关于GBN 回退N协议的一些理解

kwist_jay

已于 2023-11-04 22:16:43 修改

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分类专栏：学习笔记文章标签：计算机网络

于 2021-11-22 22:19:34 首次发布

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/kwist_jay/article/details/121479974

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本文探讨了停等协议与Go-Back-N (GBN) 协议中的信道利用率计算，指出在GBN中帧大小与信道利用率的关系，并解释了为何帧越小，信道利用率可能越高。作者通过分析传输周期和窗口大小，揭示了信道利用率公式背后的博弈关系，并提供了一种确定最佳帧长度的方法。文章还涉及了最小帧长在CSMA/CA中的应用，并对之前的理解进行了修正和重述。

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复习计网时遇到的一个题：

在这里插入图片描述

首先给出停等协议中的信道利用率计算公式（这里强调是停等协议）：

$\alpha = \frac{T1}{T1+2T0+T2}$

注意这里的T1是一个帧的发送时间，因为在停等式中是以一个帧的发送周期为单位来考虑的。这里再说一下帧的发送周期：T = 发送时间T1 + 2倍的传输时延T0 + 响应帧的发送时间T2。

周期就是：对发送方而言，发送方从发送第一个数据开始，到接收到该确认所经过的时间。

这里如果惯性思维直接把公式带入计算，不难发现，帧越长，信道利用率越高。

在这个题中，T1=T2。 $\alpha = \frac{T1}{2(T1+T0)}=\frac{1}{2}(1-\frac {T0}{T1+T0})$

T0是定值，T1越大， $\alpha$ 越大。如果是这么做的话就直接取512byte了，会得到一个错误的答案。

我们需要仔细想一下的是，这是GBN协议，不是只传一个帧就不动了，后续传输的帧难道不纳入信道利用率的计算范围吗。这样的出来的结论在GBN里想想都是错的，迷惑我们的只是惯性思维而已。

最开始我对GBN的理解是一直发送帧，然后那个帧出错了，就退到那个帧去，继续往后发。这么理解显然没错，但是太浅显了。因此我突然无法理解为啥GBN中需要有窗口大小这个东西，但仔细一思考之后，会考虑到这个问题，怎么退回到前N帧，帧的序号位数必定是有限的，那么窗口的大小就大概确定了：1~2^n-1，n为帧的序号位数。

再说一下GBN的详细解释：在一个帧的发送周期内继续发送之后的帧，出错后回退N帧。前面这句话很重要，方便了理解和记忆。因为一个发送周期内的帧的数量必定是有限的，这里是不是可以理解为这一个周期内的帧数就是窗口大小，我们只需对这一个窗口的帧进行编号，那么那个帧错了就可以立马回退N帧。那就是说，在传输时延确定的情况下，窗口大小只和帧的大小有关,并且为反比关系，帧越小，窗口越大。

$N=\frac{T1+2T0+T2}{T1}=2+\frac{2T0}{T1}$

上面 $\alpha$ 的计算公式：

$\alpha = \frac{T1}{2(T1+T0)}=\frac{1}{2}(1-\frac {T0}{T1+T0})$

可以理解为：相同数据大小下，发送窗口越大，信道利用率越高。为了解释这句话，我们吹毛求疵的再来理解一下信道利用率的定义，在一个传输周期内实际传输数据所用时间和周期时间之比，即为信道的利用率。周期时间之前讲过，就不赘述。那么在GBN中实际数据的传输时间不就是窗口的所有数据传输时间吗，周期还是一个帧的传输周期。那么上面计算 $\alpha$ 的公式就是对的，只需要把T1理解为整个窗口数据的传输时间即可。（上面的周期时间为2(T0+T1)只针对此题，一般周期时间的计算上面有提）。这样的话是不是窗口越大，T1越大，信道利用率越高了。

再回到开始的题目，就很好理解了。我们只需要求窗口大小就行。

这里把逻辑理一遍，帧越小，窗口越大，信道利用率越高。

这里还需要确定T1的大小，也就是一个帧的发送时间，不然无法计算。首先是要确定帧长，给出的最合理的解释是由于响应帧与发送帧等长，要减小响应帧的开销，于是取128kb。这里就是我不太认同的地方，于是有了上述推敲，用数学的方法来论证为什么要取128kb。

计算得N=10.4，显然要取n=4。2^4-1=15>10.4

做到这个题的时候看了两篇文章，都觉得讲的有些瑕疵，也看了视频，觉得是在敷衍我，才写下这么多。希望能帮到在做这个题的人理解一下关于信道利用率，GBN的内容。计算都不难，最主要是理解。这里给一下这两篇文章与视频的链接。

Reference:

计算机网络 408 考研【2012年题36】GBN协议信道利用率相关计算（无字幕版）_哔哩哔哩_bilibili

计网真题：信道利用率计算_suliangkuanjiayou的博客-优快云博客_信道利用率

关于信道利用率的总结与一道习题的最终解释_Bing's Blog-优快云博客_信道利用率定义

最后补充一点关于最小帧长的内容，算是复习计网的笔记：

在CSMA/CA中，在最坏的情况下，冲突被被检测到的时延是2T0（T0为传输时延），就是发送方的数据刚到接收方时耗时T0，接收方此时发送数据造成冲突，冲突消息再传回给发送方耗时T0。

CSMA/CA存在一种边发边听的机制，这样就要求我们在数据的发送期间要能监听到冲突的发生（如果不这样的话发送方没检测到冲突会误以为发送成功）。于是必须要限制最小帧长使得发送时间T1 $\geq$ 2T0，这样最小帧长M=V发送速率*2T0。