什么是网络延迟？
网络延迟是指网络通信中的延时。网络延迟显示了数据通过网络传输所需的时间。延时或滞后时间较长的网络具有高延迟，而响应时间快速的网络具有低延迟。企业更喜欢低延迟和更快的网络通信，以实现更高的生产率和更高效的业务运营。某些类型的应用程序，如流体动力学和其他高性能计算使用案例，需要低网络延迟来满足其计算需求。高网络延迟会导致应用程序性能下降，并且高到一定程度足以导致程序故障。
为什么延迟很重要？
随着越来越多的公司进行数字化转型，他们使用基于云的应用程序和服务来执行基本业务功能。业务运营还依赖于从连接到互联网的智能设备收集的数据，这些设备统称为物联网。延迟的滞后时间可能会造成效率低下，在依赖于传感器数据的实时操作中更为明显。高延迟还降低了增加网络容量支出的收益，这会影响用户体验和客户满意度，即使企业实施了昂贵的网络线路。
哪些应用程序需要低网络延迟？
所有企业都喜欢低延迟，但低延迟对于特定行业和应用程序更为重要。以下是示例使用案例场景。
流式处理分析应用程序
流式处理分析应用程序，如实时拍卖、在线博彩和多人游戏，消耗和分析来自各种来源的大量实时处理流式数据。此类应用程序的用户依赖于准确的实时信息来做出决策。他们更喜欢低延迟网络，因为滞后可能会带来经济损失。
实时数据管理
企业应用程序通常会合并和优化来自不同来源的数据，如其他软件、交易数据库、云和传感器。这些应用程序会使用变更数据捕获 (CDC) 技术实时捕获和处理数据变更。网络延迟问题很容易影响这些应用程序的性能。
API 集成
两个不同的计算机系统可以使用应用程序编程接口 (API) 彼此通信。很多时候，在 API 返回响应之前，系统会停止处理。因此，网络延迟会造成应用程序性能问题。例如，航班预订网站会使用 API 调用获取特定航班上可用座位数的信息。网络延迟可能会影响网站性能，导致网站停止运行。当网站收到 API 响应并重新启动时，其他人可能已经预订了该机票，导致您错过预定。
视频支持的远程操作
有些工作流程，如视频支持的钻床、内窥镜摄像机和用于搜索和救援的无人机，需要操作员使用视频远程控制机器。在这些情况下，为了避免造成生命危险，低延迟网络至关重要。
网络延迟的原因有哪些？
在网络术语中，客户端设备和服务器使用计算机网络进行通信。客户端会发送数据请求，服务器则发送数据响应。计算机网络由一系列设备（如路由器、交换机或防火墙）和链路（如电缆或无线传输）构成。数据请求和响应以小型数据包的形式，通过链路从一个设备跳到另一个设备，直到到达目的地。网络设备（如路由器、调制解调器和交换机）在由电线、光纤电缆或无线传输介质构成的不同网络路径上连续处理和路由数据包。因此，网络操作非常复杂，各种因素都会影响数据包传输的速度。以下是造成网络延迟的常见因素。
传输介质
由于数据通过传输介质或链路进行传输，因此传输介质或链路对延迟的影响最大。例如，光纤网络的延迟比无线网络更低。类似地，每次网络从一种介质切换到另一种介质时，总传输时间会增加几毫秒。
网络流量传输的距离
网络端点之间的距离延长会增加网络延迟。例如，如果应用程序服务器的地理位置远离最终用户，就可能会遇到更多延迟。
网络跳数
多个中间路由器会增加数据包所需的跳数，从而导致网络延迟增加。网络设备功能（如网站地址处理和路由表查找）也会增加延迟时间。
数据量
高并发数据量会导致网络延迟问题增加，因为网络设备的处理能力可能有限。因此共享网络基础设施（如互联网）会增加应用程序延迟。
服务器性能
应用程序服务器性能会造成网络延迟的感知。在这种情况下，数据通信延时不是因为网络问题，而是因为服务器响应缓慢。
如何衡量网络延迟？
您可以使用“首字节时间”和“往返时间”等指标来衡量网络延迟。 您可以使用任何此类指标来监控和测试网络。
首字节时间
首字节时间 (TTFB) 记录在建立连接后首字节数据从服务器到达客户端所需的时间。TTFB 取决于两个因素：
- Web 服务器处理请求和创建响应所需的时间
- 响应返回到客户端所需的时间
因此，TTFB 同时衡量服务器处理时间和网络滞后。
您还可以按照感知 TTFB 衡量延迟，由于客户端计算机需要时间来进一步处理响应，因此感知 TTFB 比实际 TTFB 长。
往返时间
往返时间 (RTT) 是客户端发送请求并从服务器接收响应所需的时间。网络延迟会导致往返延迟并增加 RTT。但是，通过网络监控工具进行的所有 RTT 衡量都是部分指标，因为数据在客户端和服务器之间传输时可能会通过不同的网络路径传输。
Ping 命令
网络管理员使用 Ping 命令来确定 32 字节的数据到达目标并收到返回响应所需的时间。这是一种识别连接可靠性的方法。但是，您不能使用 Ping 从同一个控制台检查多个路径或减少延迟问题。
其他类型的延迟有哪些？
计算机系统可能会经历许多不同的延迟，例如磁盘延迟、光纤延迟和操作延迟。以下是重要的几类延迟。
磁盘延迟
磁盘延迟衡量的是计算设备读取和存储数据所需的时间。因此写入大量文件而不是单个大文件时可能会出现存储延时。例如，硬盘驱动器比固态驱动器的磁盘延迟更高。
光纤延迟
光纤延迟是指光通过光纤光缆传播特定距离所需的时间。在光速下，光在太空中每行进一公里，就会出现 3.33 微秒的延迟。然而，在光纤光缆中，每公里会造成 4.9 微秒的延迟。电缆中的每个弯曲或缺陷都会降低网络速度。
操作延迟
操作延迟是指计算操作导致的时间滞后。这是导致服务器延迟的因素之一。当操作按顺序依次运行时，您可以将操作延迟计算为每个单独操作所用时间的总和。在并行工作流中，操作最慢的环节决定了操作延迟时间。
除了延迟之外，还有哪些因素决定了网络性能？
除了延迟，您还可以通过带宽、吞吐量、抖动和数据包丢失来衡量网络性能。
带宽
带宽衡量指的是在给定时间内可以通过网络的数据量。它的测量单位是每秒数据量。例如，带宽为每秒 1 千兆位 (Gbps) 的网络通常性能优于带宽为每秒 10 兆位 (Mbps) 的网络。
延迟与带宽的比较
如果将网络视为水管，则带宽表示管道的宽度，延迟表示水通过管道的速度。虽然在峰值使用期间，带宽越小就越会增长延迟，但带宽越大并不一定意味着数据越多。事实上，延迟会降低昂贵、高带宽基础设施的投资回报。
吞吐量
吞吐量是指在特定时间内实际可以通过网络的平均数据量。它表示的是成功到达目的地的数据包数量和丢失的数据包数量。
延迟与吞吐量的比较
吞吐量衡量的是延迟对网络带宽的影响。它表示延迟后的可用带宽。例如，网络带宽可能为 100 Mbps，但由于延迟，其吞吐量在白天仅为 50 Mbps，而在晚上则增加到 80 Mbps。
抖动
抖动是指在网络连接上数据传输和接收之间的时间延长变化。延时一致比延时多变能为用户带来更好的用户体验。
延迟与抖动的比较
抖动是指网络延迟随时间产生的变化。延迟会导致数据包在网络上传输延时，而当这些网络数据包以不同于用户预期的顺序到达时，就会出现抖动。
数据包丢失
数据包丢失衡量的是从未到达其目的地的数据包的数量。软件缺陷、硬件问题和网络拥塞等因素会导致数据传输过程中数据包丢失。
延迟与数据包丢失的比较
延迟衡量的是数据包到达目的地的延时。它以时间单位测量，如毫秒。数据包丢失率是一个百分比值，衡量的是未达的数据包数量。因此，如果 100 个数据包中有 91 个到达，则数据包丢失率为 9％。
如何改善网络延迟问题？
您可以通过优化网络和应用程序代码来减少网络延迟。以下是几个建议。
升级网络基础设施
您可以使用市场上最新的硬件、软件和网络配置选项升级网络设备。定期网络维护可降低数据包处理时间，并有助于减少网络延迟。
监控网络性能
网络监控和管理工具可以执行模拟 API 测试和最终用户体验分析等功能。您可以使用它们实时检查网络延迟并解决网络延迟问题。
分组网络端点
子网是指将经常相互通信的网络端点进行分组的方法。子网充当网络内部的网络，最小化不必要的路由器跳数并改善网络延迟。
使用流量整形方法
您可以根据类型确定数据包的优先级，从而改善网络延迟。例如，您可以使网络先路由高优先级应用程序（如 VoIP 呼叫和数据中心流量），同时延迟其他类型的流量。此举可以改善高延迟网络上关键业务流程可接受的延迟。
缩短网络距离
您可以将服务器和数据库托管在更靠近最终用户的地理位置来改善用户体验。例如，如果您的目标市场是意大利，您可以在意大利或欧洲（而非北美）托管服务器来获得更好的性能。
减少网络跳数
数据包在路由器之间的每一跳都会增加网络延迟。通常来讲，流量必须在公共互联网中进行多次跳跃，经过可能堵塞且无冗余的网络路径，然后才能抵达目标。但是，您可以使用云解决方案在更接近最终用户的地方运行应用程序，以此作为减少网络通信距离和网络通信所需跳数的一种方法。例如，您可以使用 AWS Global Accelerator 将流量传输到 AWS 全球网络尽可能靠近的位置，使用 AWS 全球冗余网络来帮助提高应用程序的可用性和性能。
AWS 如何帮助您减少延迟？
AWS 有许多解决方案可减少网络延迟并提高性能，从而获得更好的最终用户体验。根据您的要求，您可以实施以下任何服务。
- AWS Direct Connect 是一种云服务，可将您的网络直接链接到 AWS，以获得更一致且更低的网络延迟。创建新连接时，您可以选择由 AWS Direct Connect 交付合作伙伴提供的托管连接，或选择 AWS 的专用连接，并在全球 100 多个 AWS Direct Connect 站点进行部署。
- Amazon CloudFront 是一种内容分发网络服务，旨在获得优异性能、安全性和开发人员便利性。您能用其以低延迟和高传输速度安全地交付内容。
- AWS Global Accelerator 是一项联网服务，可通过使用 AWS 全球网络基础设施将您的用户流量性能提升高达 60%。当互联网拥塞时，AWS Global Accelerator 会优化应用程序路径，帮助您将数据包丢失、抖动和延迟水平持续维持在低水平。
- AWS Local Zones 是基础设施部署的一种形式，可将计算、存储、数据库和其他某些 AWS 服务放置在更靠近大量人口聚居的位置，或者靠近行业中心的位置。 您可以交付需要低延迟的创新应用程序，更靠近终端用户和本地部署安装。
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