對計網考研中的信道、傳輸時延、傳播時延的理解

在學習數據鏈路層流量控制和可靠傳輸那一節的三個協議的最大信道利用率時產生的疑惑

情景：

假如A主機和B主機通過集線器連接，A和集線器是光纖連接，B和集線器也是光纖連接，A給B發送幀

問題：

那么信道指的是什么？發送信道指的是什么？包含A到B之間的光纖嗎？還是A把數據推到光纖上所經過的地方才是信道，光纖并不算在內？所以才說算信道利用率的時候，只算傳輸時延而不看傳播時延？

那A的數據在光纖中傳播時，算不算信道的空閑時間呢？

一、信道的定義與范圍

1.信道（Channel）的物理本質
信道是數據傳輸的物理或邏輯路徑。在本場景中，?信道包含A到集線器的光纖鏈路、集線器內部背板總線以及集線器到B的光纖鏈路。

• 光纖作為傳輸介質是信道的重要組成部分（，而集線器內部采用總線結構實現邏輯上的共享連接

• 由于集線器工作在物理層，所有端口共享同一沖突域和廣播域，因此

  整個集線器連接的線路構成一個共享信道

2.發送信道（Transmission Channel）的范疇
?發送信道僅指A到集線器的光纖鏈路。當A發送幀時，數據首先通過A的網卡進入光纖鏈路傳輸到集線器，此時集線器作為中繼設備將信號廣播到所有端口（包括B的鏈路）。因此，發送信道是數據從A到集線器的單向物理路徑。

二、信道利用率的計算依據

1. 信道利用率公式的核心邏輯
   信道利用率 = 數據發送時間 / （數據發送時間 + 信道空閑時間），其中：
   • 數據發送時間對應傳輸時延（Transmission Delay），即數據從A網卡進入光纖鏈路到全部比特離開A的時間（與數據大小和帶寬相關）
   • 傳播時延（Propagation Delay）（光信號在光纖中的傳播時間）不參與計算，因為信道利用率關注的是信道被占用的時間比例，而傳播時延是信號在物理介質中的固有延遲，與信道是否被占用無關
2. 關鍵區別
   • 傳輸時延：由數據長度和帶寬決定，反映信道被占用的時間。
   • 傳播時延：由物理介質長度和光速決定，反映信號到達目的地的時間，但不影響信道是否被占用

三、信道空閑時間的定義

信道空閑時間指發送端停止發送數據后，信道未被任何設備占用的時間

根據802.11協議的定義，信道空閑需滿足以下條件：

1. 無數據發送：發送端已停止發送數據幀。
2. 無載波監聽信號：物理層（如電壓變化）或虛擬層（如NAV計時器）未檢測到其他設備的占用信號

因此，當數據在光纖中傳播時，若發送端已停止發送，即使信號仍在介質中傳播，信道仍被判定為空閑

四、A到B的光纖傳播階段是否算空閑時間？

需分兩種情況討論：

1. 發送端A仍在持續發送數據

• 信道狀態：繁忙。
• 原因：A的網卡持續占用信道發送數據幀，此時無論光纖中是否已有數據傳播，信道均被標記為“忙”
• 示例：若A發送一個長幀，在第一個比特到達集線器前，后續比特仍在從A的網卡發出，此時信道仍被占用

2. 發送端A已完成數據發送

• 信道狀態：空閑。
• 原因：A的網卡已停止發送，最后一個比特離開A的網卡后，信道立即釋放
• 傳播時延的影響：光纖中傳播的數據不會影響信道狀態，因信道占用僅與發送端的主動行為相關
• 示例：A發送完一個幀后，即使該幀仍在光纖中傳輸（傳播時延），信道已空閑，B可立即競爭發送

五、信道利用率計算的本質

信道利用率公式為：

信道利用率=傳輸時延/(傳輸時延 + 信道空閑時間傳輸時延)

• 傳輸時延：數據從A網卡完全發出的時間（與幀長和帶寬相關）
• 傳播時延：數據在光纖中的傳播時間（與距離和光速相關）

傳播時延不參與計算，因為信道是否被占用僅取決于發送端是否在主動發送，而非信號在物理介質中的傳播狀態

六、關鍵結論

1. 光纖中的傳播時間是否算空閑：僅當發送端A停止發送后，傳播時間才屬于信道空閑時間。
2. **信道占用判定邏輯：**基于發送端行為（是否持續發送），而非物理介質的信號傳播狀態
3. 設計意義：這種機制允許設備在傳播時延期間復用信道，提高網絡效率

七、示例驗證

假設A發送一個1ms的幀（傳輸時延），光纖傳播時延為0.5ms：

• 發送階段（1ms）：信道繁忙。
• 傳播階段（0.5ms）：若A未發送新數據，信道立即空閑，B可競爭使用。
• 總信道占用時間：1ms（傳輸時延），利用率計算僅考慮這1ms