停-等协议与WiFi性能分析：信道速率与有效传输率

"这篇资料是电子科技大学网络讲义的一部分，主要讨论了网络协议原理，特别是停-等协议的性能，并以IEEE802.11（WiFi）为例进行了分析。内容涵盖协议的基本定义、关键元素以及协议模型的阐述。此外，还提到了WiFi的信道速率、最大帧长度和有效速率上限，以及RTS/CTS机制在提高效率中的作用。" 在通信网络中，协议是控制不同节点间数据交换的规则集合。停-等协议是一种简单的错误控制策略，它要求发送方发送一个数据包后必须等待接收方的确认（ACK）才能发送下一个数据包。这种协议确保了数据的可靠传输，但其效率较低，因为每次通信都需要完整的往返时延。 以802.11标准为例，该标准定义了不同的信道速率，如802.11 (2Mb)，802.11b (12/22Mb)，802.11g (54Mb)，802.11n (~600Mb) 和新一代WiFi (1Gbps)。在最大帧长度为4095字节的情况下，考虑到SIFS（短间隔帧空间，10us），可以计算出WiFi的理论最大有效速率约为1Gbps。然而，实际应用中，单纯提升信道速率并不能显著提高传输效率，因为帧传输方式的限制仍然存在。 为了解决这个问题，802.11引入了RTS/CTS（Request To Send/Clear To Send）机制。这是一种避免冲突的方法，发送方在发送数据前先发送RTS帧，接收方回应CTS帧，表明信道空闲，然后发送方才能安全地发送数据，最后接收方发送ACK确认。通过这种方式，可以减少多个设备同时发送数据导致的碰撞，从而提高网络效率。 协议的关键要素包括语义（定义PDU的含义和功能）、语法（定义信息交换的格式）和定时（定义交互的时间顺序）。这些要素共同构成了协议的完整模型。协议实体通过服务接口向上层提供服务，通过算法模块实现协议功能，并通过下层接口适应底层服务。 在协议模型中，有对等实体原则，意味着信息交换仅发生在相同级别的实体之间；独立性原则允许信息交换在不同层次的服务上进行；而透明性原则是指协议应该使得信息交换看起来像是直接在对等实体之间进行，即使实际过程中可能存在延迟、丢失或乱序。 协议的实现通常包括目标和功能的设定，通过特定算法来确定PDU的交换规则。协议实体由服务接口、算法模块和下层接口组成，它们共同协作提供可靠的网络服务。 总结来说，这篇讲义深入剖析了网络协议的核心概念，特别是停-等协议的性能限制和WiFi中提高效率的策略，同时阐述了协议设计的一般原则和结构，对于理解网络通信的基础和机制具有重要价值。