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对计网考研中的信道、传输时延、传播时延的理解

在学习数据链路层流量控制和可靠传输那一节的三个协议的最大信道利用率时产生的疑惑

情景：

假如A主机和B主机通过集线器连接，A和集线器是光纤连接，B和集线器也是光纤连接，A给B发送帧

问题：

那么信道指的是什么？发送信道指的是什么？包含A到B之间的光纤吗？还是A把数据推到光纤上所经过的地方才是信道，光纤并不算在内？所以才说算信道利用率的时候，只算传输时延而不看传播时延？

那A的数据在光纤中传播时，算不算信道的空闲时间呢？

一、信道的定义与范围

1.信道（Channel）的物理本质
信道是数据传输的物理或逻辑路径。在本场景中，​信道包含A到集线器的光纤链路、集线器内部背板总线以及集线器到B的光纤链路。

• 光纤作为传输介质是信道的重要组成部分（，而集线器内部采用总线结构实现逻辑上的共享连接

• 由于集线器工作在物理层，所有端口共享同一冲突域和广播域，因此

  整个集线器连接的线路构成一个共享信道

2.发送信道（Transmission Channel）的范畴
​发送信道仅指A到集线器的光纤链路。当A发送帧时，数据首先通过A的网卡进入光纤链路传输到集线器，此时集线器作为中继设备将信号广播到所有端口（包括B的链路）。因此，发送信道是数据从A到集线器的单向物理路径。

二、信道利用率的计算依据

1. 信道利用率公式的核心逻辑
   信道利用率 = 数据发送时间 / （数据发送时间 + 信道空闲时间），其中：
   • 数据发送时间对应传输时延（Transmission Delay），即数据从A网卡进入光纤链路到全部比特离开A的时间（与数据大小和带宽相关）
   • 传播时延（Propagation Delay）（光信号在光纤中的传播时间）不参与计算，因为信道利用率关注的是信道被占用的时间比例，而传播时延是信号在物理介质中的固有延迟，与信道是否被占用无关
2. 关键区别
   • 传输时延：由数据长度和带宽决定，反映信道被占用的时间。
   • 传播时延：由物理介质长度和光速决定，反映信号到达目的地的时间，但不影响信道是否被占用

三、信道空闲时间的定义

信道空闲时间指发送端停止发送数据后，信道未被任何设备占用的时间

根据802.11协议的定义，信道空闲需满足以下条件：

1. 无数据发送：发送端已停止发送数据帧。
2. 无载波监听信号：物理层（如电压变化）或虚拟层（如NAV计时器）未检测到其他设备的占用信号

因此，当数据在光纤中传播时，若发送端已停止发送，即使信号仍在介质中传播，信道仍被判定为空闲

四、A到B的光纤传播阶段是否算空闲时间？

需分两种情况讨论：

1. 发送端A仍在持续发送数据

• 信道状态：繁忙。
• 原因：A的网卡持续占用信道发送数据帧，此时无论光纤中是否已有数据传播，信道均被标记为“忙”
• 示例：若A发送一个长帧，在第一个比特到达集线器前，后续比特仍在从A的网卡发出，此时信道仍被占用

2. 发送端A已完成数据发送

• 信道状态：空闲。
• 原因：A的网卡已停止发送，最后一个比特离开A的网卡后，信道立即释放
• 传播时延的影响：光纤中传播的数据不会影响信道状态，因信道占用仅与发送端的主动行为相关
• 示例：A发送完一个帧后，即使该帧仍在光纤中传输（传播时延），信道已空闲，B可立即竞争发送

五、信道利用率计算的本质

信道利用率公式为：

信道利用率=传输时延/(传输时延 + 信道空闲时间传输时延)

• 传输时延：数据从A网卡完全发出的时间（与帧长和带宽相关）
• 传播时延：数据在光纤中的传播时间（与距离和光速相关）

传播时延不参与计算，因为信道是否被占用仅取决于发送端是否在主动发送，而非信号在物理介质中的传播状态

六、关键结论

1. 光纤中的传播时间是否算空闲：仅当发送端A停止发送后，传播时间才属于信道空闲时间。
2. **信道占用判定逻辑：**基于发送端行为（是否持续发送），而非物理介质的信号传播状态
3. 设计意义：这种机制允许设备在传播时延期间复用信道，提高网络效率

七、示例验证

假设A发送一个1ms的帧（传输时延），光纤传播时延为0.5ms：

• 发送阶段（1ms）：信道繁忙。
• 传播阶段（0.5ms）：若A未发送新数据，信道立即空闲，B可竞争使用。
• 总信道占用时间：1ms（传输时延），利用率计算仅考虑这1ms