带宽、时延与吞吐量
复习
- 操作系统总装：这一章不引入新概念，只让一个程序从磁盘完整跑起来
- 尝试连接两台计算机：两台计算机通信的最小目标，是让一端的 0 和 1 在另一端被可靠区分
- 信号与传输介质：比特可借助电、光或无线电波传播，介质各有取舍
TL;DR
- 带宽描述链路理论上可承载的速率
- 时延描述一个数据从一端到另一端所花的时间
- 吞吐量是实际完成传输的速率，常低于带宽
正文
“这条网线快不快？”我们平时习惯用一句“快”或“慢”来概括，可实际上，这里混着好几件不同的事。这一章就把它们拆开。
一口更宽的管道
一条宽管道，可以在单位时间内送进更多的水。网络里的带宽（bandwidth）就是这个意思：单位时间内理论上最多能承载多少比特。
但请注意“理论上”三个字。管道再宽，水从入口流到出口仍要花时间。数据也是一样，从一端到另一端所需的时间，叫时延（latency）。管道很宽，不代表第一滴水立刻到达；反过来，路程很短，也不代表能同时通过无限多辆车。
还差一个“实际”
真实网络里，还有一个更贴近体验的量：吞吐量（throughput），也就是实际上每秒真正传完了多少数据。
它常常低于带宽，因为协议要加头加尾、多个设备互相竞争、设备处理能力有限、出错还要重传。标称“100 Mbps”，并不等于你每次都能跑满 100 Mbps。
有趣的是，不同场景对这三个量的敏感程度并不一样：
- 下载大文件，更在意吞吐量，慢一点可以忍
- 视频通话、远程操作，更在意时延，卡顿和延迟会立刻被察觉
所以，以后再看到“100 Mbps”这类标称速率，别急着把它等同于所有场景里的实际体验。“快”是一个复合词，得先问清楚你说的是哪一种快。
不过，就算链路足够快，还有一道坎：接收方得准确知道每个比特应在何时被读出。
思考题 1
为什么低时延链路不一定有高吞吐量？
思考题 2
带宽和吞吐量都能用“每秒多少比特”来衡量，它们最容易在什么情况下差别巨大？
小结
知识点
- 带宽、时延和吞吐量描述不同维度的“快”
- 吞吐量通常低于带宽，受开销、竞争、能力与重传影响
- 网络体验取决于它们及其他开销的组合
参考资料
- Wikipedia(zh)：带宽 (计算机)：链路理论上的数据传输速率
- Wikipedia(zh)：延迟 (工程)：数据从一端到另一端所需的时间
思考题答案（仅供参考）
思考题 1
链路可能距离很近、传播很快，却每秒只能承载很少的比特。反过来，一条又长又宽的链路，时延不低，吞吐量却可以很高。时延看的是“路上花多久”，吞吐量看的是“每秒过多少”，两者并不绑定。
思考题 2
当链路拥塞、错误频繁，或协议开销很大时，两者差别最明显。此时物理带宽可能很大，但真正传完的数据很少，吞吐量远低于带宽。多台设备争抢同一条链路，也会让这个差距被放大。
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设计师 | 南国微雪