Проектирование локально-вычислительной сети (стр. 12 из 17)

После возникновения коллизии станция, ее обнаружившая, делает паузу, после которой предпринимает следующую попытку передать кадр. Пауза

после коллизии является случайной и выбирается по следующему правилу:

где

t- интервал отсрочки равный 512bt, что при скорости 100 Мбит/с составит 5.12 мкс.

L- целое случайное число, выбранное из диапазона [

]

N- номер повторной попытки передачи данного кадра.

После первой попытки пауза может либо отсутствовать, либо составлять один или два интервала отсрочки. После второй попытки пауза может либо отсутствовать, либо быть равной одному, двум, трем или четырем интервалам отсрочки. После 10-й попытки интервал, из которого выбирается пауза, не увеличивается. Таким образом, после десятой попытки передачи кадра случайная пауза может принимать значения от 0 до 1024 512 bt = 524 288 bt.

Для стандарта FastEthernet это соответствует временному диапазону от 0 до 5.24 мс.

Передатчик предпринимает всего 16 последовательных попыток передачи кадра. Если все попытки завершились неудачно, вызвав коллизию, то передатчик прекращает попытки передать данный кадр. Для надежного распознания коллизий необходимо, чтобы коллизия была обнаружена в процессе передачи кадра. В худшем варианте в конфликт могут вступить две наиболее удаленные друг от друга станции.

Пусть первая станция, решив, что шина свободна, начинает передачу кадра. До самой удаленной от нее станции этот кадр дойдет не мгновенно, а через некоторый промежуток времени t. Если в этот момент времени удаленная станция, также решив, что шина свободна, начинает передачу своего кадра, то возникает коллизия. Искаженная информация дойдет до первой станции также через время t. Поэтому коллизия будет обнаружена первой станцией через время 2t после начала передачи ею кадра. К моменту обнаружения коллизии станция не должна закончить передачу кадра.

Отсюда получается простое соотношение между временем, необходимым для передачи кадра минимальной длины и задержкой сигнала при распространении в сети:

где

t- время распространения сигнала по сети Ethernet.

Удвоенное время распространения сигнала называют временем двойного оборота (PathDelayValue, PDV). Время двойного оборота в сети определяется максимальной длиной сети, а также устройствами (концентраторами, повторителями), вносящими задержку в распространение сигнала. Минимальное время, необходимое для передачи кадра Ethernet, зависит от скорости передачи и длины кадра. Все параметры протокола Ethernet подобраны таким образом, чтобы при нормальной работе узлов сети коллизии всегда четко распознавались.

Так, для сетей FastEthernet, построенных на витой паре и концентраторе, максимальное расстояние между станцией и концентратором не должно превосходить 100м, а между любыми двумя станциями сети должно быть не более четырех концентраторов (правило четырех хабов).

Из описания метода коллективного доступа к общей шине и механизма реагирования на коллизии видно, что вероятность того, что станция может получить в свое распоряжение общую шину для передачи данных, зависит от загруженности сети, то есть от того, насколько часто возникает потребность у станций в передаче кадров. При значительной загруженности сети возрастает вероятность возникновения коллизий, и полезная пропускная способность сети Ethernet падает из-за повторных попыток передачи одних и тех же кадров. Следует отметить, что метод доступа CSMA/CD вообще не гарантирует станции, что она когда-либо сможет получить доступ к среде. Конечно, при небольшом сетевом трафике вероятность такого поворота событий невелика, но если сетевой трафик приближается к максимальной пропускной способности сети, подобное становится очень вероятным. Для характеристики загруженности сети вводят понятие коэффициента загруженности (использования) сети. Коэффициент загруженности сети определяется как отношение трафика, передаваемого по сети, к ее максимальной пропускной способности.

Для сетей FastEthenet максимальная пропускная способность равна 100Мбит/с (200 Мбит/с в полнодуплексном режиме), а трафик, передаваемый по сети, равен сумме интенсивностей трафиков, генерируемых каждым клиентом сети.

Говоря о максимальной пропускной способности сети, следует различать полезную и полную пропускную способность. Под полезной пропускной способностью понимается скорость передачи полезной информации, объем которой всегда несколько меньше полной передаваемой информации, так как каждый передаваемый кадр содержит служебную информацию, гарантирующую его правильную доставку адресату.

Отличие полезной пропускной способности от полной пропускной способности зависит от длины кадра.

Так как доля служебной информации всегда одна и та же, то, чем меньше общий размер кадра, тем выше «накладные расходы». Служебная информация в кадрах Ethernet составляет 18 байт (без преамбулы), а размер поля данных кадра меняется от 46 до 1500 байт.

Сам размер кадра меняется:

от 46 + 18 = 64 байт до 1500 + 18 = 1518 байт.

Поэтому для кадра минимальной длины полезная информация составляет всего лишь 46/64 = 0,72 от общей передаваемой информации, а для кадра максимальной длины 1500/1518 = 0,99 от общей информации.

Чтобы рассчитать полезную пропускную способность сети для кадров максимального и минимального размера, необходимо учесть различную частоту следования кадров. Естественно, что, чем меньше размер кадров, тем больше таких кадров будет проходить по сети за единицу времени, перенося с собой большее количество служебной информации.

Так, для передачи кадра минимального размера, который вместе с преамбулой имеет длину 72 байта, или 576 бит, потребуется время, равное 576 bt, а если учесть межкадровый интервал в 96 bt то получим, что период следования кадров составит 672 bt.

При скорости передачи в 100 Мбит/с это соответствует времени 6,72 мкс. Тогда частота следования кадров, то есть количество кадров, проходящих по сети за 1 секунду, составит 1/6,72 мкс = 148 809 кадр/с.

При передаче кадра максимального размера, который вместе с преамбулой имеет длину 1526 байт или 12208 бит, период следования составляет 12 208 bt + 96 bt = 12 304 bt, а частота кадров при скорости передачи 100 Мбит/с составит 1/123,04 мкс = 8127 кадр/с.

Зная частоту следования кадров и размер полезной информации, переносимой каждым кадром, нетрудно рассчитать полезную пропускную способность сети.

Для кадра минимальной длины полезная пропускная способность равна 46 байт/кадр 148 809 кадр/с = 54,76 Мбит/с, что составляет лишь немногим больше половины от общей максимальной пропускной способности сети.

Для кадра максимального размера полезная пропускная способность сети равна 1500 байт/кадр 8127 кадр/с = 97,52 Мбит/с.

Таким образом, в сети FastEthernet полезная пропускная способность может меняться в зависимости от размера передаваемых кадров от 54,76 до 97,52 Мбит/с, а частота следования кадров изменяется в диапазоне от 8127 до 148 809 кадр/с.

3.2 Расчет степени использования канала.

В условиях стремительного роста интенсивности информационного обмена в современных сетях часто возникает необходимость в применении научно обоснованных методов предсказания последствий изменений в сети, смены топологии сети и т.д.

Для проведения расчета степени использования канала необходимо определить, что, собственно, входит в состав этой системы и то, какие параметры подлежат оценке.

- стационарная вероятность пребывания n требований в системе

- интенсивность поступления требований (величина, обратная среднему интервалу времени между моментами поступления)

- скорость обслуживания (величина, обратная среднему времени обслуживания)

- среднее число требований в системе

- среднее число требований, ожидающих в очереди

- среднее время пребывания требований в системе

- среднее время, которое требование ожидает в очереди

Используя в нашем расчете минимальную (64 байта) и максимальную (1500 байт) длину кадра, также принимая для расчета скорости работы канала равные 10, 20, 30, 40, 100, 200, 300, 400 Мбит/с. и интенсивность поступления кадров от каждой персональной машины равной 30 кадрам в секунду определим:

Min длина кадра равна 64 байта=64*8=512 бит

Max длина кадра равна 1500 байт=1500*8=12000 бит

У нас имеется 2 виртуальных канала (VLAN 1 и VLAN 2).

К первому виртуальному каналу подключены 60 компьютеров.

Ко второму виртуальному каналу подключены 40 компьютеров.

Тогда интенсивность поступления кадров будет: