以太网的信道利用率

以太网的信道利用率

我们假定：

总线上共有 N 个站，每个站发送帧的概率都是 p。

争用期长度为 2t，即端到端传播时延的两倍。检测到碰撞后不发送干扰信号。

帧长为 L (bit)，数据发送速率为 C (b/s)，因而帧的发送时间为 L/C = T₀ (s)。

以太网的信道利用率

一个帧从开始发送，经碰撞后再重传数次，到发送成功且信道转为空闲(这里考虑最极端的情况，发送站在传输媒体的一端，即再经过时间t使得信道上无信号在传播)时为止，共需平均时间为 T_av。

 

我们应当注意到，成功发送一个帧需要占用信道的时间是T₀ + t，比这个帧的发送时间要多一个单程端到端时延t。这是因为当一个站发送完最后一个比特时，这个比特还要在以太网上传播。如果这时有其他站发送数据，就必然产生碰撞。因此，必须在T₀ +t以后才允许其他站发送数据。

要提高以太网的信道利用率，就必须减小t与T₀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t与帧的发送时间T₀之比：

a=t/T₀

 

当a→0时，表示只要一发生碰撞，就立即可以检测出来，并立即停止发送，因而信道资源不会被浪费。反之，参数a越大，表明争用期所占的比例增大，这就使得信道利用率降低。因此，以太网的参数a的值应当尽可能小些。

从上式可看出，这就要求分子t的数值要小些，分母T₀的数值要大些。这就是说，当数据传输速率一定时，以太网的连线的长度受到限制（否则t的数值会太大），同时以太网的帧长不能太短（否则T₀的值会太小）。

现在考虑一种理想化的情况。假定以太网上的各站发送数据都不会产生碰撞（这显然已经不是CSMA/CD而是需要使用一种特殊的调度方法），并且能够非常有效地利用网络的传输资源，即总线一旦空闲就有某一个站立即发送数据。这样，发送一帧占用线路的时间是T₀ + t，而帧本身的发送时间是T₀。于是我们可计算出极限信道利用率S_max为：

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

 该式指出了参数a远小于1才能得到尽可能高的极限信道利用率。反之，若参数a远大于1，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。

 

100BASE-T以太网的新标准

100BASE-T以太网的新标准改动了原10Mb/s以太网的某些规定。这里最主要的原因是要在数据发送速率提高时使参数a仍保持不变（或保持为较小的数值）。

a=t/T₀=t/(L/C)=tC/L

可以看出，当数据率C提高10倍时，为了保持参数a不变，可以将帧长L（bit）也增长到10倍，也可以将网络电缆长度（因而使t）减小到原有数值的十分之一。

在100Mb/s的以太网中采用的方法是保持最短帧长不变，但把一个网段的最大电缆长度减少到100m。但最短帧长仍为64字节，即512比特。因此100Mb/s以太网的争用期是5.12us，帧间最小间隔现在是0.96us，都是10Mb/s以太网的1/10。