考研全科复习资料

408

计算机网络

CN-03-04 流量控制：停止-等待协议

一、定位信息

圈层：核心层
前置知识：帧的概念（CN-03-01）、差错控制（CN-03-03）
知识网络位置：本单元是流量控制最简单的协议，是理解GBN和SR协议的基础
考点热度等级：H级（高频重点）——停止-等待协议的效率计算和信道利用率是408常考内容，近5年出现≥3次

二、知识点讲解

1. 停止-等待协议（Stop-and-Wait）原理

发送方每发送一帧就停下来等待接收方的确认（ACK），收到确认后才发送下一帧。

工作流程：

发送方发送帧 $N$
接收方收到帧 $N$ ，发送确认 ACK $N$
发送方收到 ACK $N$ ，发送帧 $N+1$
重复以上过程

2. 两种异常情况

（1）帧丢失

发送的帧在传输过程中丢失，接收方收不到帧，不会发送ACK。

解决方案：发送方设置超时计时器。如果在超时时间内没有收到ACK，就重传该帧。

（2）ACK丢失

接收方收到了帧并发送了ACK，但ACK在传输过程中丢失。

解决方案：同样通过超时重传解决。但接收方可能收到重复帧，需要用序号区分新帧和重传帧。

3. 帧序号

停止-等待协议中，只需要 1 bit 序号（0和1交替），因为发送方每次只发送一帧，接收方收到的帧的序号只能是0或1。

4. 信道利用率

停止-等待协议的信道利用率很低：

U = \frac{T_D}{T_D + RTT + T_A}

其中：

$T_D$ ：发送一帧的发送时延
$RTT$ ：往返时间
$T_A$ ：ACK的发送时延（通常很小可忽略）

信道利用率低的根本原因：发送方大部分时间在等待确认，信道处于空闲状态。

5. 停止-等待协议与ARQ

停止-等待协议是**ARQ（自动重传请求）**协议的一种。ARQ有三种：

停止-等待ARQ（SW）
后退N帧ARQ（GBN）
选择重传ARQ（SR）

三、记忆与理解辅助

核心思想："发一帧等一确认"——简单但效率低
序号只需1bit：因为每次只有一帧"在路上"，序号只需区分"当前帧"和"下一帧"
信道利用率公式： $U = T_D / (T_D + RTT + T_A)$ ，当 $RTT \gg T_D$ 时利用率极低

四、例题与精解

例题1（基础巩固）

题目：在一个停止-等待协议中，发送方发送一帧的发送时延为 1 ms，单程传播时延为 200 ms，ACK的发送时延忽略不计。求信道利用率。

命题意图：考查停止-等待协议信道利用率的计算。

精解：

审题分析： $T_D = 1$ ms，传播时延 = 200 ms， $RTT = 400$ ms， $T_A \approx 0$ 。
解题思路：代入信道利用率公式。
完整步骤：
- $U = T_D / (T_D + RTT + T_A) = 1 / (1 + 400 + 0) = 1/401 \approx 0.25\%$
方法反思：信道利用率极低！发送1ms的数据要等400ms的确认，绝大部分时间信道空闲。这就是为什么需要GBN和SR等协议。

例题2（中等提升）

题目：在停止-等待协议中，数据帧的发送时延为 20 ms，单程传播时延为 30 ms。若超时时间设为 100 ms，在不发生差错的情况下，发送一个帧从开始到收到确认的平均时间是多少？若数据帧丢失率为 10%，求平均发送一个帧所需的时间。

命题意图：考查停止-等待协议的时延分析。

精解：

审题分析： $T_D = 20$ ms，传播时延 = 30 ms，超时时间 = 100 ms，无差错和有差错两种情况。
解题思路：无差错时计算正常往返时间；有差错时考虑超时重传。
完整步骤：
- 无差错：
  - 正常时间 = 发送时延 + 传播时延 + ACK传播时延 = 20 + 30 + 30 = 80 ms
  - 平均时间 = 80 ms
- 有差错（帧丢失率10%）：
  - 每次发送成功的概率 = 0.9
  - 平均发送次数 = $1/0.9 \approx 1.11$
  - 每次失败的代价 = 超时时间 = 100 ms
  - 平均时间 = $0.9 \times 80 + 0.1 \times (100 + 80) + 0.01 \times (100 + 100 + 80) + ...$
  - 用公式： $T_{avg} = 80 + 0.1 \times 100 / 0.9 \approx 80 + 11.1 = 91.1$ ms
方法反思：帧丢失会导致超时重传，增加平均时延。超时时间的设置需要大于正常往返时间。

五、考情分析

考查频次：停止-等待协议效率计算近5年约3次
常见题型：计算题（信道利用率）
分值占比：5分
命题趋势：信道利用率计算是高频考点，常与GBN/SR对比考查。基于大纲与命题规律推测

六、易错点提醒

错误表现：计算RTT时只算单程传播时延 错误原因：忘记RTT是往返时间 正确理解：RTT = 2 × 单程传播时延
错误表现：忽略发送时延在信道利用率中的作用 错误原因：误以为发送时延就是传播时延 正确理解：发送时延是数据推到信道的时间，传播时延是信号在信道上传播的时间
错误表现：认为停止-等待协议不需要序号 错误原因：觉得每次只发一帧不需要区分 正确理解：需要1bit序号来区分重传帧和新帧

七、来源标注

依据2026考研统考大纲
依据《计算机网络》（第8版）谢希仁版
依据大学本科经典教材共识

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计算机网络 ​

CN-03-04 流量控制：停止-等待协议 ​

一、定位信息 ​

二、知识点讲解 ​

1. 停止-等待协议（Stop-and-Wait）原理 ​

2. 两种异常情况 ​

3. 帧序号 ​

4. 信道利用率 ​

5. 停止-等待协议与ARQ ​

三、记忆与理解辅助 ​

四、例题与精解 ​

例题1（基础巩固） ​

例题2（中等提升） ​

五、考情分析 ​

六、易错点提醒 ​

七、来源标注 ​

408