ 二进制（TiB/s）：1 TB/s = 10¹² Byte/s ≈ 0.9095 TiB/s

1.3.5 快速换算规则

1.3.6 核心逻辑

1. 比特与字节之间相差8：

• b->B: 1 b = 1 / 8 B
• B->b: 1B = 1 × 8 b

1. 二进制单位（含 TiB）：以 2¹⁰ⁿ 为进制（n=1,2,3,4...），例如：

• 1 TiB/s = 2¹⁰ GiB/s = 2²⁰ MiB/s = 2³⁰ KiB/s = 2⁴⁰ Byte/s

1. 十进制单位（含 TB）：以 10³ⁿ 为进制（n=1,2,3,4...），例如：

• 1 TB/s = 10³ GB/s = 10⁶ MB/s = 10⁹ KB/s = 10¹² Byte/s

1. 大单位差异：

• 1 TiB ≈ 1.0995 TB（差值约 10%），需注意存储设备标称值（十进制）与系统显示（二进制）的差异。

二、带宽（Bandwidth）

2.1 定义

在【通信原理】这门科目中，带宽原本表示通信线路允许通过的信号频率范围，单位是赫兹（Hz）。 但是在【计算机网络】中，带宽表示网络的通信线路所能传送数据的能力，是数字信道所能传送的“最高数据传输速率”的同义词，单位是比特/秒（b/s）。

不管是在【通信原理】还是【计算机网络】中，带宽的本质都一样，表示的是信道传输数据的能力强弱：

• 信道带宽越大，传输数据的能力越强

2.2 节点间通信的影响因素

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在上面的计算机网络中，可以看到3种带宽：

• 计算机1与路由器1之间的通信线路带宽为100Mbps；
• 路由器之间的通信线路带宽为500Mbps；
• 路由器3与计算机2之间的通信线路带宽为1000Mbps；

下面问题来了，计算机1与计算机2进行通信时，线路最大的传输速率是多少呢？

现在我们假设整个线路的带宽为1000Mbps，此时我们会发现，除了计算机2与路由器3这条线路的带宽能够满足，其它线路的带宽都是无法满足的，因此在传输数据的过程中会丢失数据；

现在我们假设整个线路的带宽为500Mbps，此时我们会发现，计算机1与路由器1这条线路的带宽无法满足，因此在传输数据的过程中会丢失数据；

因此我们可以得出结论，当计算机1与计算机2进行通信时，整个线路的最大传输速率应该是100Mbps。这么看来，线路带宽能够影响节点之间的通信。

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同样还是在这个计算机网络中，此时各节点之间的线路带宽都是500Mbps，唯一的区别就是两台计算机的性能不同：

• 计算机1的网卡速率为10Mbps
• 计算机2的网卡速率为1Gbps

如果这两台计算机之间要进行通信，那整个网络中最高的数据传输速率会是多少呢？

从前面的介绍我们不难得出结论——10Mbps。

这是因为当超过这个数值时，计算机1在接收数据时会出现数据丢失的情况，并且计算机1在发送数据时，数据的传输速率无法超过这个值。所以，节点的性能也会影响节点间的通信。

因此我们可以得出结论：

• 节点间通信实际能达到的最高速率，由带宽、节点性能共同限制。

tips：当我们在家里开通了千兆宽带时，为了能够发挥出宽带的最高数据传输速率，我们应该选择能够满足该带宽的网线与路由器，以及各个终端设备。 比如：更换一条带宽可以承载千兆的网线； 淘汰掉原先的百兆路由器，更换为千兆路由器； 更换计算机的网卡……

2.3 生活中的带宽

不知道大家有没有遇到过这种情况：

某天，移动运营商给你拨打了一个电话，询问你是否需要安装移动赠送的100M的光纤宽带？当你同意后，她会说，就是我们现在光纤的名额已经用完了，可以给你改成100M的宽带吗？ 当你询问她这两者有何区别时，她会很自信的告诉你，没啥区别，都是一样的，这时你如何选择？

换成以前，我可能会同意她的说法，100M光纤与100M宽带没什么区别。但是学习了【计算机网络】后，我不允许你不知道它们之间的区别！！！

2.2.1 100M宽带与100M光纤

首先我们需要知道的是不管是100M宽带还是100M光纤，它们都表示的是信道传输数据的最大能力是100M，它们之间的区别在于侧重点不同。

1. 定义与本质

2. 技术特性对比

3. 实际应用场景

• 100M光纤：
• 家庭/企业：需要高稳定性、低延迟的场景（如在线游戏、4K视频、视频会议）。
• 未来升级：无需更换线路，仅需升级套餐即可提速至500Mbps或1Gbps。
• 示例：光纤到户（FTTH），光猫直接连接光纤线。
• 100M宽带（非光纤）：
• 老旧小区：使用ADSL或同轴电缆（如广电网络），带宽可能因线路质量打折扣。
• 临时需求：短期使用或对稳定性要求不高的场景（如普通网页浏览）。
• 示例：ADSL通过电话线传输，最大支持100Mbps但实际可能仅50Mbps。

4. 常见误区

1. “光纤一定更快”：

• 光纤是优质介质，但实际速度仍由运营商套餐决定。若套餐为100Mbps，即使使用光纤，速度仍限100Mbps。
• 对比：光纤的100Mbps vs 铜缆的100Mbps，前者更稳定、延迟更低，但峰值速度相同。

1. “宽带必须用光纤”：

• 宽带可通过多种介质实现（光纤、铜缆、无线等）。光纤是性能最优的选择，非唯一选项。

1. “100M光纤速度远超100M宽带”：

• 若两者均限速100Mbps，下载速度相同（约12.5MB/s），但光纤在延迟、稳定性上更优。

5. 选择建议

6. 总结

• 100M光纤：介质优势（高速潜力、低延迟、高稳定），适合对网络质量要求高的用户。
• 100M宽带：速率限制（无论介质如何，速度上限100Mbps），可能因介质差异影响实际体验。

核心区别：

• 光纤是 传输介质，宽带是 服务类型。
• 光纤宽带属于宽带的一种，但普通宽带可能基于其他介质。

选择时需明确：

1. 是否要求低延迟、高稳定性？→ 选光纤。
2. 是否需要未来提速？→ 选光纤。
3. 是否预算有限？→ 非光纤宽带可能更便宜（但体验打折扣）。

通过光纤，即使当前套餐是100Mbps，也能为未来升级预留空间，而无需担心线路瓶颈！

三、吞吐量（Throughput）

3.1 定义

吞吐量是指单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的实际数据量。吞吐量通常用于对实际网络的测量，以便获知到底有多少数据量能够通过网络。

3.2 个人理解

这里我们还是以任务管理器为例：

【计算机网络】计算机网络的性能指标——速率、带宽、吞吐量_数据传输_08

在任务管理器的WiFi界面我们可以看到，此时的发送信道的速率是16Kbps，接收信道的速率是8Kbps。

因此我们就可以说发送信道的吞吐量为16Kbps，接收信道的吞吐量为8Kbps，整个线路的吞吐量为24Kbps；

通过这个例子，大家应该就能够理解什么是吞吐量了吧，所谓的吞吐量，换成我们平时的大白话就是当前的实时网速。

那对于家用WiFi来说，它的实际吞吐量应该是各个终端的吞吐量的总和。就比如家用WiFi连接了一台计算机，一台手机，一台打印机。计算机的吞吐量为103Kbps，手机为2.4Mbps，打印机位36bps，那么家用WiFi的实际吞吐量应该为：

2.4Mbps + 103Kbps + 36bps = 2.4 × 106 bps + 103 × 103 bps+ 36 bps = 2503036 bps = 2503.036 Kbps = 2.503036 Mpbs

结语

在今天的内容中我们介绍了计算机的三个性能指标——速率、带宽以及吞吐量的相关内容：

• 速率：连接到网络上的节点在数字信道上传输数据的速率。
• 带宽：网络的通信线路所能传输数据的能力
• 吞吐量：单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的实际数据量。

三者的单位都是bps，对应的衍生单位有——KMGT（千兆吉太），之后我们还拓展了一下单位之间的转换：

• 二进制中：1 T = 210 G = 220 M = 230 K = 240 b
• 十进制中：1 T = 103 G = 106 M = 109 K = 1012 b
• b -> B： 1 b = 1 / 8 B
• B -> b： 1 B = 1 × 8 b

今天的内容到这里就全部结束了，在下一篇内容中我们将介绍计算机网络的其它性能指标，大家记得关注哦！

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