Networking 计算链路吞吐量的正确方法

我在网上读了一些文章，对TCP和UDP有了一个很好的了解。不过，我仍然有一些疑问，我相信我并不完全清楚

计算吞吐量的正确方法是什么

（

我们不能将接收的字节总数除以所用的总时间吗？

）

TCP的关键特性是什么，使其具有更高的性能 吞吐量比UDP高

更新：

我知道TCP使用的是windows，而windows只不过是在实际等待确认之前可以发送很多段。但我怀疑的是，在UDP中，数据段是连续发送的，甚至不用担心确认。因此UDP中没有额外的开销。那么，为什么TCP的吞吐量远远高于UDP呢

最后,

这是真的吗

TCP throughput = (TCP Window Size / RTT) = BDP / RTT = (Link Speed in Bytes/sec * RTT)/RTT = Link Speed in Bytes/sec

如果是这样，那么TCP吞吐量总是等于已知的链路速度。由于RTT相互抵消，TCP吞吐量甚至不依赖于RTT

我在一些网络分析工具（如iperf、passmark性能测试等）中看到，TCP/UDP吞吐量随块大小而变化

吞吐量如何依赖于块大小？ 块大小等于TCP窗口还是UDP数据报大小

计算吞吐量的正确方法是什么？ 有多种方法，具体取决于您想要测量的内容。正如您所提到的，它们都可以归结为将一些位数（或字节）除以某个持续时间；不同的是，您正在计算哪些位，或者（很少）您正在考虑哪些时刻来测量持续时间

您需要考虑的因素包括：

您在网络堆栈的哪一层测量吞吐量？ 如果在应用程序层进行测量，那么重要的是将哪些有用的数据传输到另一个端点。例如，如果要传输6KB的文件，则在测量吞吐量时计算的数据量为6KB（即6000字节，而不是位，请注意乘数为1000，而不是1024；这些约定在网络中很常见）

这通常被调用，它可能与传输层（如TCP或UDP）实际发送的内容不同，原因有二：

1.头文件导致的开销 网络中的每一层都会向数据添加一个报头，由于其传输时间，这会带来一些开销。此外，传输层将数据分为多个段；这是因为网络层（如IPv4或IPv6）有一个称为的最大数据包大小，在以太网中通常为1500 B。该值包括网络层标头大小（例如IPv4标头，长度可变，但通常为20B）和传输层标头（对于TCP，长度也可变，但通常为40B）。这导致最大段大小（一个段中不带头的数据字节数）为1500-40-20=1440字节

因此，如果我们想要发送6KB的应用层数据，我们必须将其分成6段，每段1440字节中有4段，240字节中有一段。然而在网络层，我们最终发送了6个数据包，每个数据包4个1500字节，一个300字节，总共6.3KB

在这里，我没有考虑到链接层（如中所示）添加了自己的头，也可能添加了后缀，这进一步增加了开销。对于以太网，以太网报头为14个字节，VLAN标签为4个字节，然后CRC为4个字节，间隙为12个字节，每个数据包总共36个字节

如果你考虑一个固定速率的链路，比如说10 Mb/s，取决于你所测量的，你将得到不同的吞吐量。通常情况下，您需要以下选项之一：

• 如果您想要衡量的是应用程序性能，那么goodput，即应用程序层吞吐量。对于本例，将6KB除以传输持续时间
• 如果您想测量的是网络性能，那么链路层吞吐量。对于本例，将6KB+TCP开销+IP开销+以太网开销=6.3KB+5*36B=6516B除以传输持续时间

重传开销 互联网是一个尽力而为的网络，这意味着如果可能，数据包将被传送，但也可能被丢弃。在TCP的情况下，数据包丢失由传输层纠正；对于UDP，没有这样的机制，这意味着要么应用程序不关心数据的某些部分是否未被传递，要么应用程序在UDP之上自行实现重传

由于两个原因，重传降低了输出：

a。一些数据需要再次发送，这需要时间。这引入了一个延迟，该延迟与发送方和接收方之间网络中最慢链路的速率成反比（也称为瓶颈链路）。 B如果检测到某些数据未送达，则需要从接收方反馈给发送方。由于传播延迟（有时称为延迟；由电缆中的光速有限引起），发送方只能在一定的延迟时间内接收反馈，这会进一步降低传输速度。在大多数实际情况下，这是导致重新传输造成额外延迟的最重要因素

显然，如果您使用UDP而不是TCP，并且不关心数据包丢失，您当然会获得更好的性能。但对于许多应用程序来说，数据丢失是不能容忍的，因此这种测量是没有意义的

有些应用程序确实使用UDP传输数据。一种是BitTorrent，它可以使用TCP或他们设计的协议，该协议在UDP的基础上模拟TCP，但旨在通过许多并行连接提高效率。通过UDP实现的另一个传输协议是，它也模拟TCP，并提供在单个连接上多路复用多个并行传输，以及前向纠错以减少重传

我将讨论前向纠错

TCP throughput = (TCP Window Size / RTT)

TCP throughput = BDP / RTT = (Link Speed in Bytes/sec * RTT)/RTT = Link Speed in Bytes/sec