Введение

Качество сетевых услуг. Производительность сети относится к показателям качества обслуживания сети с точки зрения потребителя. Существует множество различных способов измерения производительности сети, поскольку каждая сеть отличается по своей природе и архитектуре. Производительность также можно моделировать и имитировать вместо измерения; одним из примеров является использование диаграмм переходов состояний для моделирования производительности очередей или использование сетевого симулятора.

Пропускная способность

Доступная полоса пропускания канала и достижимое отношение сигнал/шум определяют максимальную возможную пропускную способность. Обычно невозможно передать больше данных, чем предписано теоремой Шеннона — Харти.

Пропускная способность

Пропускная способность – это количество сообщений, успешно доставленных за единицу времени. Пропускная способность определяется доступной полосой пропускания, а также соотношением сигнал/шум и аппаратными ограничениями. В рамках данной статьи под пропускной способностью понимается показатель, измеряемый от момента прибытия первого бита данных к приемнику, чтобы отделить понятие пропускной способности от понятия задержки. В подобных обсуждениях термины «пропускная способность» и «полоса пропускания» часто используются как синонимы. Временной интервал – это период, в течение которого измеряется пропускная способность. Выбор подходящего временного интервала часто оказывает решающее влияние на расчеты пропускной способности, а учет или неучет задержки определяет, влияет ли задержка на итоговое значение пропускной способности.

Задержка

Скорость света накладывает минимальное время распространения на все электромагнитные сигналы. Невозможно уменьшить задержку ниже, где s – расстояние, а c – скорость света в среде (приблизительно 200 000 км/с для большинства волоконно-оптических или электрических сред, в зависимости от их коэффициента скорости). Это означает примерно дополнительную миллисекунду времени задержки в пути (RTT) на каждые 100 км (или 62 мили) расстояния между конечными устройствами. Дополнительные задержки возникают и в промежуточных узлах. В сетях с коммутацией пакетов задержки могут возникать из-за очередей.

Ужас

Джиттер — нежелательное отклонение от точной периодичности предполагаемого периодического сигнала в электронике и телекоммуникациях, часто относительно опорного генератора тактовых импульсов. Джиттер может проявляться в таких характеристиках, как частота последовательных импульсов, амплитуда сигнала или фаза периодических сигналов. Джиттер является существенным и, как правило, нежелательным фактором при проектировании большинства каналов связи (например, USB, PCI-e, SATA, OC-48). В приложениях восстановления тактовой частоты он называется временным джиттером.

Коэффициент ошибки

В цифровой передаче число битовых ошибок – это количество битов принятого потока данных по каналу связи, которые изменились вследствие шума, помех, искажений или ошибок синхронизации битов. Битовая частота ошибок или отношение битовых ошибок (BER) – это число битовых ошибок, деленное на общее количество переданных битов за рассматриваемый промежуток времени. BER является безразмерной величиной, характеризующей производительность, и часто выражается в процентах. Вероятность битовой ошибки pe – это математическое ожидание BER. BER можно рассматривать как приближенную оценку вероятности битовой ошибки. Эта оценка точна для достаточно длительного промежутка времени и при большом количестве битовых ошибок.

Взаимодействие факторов

Все вышеперечисленные факторы, в сочетании с требованиями и восприятием пользователей, влияют на определение воспринимаемой "быстродействия" или полезности сетевого подключения. Связь между пропускной способностью, задержкой и пользовательским опытом лучше всего понимается в контексте совместно используемой сетевой среды и как задача планирования ресурсов.

Алгоритмы и протоколы

Для некоторых систем задержка и пропускная способность являются взаимосвязанными параметрами. В TCP/IP задержка также может напрямую влиять на пропускную способность. В TCP-соединениях большое произведение задержки на пропускную способность, характерное для соединений с высокой задержкой, в сочетании с относительно небольшими размерами TCP-окон на многих устройствах, фактически приводит к резкому снижению пропускной способности при увеличении задержки. Это можно исправить различными способами, например, увеличением размера окна перегрузки TCP, или более радикальными решениями, такими как объединение пакетов, ускорение TCP и коррекция прямых ошибок, которые обычно используются для спутниковых каналов связи с высокой задержкой. Ускорение TCP преобразует TCP-пакеты в поток, аналогичный UDP. В связи с этим программное обеспечение для ускорения TCP должно предоставлять собственные механизмы для обеспечения надежности соединения, учитывая задержку и пропускную способность канала, и обе стороны канала с высокой задержкой должны поддерживать используемый метод. Вопросы производительности, такие как пропускная способность и задержка типа "конец в конец", также решаются на уровне управления доступом к среде (MAC).

Примеры систем с доминирующей латентностью или пропускной способностью

Многие системы можно охарактеризовать как системы, в которых определяющую роль играют либо ограничения пропускной способности, либо ограничения задержки, с точки зрения полезности или опыта конечного пользователя. В некоторых случаях абсолютные ограничения, такие как скорость света, создают уникальные проблемы для таких систем, и их нельзя устранить. Другие системы позволяют значительно сбалансировать и оптимизировать параметры для достижения наилучшего пользовательского опыта.

Спутниковый

Для телекоммуникационного спутника на геосинхронной орбите расстояние между передатчиком и приемником составляет не менее 71000 км. Это означает минимальную задержку между отправкой запроса и получением сообщения, или латентность в 473 мс. Эта задержка может быть весьма ощутимой и влияет на работу спутниковой телефонной связи, независимо от доступной пропускной способности.

Глубокая космическая связь

Эти соображения, связанные с большой длиной пути распространения сигнала, усугубляются при связи с космическими зондами и другими удалёнными объектами за пределами атмосферы Земли. Глубокая космическая сеть, разработанная NASA, является одной из таких систем, которая должна справляться с этими проблемами. GAO критиковал текущую архитектуру, в основном из-за высокой задержки. Для решения проблем прерывистой связи и больших задержек передачи пакетов было предложено несколько различных методов, таких как сети, устойчивые к задержкам.

Даже более глубокая космическая связь

На межзвездных расстояниях сложности при разработке радиосистем, способных обеспечить хоть какую-то пропускную способность, чрезвычайно велики. В таких условиях поддержание связи важнее, чем время, необходимое для её установления.

Транспортировка данных в офлайн режиме

Транспортировка почти целиком ориентирована на пропускную способность, поэтому физическая доставка архивов на магнитных лентах по-прежнему в основном осуществляется наземным транспортом.