网络系统中有哪些产生延迟的因素及互联网系统中如何减少网络延迟(正文,终稿) 1

网络系统中有哪些产生延迟的因素

互联网系统中是如何减少网络延迟的（技术点分析）

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研究背景

我们喜欢玩大型网游，要求其具有高质量的画面、极速的体验，然而，我们时不时发现游戏加载的速度越来越慢、画面越来越卡。通过查阅资料，我们得知了现象背后的实质原因——网络延迟。随着使用internet的用户数量、规模、对网络依赖度的急剧攀升，人们对网络的高性能、低延迟、模式要求越来越高。网络不仅要承载巨大数据业务，还要承载多媒体语音、视频、金融等实时业务。服务器性能不足、系统设计缺陷和传输等相关问题导致了大量网络延迟严重影响了用户体验。这篇关于网络延迟的分析，是建立在我们对网络延迟的现有了解上的。

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框架（关键点）

1.什么是网络系统的总体架构

1.1概念

1.2构成

2.什么是网络协议

2.1概念

2.2网络协议的形式化分析与设计

2.2.1协议的形式化模型

2.2.2 Petri 网模型

2.2.3 协议的时态逻辑模型

2.2.4 通信进程演算模型

2.3 协议的形式化设计与验证

2.4 协议的性质描述

2.5 网络协议的测试

3.网络延迟

3.1什么是网络延迟

3.1.1概念

3.1.2定义

3.2网络延迟的分类

3.2.1路由延迟

3.2.2排队延迟

3.3产生网络延迟的因素

3.3.1服务器计算能力低

3.3.2传输饱和导致延迟

3.4网络延迟的处理方案

3.4.1优化服务器，调整网络布局

3.4.2提高主干网速度

3.4.3优化服务器系统设计，提高计算能力

4.容迟网络路由算法

4.1概念

4.2分类

4.3性能评价

4.4从容迟网络的角度来考虑减小网络延迟

5.网络软件

5.1 客户端

5.2个人终端

5.3中间件

6.网络硬件加速

6.1高速路由器

6.2技术关键...............................................................................................................

正文

（姚老师提到我们组存在资料简单堆砌的问题，我们组员方面都表示自己在仔细阅读资料的时候，找到很重要的东西，可以连贯起来，但是不知道如何用自己的语言来进行科学的描述，只能将自己觉得对主题很重要的东西来进行串联，再加上自己语言的贯通，希望老师能理解。我们的组员都付出了很多努力。）

1.网络系统的总体架构

1.1概念

网络系统总体架构狭义地讲，就是计算机网络的各层及其协议的集合。

网络上的每一层功能都是由该层的协议和服务来实现的。具体地说，就是为完成计算机之间的通信合作，把每个计算机互连的功能划分成定义明确的层次，规定出同等层进程间通信协议和相邻层之间的接口及服务，将这些分层模型、同等层进程通信协议规范和相邻层接口服务规范等的集合统称为计算机网络体系结构。

1.2构成

网络系统，主要由计算机系统和终端、通信处理机、通信线路和通信设备、操作系统、网络协议构成。

此外，我们认为，网络软件在本方面也有及其重要的作用。将在第5节做详细分析。

2.网络协议

2.1概念

网络协议是规定在网络中进行相互通信时需遵守的规则，只有遵守这些规则才能实现网络通信。

每个计算机网络都制订一套全网共同遵守的网络协议，并要求网中每个主机系统配置相应的协议软件，以确保网中不同系统之间能够可靠、有效地相互通信和合作。例如，网络中一个微机用户和一个大型主机的操作员进行通信，由于这两个数据终端所用字符集不同，因此操作员所输入的命令彼此不认识。

当然，对于不相容终端，除了需变换字符集字符外。其他特性，如显示格式、行长、行数、屏幕滚动方式等也需作相应的变换。为了能进行通信，规定每个终端都要将各自字符集中的字符先变换为标准字符集的字符后，才进入网络传送，到达目的终端之后，再换为该终端字符集的字符。

2.2网络协议的形式化分析与设计

一套完整的,能够确保计算机网络可以顺利进行数据通信的网络协议要包括下边的五点基本要素:

(1)协议所提供的服务。

(2)对协议运行环境所进行的假设。

(3)用来实现协议的消息词汇。

(4)对该词汇中每个消息的编码。

(5)用来控制消息一致性的过程规则。实现计算机之间高度自动化数据通信的网络协议,一般都会极其复杂。借鉴对复杂系统问题分析研究的思想,分层结构对于理解和设计网络协议有着重要的作用。“七层”协议结构模型是目前网络协议的标准体系结构,也成为了网络协议开发的基础。

2.2.1协议的形式化模型

协议分析和设计其中一项核心技术就是形式化模型。网络协议的形式化规格可以在形式化模型的基础上实现,从而为协议的形式化分析与验证、协议综合、协议测试、以及协议实现等提供良好的基础。形式化模型包括以下几点。

2.2.2 Petri 网模型

Petri网是一种适合于并发、异步、分布式系统描述与分析的图形数学工具。Petri 网已成为网络协议分析和设计的典型形式模型之一。它作为系统描述和分析的工具, 除了具有静态结构外,还包括了描述系统动态行为的机制。这一特征是通过允许位置中包含令牌,令牌可以依据迁移的引发而重新分布来实现的。

2.2.3 协议的时态逻辑模型

时态逻辑是模态逻辑的扩充,它涉及含有时间信息的事件、状态及其关系的命题、谓词和演算。要描述一个协议,首先要标识系统中的个体常量,定义变量,表达命题、谓词函数。

2.2.4 通信进程演算模型

通信进程演算是计算机通信系统的基本理论模型,它也是许多形式化语言的基础。通信进程演算的基本成分是事件与进程,而进程是通过顺序、选择和并行三个基本算子来定义的。一般用大写字母来表示进程,用小写字母来表示事件。

2.3 协议的形式化设计与验证

协议的设计验证是对协议的功能和性能进行校验的过程,是保证协议开发质量的必要环节。协议形式化验证首先需要对协议性质进行系统的语言描述,然后基于协议的形式模型或者形式语言进行描述,通过适当的技术对协议性质进行分析校验。

2.4 协议的性质描述

设计网络协议的目的就是设计出的协议要满足功能和性能。一方面,协议本身应用问题的特征性对协议的功能和性能具有特殊的要求;另外一方面,协议的功能和性能所拥有的协议的性质,是独立于问题的一般性要求。

协议的性质包括活性、安全性、一致性、完备性、可恢复性和有界性六方面。

(1)活性就是指无死锁性,如果在协议运行时候发生一些好事,就叫协议的活性,像发生预定的事情,能够到达指定的协议状态,可以进行应该进行的协议活动等都是协议的好事情。协议的终止性和进展性两反面可以体现协议的活性。也就是说具有终止性和进展性的协议就拥有活性。如果协议能够在从任何一状态下开始运行都能正确的到达终止状态,就是协议的终止性。终止状态在某些情况下也会和初始状态是同一个。所以协议总能从初始状态开始运行然后正确的回到初始状态,并可反复运行,这就是协议的可重复性,即可重复性=终止性+进展性=活动性。

(2)安全性就是没有坏的事情出现在协议运行的时候。像不可接收事件、不可进一步向前的状态、错误的行动、错误的条件、变量值越界等都是坏的事情。坏事情一般会导致死锁和活锁两种情况发生。

(3)一致性就是指协议的服务行为和协议行为保持一致。像协议需要为用户提供的所要求的业务和不用提供用户没有要求提供的业务都体现了协议的一致性。

(4)完备性,协议拥有完全符合协议环境各种要求的性质,也就是在考虑了用户要求、用户特点、通道性质、工作模式等各种潜在影响因素之后构建的协议构造,同时兼备考虑各种错误事件以及异常情况的处理。