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时延(Delay)

时延是计算机网络最重要的性能指标之一,指数据(报文、分组或比特)从网络一端传送到另一端所需的时间。

四种时延的组成

总时延公式:

\[d_{总} = d_{发送} + d_{传播} + d_{处理} + d_{排队}\]

1. 发送时延(Transmission Delay)

\[d_{发送} = \frac{数据帧长度(bit)}{信道带宽(bit/s)}\]
  • 也称传输时延
  • 取决于数据长度和发送速率
  • 与传播距离无关

2. 传播时延(Propagation Delay)

\[d_{传播} = \frac{信道长度(m)}{电磁波传播速率(m/s)}\]
  • 电磁波在铜缆中约 \(2.3 \times 10^8\) m/s
  • 电磁波在光纤中约 \(2.0 \times 10^8\) m/s(约为光速的 2/3)
  • 与发送速率无关

3. 处理时延(Processing Delay)

路由器处理分组首部、查找路由表所需时间,通常很小,可近似忽略。

4. 排队时延(Queuing Delay)

分组在路由器输入/输出队列中等待的时间,随网络拥塞程度变化,不确定。

重要区分

发送时延 ≠ 传播时延——这是初学者最易混淆的概念。

  • 提高链路速率(带宽升级):只减少发送时延
  • 缩短传输距离:只减少传播时延
  • 高速链路中,发送时延极小,传播时延成为主导

例题(课件原题):
结点A将数据块通过 1000 km 光纤链路发送给结点B。
- 光纤传播速率:\(2 \times 10^8\) m/s
- 传播时延:\(d_{prop} = 10^6 / (2 \times 10^8) = 5\) ms
- 若链路速率从 1 Mbit/s 升到 10 Mbit/s,传播时延不变,只发送时延缩短

时延带宽积

\[ ext{时延带宽积} = d_{传播} \times C \text{(单位:比特)}\]
  • 表示"以比特为单位的链路长度"
  • 含义:管道中同时"飞行"的比特总数
  • 是网络设计(缓冲区大小、窗口设置)的关键参数

往返时延 RTT

\[RTT = 2 \times d_{传播} + 各中间结点时延\]

互联网中,RTT 还包括各路由器的处理时延、排队时延和转发时延。

参见

  • [[01-概述]] — 性能指标完整介绍
  • [[05-运输层|TCP流量控制]] — 窗口大小与RTT的关系
  • [[TCP拥塞控制]] — 超时重传依赖RTT估计