时延四兄弟#

计算机网络的性能指标 · 第二讲

视频讲解 https://www.bilibili.com/video/BV14Lnb67EzD/

一句话#

一个分组从发出到到达，路上要花四段时间；真正决定体验的只有前两段，而提速只能改第一段。

一、总公式#

总时延 ＝ 发送时延 ＋ 传播时延 ＋ 处理时延 ＋ 排队时延

教材：在计算机网络中，通常只考虑发送时延和传播时延。后两个量级小，而且难以估算（排队时延取决于实时流量），所以一般不计入。

但「不计入」不等于「不存在」——拥塞时排队时延可以从微秒涨到几百毫秒，反而成了最大的一项。

二、发送时延#

发送时延（transmission delay，也叫传输时延）是主机或路由器把整个数据帧发送到链路上所需要的时间。

发送时延 ＝ 数据帧长度（bit） ÷ 发送速率（bit/s）

• 数据帧长度单位必须是 bit，不是字节
• 发送速率就是网卡的带宽，比如 1 Gbit/s

算例：1000 字节的数据块，用 1 Gbit/s 的网卡发出去

1000 字节 = 8000 bit
发送时延 = 8000 bit ÷ 10⁹ bit/s = 8 × 10⁻⁶ s = 8 μs

注意公式里的两个量：长度和速率。和链路有多长没有半点关系——链路长一万公里，只要速率不变，装车时间一样。

生活比喻：装车。货越多、装得越慢，装车时间越长；和车要开多远无关。

三、传播时延#

传播时延（propagation delay）是电磁波在信道中传播一定距离所花的时间。

传播时延 ＝ 信道长度（m） ÷ 电磁波在信道上的传播速率（m/s）

电磁波在不同介质里的速度不一样，教材给的三个值：

（真空中光速是 3.0 × 10⁵ km/s，即 3 × 10⁸ m/s；光纤里因为折射率略慢，约 2 × 10⁵ km/s。）

算例：1000 km 光纤

传播时延 = 1000 km ÷ 2.0 × 10⁵ km/s = 5 × 10⁻³ s = 5 ms

生活比喻：车在路上开。只看路有多长、车跑多快，和装了多少货无关。

教材里有个容易混的点：「高速链路」指的是发送速率高，不是传播速率高。信号在光纤里永远是大约 2 × 10⁵ km/s，不会因为你换了更贵的设备而变快。

四、两段时延放在一起比#

同样一条 1000 km 的光纤：

5 ms 是 8 μs 的 625 倍。

这条对比说明了教材里那句关键结论：

「对于高速网络链路，我们提高的仅仅是数据的发送速率而不是比特在链路上的传播速率。提高链路带宽只是减少了数据的发送时延。」

换句话说：

带宽 ↑  →  发送时延 ↓  →  传播时延不变

所以再快的网，也救不了远距离。这就是为什么打跨洋电话、访问境外服务器，再怎么升级带宽，那几百毫秒的延迟始终在——它由物理距离决定，不由带宽决定。

五、处理时延与排队时延#

5.1 处理时延#

主机或路由器收到分组后要做的那些事：

• 分析首部，提取目的地址
• 查路由表决定往哪转发
• 差错检验
• 必要时排队调度

这些动作都在微秒级完成，教材说一般可以忽略。

5.2 排队时延#

分组在路由器里排队等转发的时间。它取决于两件事：此刻来了多少分组、路由器处理得多快。

• 网络空闲：队列很短，排队时延几乎为零
• 网络拥塞：队列越排越长，排队时延急剧增大，甚至导致缓冲区溢出、分组被丢弃

这是四个时延里唯一会剧烈波动的一个，也是后面讲利用率时那个著名的 D = D₀ / (1 − U) 的来源。

六、四兄弟一张表#

一句话：发送看带宽，传播看距离；处理看设备，排队看拥塞。

七、留给下一集的问题#

时延讲完了，但还有三个指标在门外：

• 一根链路「装得下」多少比特？—— 时延带宽积
• 发出去到收到回应，一个来回多久？—— RTT
• 链路忙到什么程度会开始堵？—— 利用率

下一集：时延带宽积 · 往返时间 · 利用率。

依据表#

说明：本集只说「处理时延和排队时延通常忽略」，没有给具体的数量级上限——教材本身也没给固定值，实际取决于设备和流量，因此表中「典型量级」一栏标注为经验范围，课堂上可讲成「微秒级 / 毫秒级」的定性说法。