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以太网的信道利用率总结  

2014-10-15 22:21:41|  分类: 计算机网络基本原 |  标签: |举报 |字号 订阅

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分析:假定10Mb/s的以太网同时有10个站点在工作。那么每个站点所能发送数据的平均速率似乎应该是总数据率的1/10(即1Mb/s)。其实不然,因为多个站点在以太网上同时工作就可能会发生碰撞。当发生碰撞时,信道资源实际上是被浪费了。因此,当扣除碰撞所造成的信道损失后,以太网总的信道利用率就不能达到100%了。

以太网信道被占用情况的例子如下图所示。一个站在发送帧时出现了碰撞。经过一个争用期2τ后(τ是以太网单程端到端的传播时延),可能又出现了碰撞。这样经过n个争用期后,一个站点发送数据成功了。假定发送帧需要的时间是T0则有:T0=(帧长bit)/(数据发送速率bit/s) (此时的速率为:10Mb/s)。
以太网的信道利用率总结 - brain - 百年孤独
 注意:站点成功发送一个帧需要占用信道的时间是:T=T0τ , 比这个帧的发送时间要多一个单程的端到端时延τ ,这是因为当一个站点发送完最后一个比特数据时,这个比特还要在以太网上传播。在最极端的情况下,发送站点在传输媒体的一端,而比特在媒体上传输到另一端所需的时间是τ 。因此,必须在经过时间 T=T0τ 后以太网的传输媒体才能完全进入空闲状态,才能允许其他站点发送数据。

从上图中可以看出,要提高以太网的信道利用率,就必须减小 τ 与 T之比。在以太网中定义了参数a ,它是以太网单程端到端时延τ 与帧的发送时间T的比值即:
以太网的信道利用率总结 - brain - 百年孤独
(1)、当a->0时,表示只要一发送碰撞,就立即可以检测出来,并立即停止发送,因而此时以太网信道资源就被浪费的时间非常小了。
(2)、当a 越大时,表明争用期所占的比例越大,这就使得每发生一次碰撞后就要浪费大量的信道资源,使得信道的利用率明显降低。

因此a的值应该尽量小一些,这就要求分子τ 的数值要尽可能的小一些,分母T的值要尽可能的大一些。这就是说,当数据率一定时,以太网的连线的长度受到限制(否则τ 的数值将会很大),同时以太网的帧不能太短(否则 T的值会太小,最后使得 a的值过大 )。

现在考虑一种理想化的状态:假设以太网上的各站点发送数据都不会产生碰撞(这样显示已经不是CSMA/CD 协议了,而是另一种特殊的调度方法),并且能够非常有效的利用网络的传输资源,即总线一旦空闲就有某个站点立即发送数据。这样,发送一帧占用线路的时间是T0τ ,而帧本身的发送时间是T0。于是便可以计算出理想状态下的极限信道利用率:
以太网的信道利用率总结 - brain - 百年孤独
 
上式的意义是:
(1)、虽然实际的以太网不可能有这样高的极限信道利用率,但是上式指出了只有当参数a远小于1时才能得到尽可能高的极限信道利用率。
(2)、若参数a远大于1时(即:每发生一次碰撞,就要浪费了相对较多的传播数据的时间),则极限信道利用率就远小于1,而这时实际的信道利用率就更小了。
 
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