以太網的信道利用率


以太網的信道利用率

我們假定:

總線上共有 N 個站,每個站發送幀的概率都是 p

爭用期長度為 2t,即端到端傳播時延的兩倍。檢測到碰撞后不發送干擾信號。

幀長為 L (bit),數據發送速率為 C (b/s),因而幀的發送時間為 L/C = T0 (s)。

以太網的信道利用率

一個幀從開始發送,經碰撞后再重傳數次,到發送成功且信道轉為空閑(這里考慮最極端的情況,發送站在傳輸媒體的一端,即再經過時間t使得信道上無信號在傳播)時為止,共需平均時間為 Tav

 

我們應當注意到,成功發送一個幀需要占用信道的時間是T0 + t,比這個幀的發送時間要多一個單程端到端時延t。這是因為當一個站發送完最后一個比特時,這個比特還要在以太網上傳播。如果這時有其他站發送數據,就必然產生碰撞。因此,必須在T0 +t以后才允許其他站發送數據。

要提高以太網的信道利用率,就必須減小tT0之比。在以太網中定義了參數a,它是以太網單程端到端時延t與幀的發送時間T0之比:

a=t/T0

 

a→0時,表示只要一發生碰撞,就立即可以檢測出來,並立即停止發送,因而信道資源不會被浪費。反之,參數a越大,表明爭用期所占的比例增大,這就使得信道利用率降低。因此,以太網的參數a的值應當盡可能小些

從上式可看出,這就要求分子t的數值要小些,分母T0的數值要大些。這就是說,當數據傳輸速率一定時,以太網的連線的長度受到限制(否則t的數值會太大),同時以太網的幀長不能太短(否則T0的值會太小)。

現在考慮一種理想化的情況。假定以太網上的各站發送數據都不會產生碰撞(這顯然已經不是CSMA/CD而是需要使用一種特殊的調度方法),並且能夠非常有效地利用網絡的傳輸資源,即總線一旦空閑就有某一個站立即發送數據。這樣,發送一幀占用線路的時間是T0 + t,而幀本身的發送時間是T0。於是我們可計算出極限信道利用率Smax為:

Smax=T0/(T0+t)=1/(1+a)

 該式指出了參數a遠小於1才能得到盡可能高的極限信道利用率。反之,若參數a遠大於1,則極限信道利用率就遠小於1,而這時實際的信道利用率就更小了。

 

100BASE-T以太網的新標准

100BASE-T以太網的新標准改動了原10Mb/s以太網的某些規定。這里最主要的原因是要在數據發送速率提高時使參數a仍保持不變(或保持為較小的數值)。

a=t/T0=t/(L/C)=tC/L

可以看出,當數據率C提高10倍時,為了保持參數a不變,可以將幀長L(bit)也增長到10倍,也可以將網絡電纜長度(因而使t)減小到原有數值的十分之一。

在100Mb/s的以太網中采用的方法是保持最短幀長不變,但把一個網段的最大電纜長度減少到100m。但最短幀長仍為64字節,即512比特。因此100Mb/s以太網的爭用期是5.12us,幀間最小間隔現在是0.96us,都是10Mb/s以太網的1/10。

 


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