Как рассчитать пропускную способность сети ethernet

Обновлено: 07.07.2024

Есть ли связь между номинальной скоростью протокола и формулой Найквиста, т.е можно ли рассчитать скорость протокола по формуле Найквиста? Поясню.

1.Есть технология Fast Ethernet 100 Мбит/с. Возьмем спецификацию 100Base-TX. Cреда передачи - витая пара 5 кат. с полосой пропускания 100 МГц. Способ физического кодирования MLT-3, логического - 4b/5b. Как рассчитать пропускную способность по формуле C = 2*F*log₂ M? F - полоса пропускания UTP 5 кат. = 100 МГц, M - кол-во различимых состояний сигнала
(у MLT-3 -> 3 состояния и логическое кодирование - 4b/5b).
Если считать, что за 1 такт передаётся 0,8 бит, значит Проп.Способ. = 2*100*0,8 = 160 Мбит/с. И что это?!
Скорость технологии = 100 Мбит/с. Я что-то неправильно посчитал, или формула Найквиста не подходит?

2.Как известно, технология Fast Ethernet использует дуплексный режим, когда данные в одну сторону передаются по одной витой паре, а в противоположную - по другой. 100 Мбит/с - скорость дуплексная? Если да, то тогда скорость передачи в каждую сторону = 50 Мбит/с. Или 100 Мбит/с - это скорость одной пары(полудуплексная)? Тогда дуплексная скорость = 100*2=200 Мбит/с. Это тоже не соответствует формуле Найквиста. Тогда как правильно считать?

3.Тоже самое, в отношении Gigabit Ethernet. Номинальная скорость GE = 1000 Мбит/с. Как рассчитать по формуле Найквиста?
Если взять спецификацию 1000Base-T, то так: C = 2*F*log₂ M = 2 * 100 МГц (полоса проп. UTP 5 кат.) * log₂ 5 (способ кодирования PAM5) = 200*2,32 = 464 Мбит/с. Это что за скорость?

Можно эти скорости рассчитать по-другому: использовать тактовую частоту, число бит за один такт, число пар кабеля. Но это не по формуле Найквиста.

__________________
Помощь в написании контрольных, курсовых и дипломных работ здесь

Расчет пропускной способности на коммутаторе
Привет всем! Возник вопрос, как рассчитать пропускную способность на каждый порт коммутатора. Если.

Использование резервных линий для повышения пропускной способности
Здравствуйте! Ребят, скажите пожалуйста, как на практике используют резервные линии для повышения.

Объединение нескольких соединений для увеличения пропускной способности
Добрый день. В нашем регионе максимально доступная скорость глобального интернета составляет 500.

Увеличение пропускной способности сети
Люди добрые помогите!!Есть 3 коммутатора Dlink-1026g с 2 Gigabit-портами.Есть 2 сервакa с Gigabit.

Это вам для повышения личной образованности или к весне учебные хвосты отрастают?

Стандартизацией технологий локальных сетей занимается Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике, или, сокращенно IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers ). Стандарты, разрабатываемые этой организацией, имеют определенную нумерацию.

Группа стандартов, имеющих отношение к локальным сетям, имеет номер 802 – по номеру рабочей группы, которая еще в 80-х годах начала заниматься стандартизацией ЛВС . Сегодня в группу 802 входит множество подгрупп, среди которых можно отметить IEEE 802.3 , занимающуюся разработкой стандартов Ethernet -сетей, использующих метод доступа к среде CSMA/CD .

Технология Ethernet получила свое название благодаря своему создателю – Роберту Меткалфу. Он и его коллеги занимались работой над сетевыми технологиями в одной из лабораторий Xerox больше тридцати лет тому назад.

1.1.1. Общие характеристики сети 100Base-TX, Gigabit Ethernet

В качестве сред передачи данных разные версии Ethernet используют коаксиальный кабель , витую пару и оптоволокно . Сети на коаксиале морально устарели (хотя они все еще существуют), оптоволокно (наилучший по скорости и помехоустойчивости вариант) слишком дорого для широкого распространения, а витая пара стала самой распространенной средой передачи данных для локальных сетей.

Группа спецификаций IEEE 802.3 включает в себя немало стандартов, среди которых мы отметим несколько.

100Base-TX – наиболее актуальный для небольших локальных сетей. Эту технологию называют еще Fast Ethernet или 100 Mbit- Ethernet . Данное наименование может относиться и к другим реализациям Ethernet , но здесь под Fast Ethernet мы подразумеваем именно 100Base-TX .

Пропускная способность такой сети равняется 100 Мбит/с, в качестве среды передачи данных используется витая пара – в частности, для небольших локальных сетей наиболее актуально применение неэкранированной витой пары 5-й категории, так же возможно использование экранированной витой пары.

Gigabit Ethernet – гигабитный Ethernet – локальная сеть с пропускной способностью 1000 Мбит/с. Оборудование для этого вида Ethernet -сетей пока еще достаточно дорого, хотя вполне доступно. Существуют несколько вариантов Gigabit Ethernet - 1000Base-X, 1000Base-LX, 1000Base-SX, 1000Base-CX, 1000Base-T. В качестве физической среды передачи данных он может использовать ту же витую пару 5-й категории, что и Fast Ethernet , однако для подобной сети лучше всего подходят оптоволоконные линии связи.

1.1.2. Пропускная способность локальной сети

Пропускной способностью называется скорость передачи данных по линии связи. Единица измерения пропускной способности сети – бит в секунду. Существуют и альтернативные единицы измерения – например – пакет в секунду. Бит, как наименьшая единица информации, может принимать всего два значения – единица или ноль. Современные линии связи позволяют достигать очень высоких скоростей передачи данных и для удобства используют производные единицы измерения скорости – килобит в секунду (Кбит/с), мегабит в секунду (Мбит/с), гигабит в секунду (Гбит/с) и так далее.

"Сетевые" килобиты и мегабиты соответствуют традиционным метрическим величинам, принятым в других отраслях науки. То есть 1 Кбит/с соответствует 1000 Бит/с.

Для многих из нас удобнее работать с обычными "компьютерными" единицами количества информации, чем с метрическими. Для того, чтобы перейти от мегабитов и килобитов к мегабайтам и килобайтам нужно руководствоваться следующими соображениями. Во-первых, один байт равен восьми битам, а во-вторых, килобайт равен 1024 байтам, мегабайт 1024 килобайтам и так далее. То есть для того, чтобы перевести пропускную способность 100-мегабитной линии связи в мегабайты надо найти количество байтов, соответствующее 100 мегабитам и два раза разделить полученное значение на 1024. Считаем. 100 Мбит/с – это 100 000 000 Бит/с или 12 500 000 Байт/с (100 000 000/8). Теперь переходим к килобайтам в секунду. 12 500 000/1024=12207 Кб/с. Делим полученное значение в килобайтах на 1024 и получаем 11,9 Мб/с. Получается, что 100 Мбит/с – это примерно 12 Мбайт/с.

Говоря о пропускной способности линии связи надо учитывать, что она редко достигает максимальных для какой-либо технологии значения по причинам помех в линиях связи, ошибок в работе оборудования и так далее. Так же надо учитывать, что часть пропускной способности тратится на передачу служебной информации – в результате, например, линия связи с теоретической пропускной способностью в 12 Мбайт/с может передавать полезные данные со скоростью на несколько Мбайт/с меньшей, чем эта величина.

Прежде чем говорить о других свойствах сети, обсудим метод доступа к среде передачи данных , который в ней используется.

1.1.3. CSMA/CD

Выше мы упоминали метод доступа к среде передачи данных CSMA/CD , который используется в Ethernet -сетях.

CSMA/CD расшифровывается как Carrier Sense Multiply Access with Collision Detection - метод коллективного доступа с опознанием несущей и обнаружением коллизий. CSMA/CD используется в сетях с общей средой передачи данных – в случае с Ethernet – это кабель . Все компьютеры, подключенные к сети, могут принимать сигналы друг от друга, но одновременно обмениваться данными могут лишь два компьютера.

Для того, чтобы лучше понять, как же работает метод доступа CSMA/CD , попытаемся представить себе небольшую Ethernet -сеть из 8 компьютеров в виде комнаты, где разместились 8 человек, которые хотят пообщаться. Среда передачи данных – это воздух комнаты, посредством которого распространяются звуки, произносимые людьми. Одновременно могут общаться лишь два человека – если в маленькой комнатке одновременно начнут разговаривать несколько человек – да еще и в полный голос – всем придется туго – разобрать кто что сказал станет довольно сложно. А если в разговор двух людей случайно вклинится еще кто-нибудь – разговора может и не получиться – слова будут заглушены нежданным собеседником, их придется повторять или даже начинать разговор заново. Но в нашей воображаемой комнате существуют правила – двое могут непрерывно общаться лишь определенное время, замолкая после этого и давая возможность поговорить другим.

Точно так же и в случае с CSMA/CD – когда два компьютера общаются, остальные молчат. Когда эти компьютеры замолкают, другие могут начать разговор. Причем, в сети возможны исключительные ситуации – так называемые коллизии. Они случаются, например, если два компьютера одновременно начали передачу данных другим компьютерам. Сигналы в сети смешиваются, и на короткое время в сети возникает "молчание", после которого опять начинается передача данных. Понятно, что если в сети будет неисправная сетевая карта , которая будет непрерывно посылать в сеть сигналы (ее можно сравнить с участником вышеописанной беседы, который без остановки что-то кричит), работа сети будет остановлена.

Это очень упрощенное описание CSMA/CD , которое, однако, дает достаточно полное представление об этом методе доступа к среде и об особенностях работы Ethernet -сети. А теперь давайте рассмотрим еще некоторые характеристики Ethernet -сети.

1.1.4. Ограничения стандарта 100Base-TX

Стандарт 100Base-TX имеет определенные ограничения на структуру сети, построенной в соответствии с ним.

В частности, стандарт вводит ограничение на длину сегмента сети в 100 метров (на самом деле эта длина ограничена 94 метрами, но мы здесь и далее будем использовать круглую цифру 100). То есть, вы можете подключить к коммутатору несколько компьютеров кабелями , длина каждого из которых составляет 100 метров.

В стандарте существует такое понятие, как домен коллизий – сегмент сети, все узлы которого способны распознать коллизию независимо от места в сети, где она произошла. Именно для того, чтобы узлы могли правильно распознавать коллизии, и вводится ограничение на длину кабелей .

1.2. Топологии локальных сетей

Топология – это способ связи нескольких компьютеров в сеть .

Простейшая топология локальной сети – это связь двух компьютеров. Такую сеть можно организовать и по стандартам Ethernet , соединив сетевые карты двух машин особым образом разведенным кабелем .

Итак, простейшая топология – это одна связь , соединяющая два узла сети. На такую топологию похожа кольцевая топология , все узлы которой соединены в кольцо. Данные в такой сети обычно передаются от компьютера к компьютеру в одном направлении. Еще одна топология носит название общая шина . Она свойственна устаревшим Ethernet -сетям, построенным на основе коаксиального кабеля .

В настоящий момент наибольшее распространение получила топология " звезда " (рис. 1.1.) - актуальна она и для Ethernet -сетей. В центре "звезды" находится хаб ( коммутатор , концентратор, повторитель ) от которого отходят провода, соединяющие его с компьютерами.

Звездообразная топология отличается от шинной повышенной надежностью. Если какая-нибудь связь в шинной топологии будет повреждена, то сеть будет разбита на два независимых сегмента. А повреждение кабеля при звездообразной организации сети ведет лишь к отключению от коммутатора одного из компьютеров.

Надо отметить, что коммутаторы (а также маршрутизаторы) могут объединяться, образуя таким образом топологию "иерархическая звезда " - несколько обычных "звезд", соединенных линиями связи.

Существуют и другие топологии . Например, для глобальных сетей характерна ячеистая топология , когда от одного узла сети связи могут идти к нескольким другим. Полный вариант ячеистой топологии – это полносвязная топология – когда каждый из узлов сети имеет интерфейсы для связи со всеми остальными.

В случае с вычислительными сетями известный постулат "время - деньги" звучит так: "скорость влетает в копеечку". Как рассчитать необходимую скорость канала связи, исходя из параметров локальной сети? ОЧЕРЕДЬ, АХ, ЭТА ОЧЕРЕДЬ.

В случае с вычислительными сетями известный постулат "время - деньги" звучит так: "скорость влетает в копеечку". Как рассчитать необходимую скорость канала связи, исходя из параметров локальной сети?

В последнее десятилетие число установленных локальных сетей увеличивалось с какой-то невообразимой скоростью. Сегодня сетевая рабочая станция - настолько же непременная принадлежность любого офиса, как, в свое время, пищущая машинка. По мере расцвета локальных сетей организации стали задумываться о том, как связать их между собой в сети глобальные. Сначала появились локальные мосты, потом - маршрутизаторы и мосты между удаленными друг от друга сетями. Тут уже понадобились средства связи для передачи информации от одной точки к другой.

Перед любым администратором, планирующим реализацию такой глобальной сети, с неизбежностью встает проблема выбора скорости передачи данных между связываемыми локальными сетями. Поскольку ежемесячная плата за цифровой канал обычно пропорциональна скорости передачи, завышение необходимой пропускной способности ведет к непроизводительным расходам средств. Помимо этого, выбрав линию с недостаточной пропускной способностью, администратор сети непременно навлечет на себя недовольство со стороны пользователей - канал не сможет обеспечить требуемые скорость и качество связи между локальными сетями.

Даже если администратор решит облегчить себе задачу, обратившись к использованию таких сетевых служб, как frame relay, это все равно не избавит его от необходимости выбрать оптимальную скорость работы канала между локальной сетью и сетью frame relay. Решение придется принимать и относительно CIR (Committed Information Rate).

Короче говоря, выбор оптимальной скорости работы глобальной сети - интересная задача, имеющая большое практическое значение. В данной статье рассказывается о том, как можно применить математический аппарат теории массового обслуживания для оптимизации скорости передачи в глобальной сети в различных условиях. Теория массового обслуживания предоставляет нам инструментарий анализа влияния скорости передачи в глобальной сети на производительность канала связи между локальными сетями. Подобный анализ позволяет вычислить необходимую скорость работы глобальной сети, исходя из требований локальной сети пользователя.

ОЧЕРЕДЬ, АХ, ЭТА ОЧЕРЕДЬ.

Любая очередь включает в себя несколько составляющих. Во-первых, имеется некий входной процесс - приход клиентов, поступление больных, прибытие кадров данных. Во-вторых, каждый из поступивших объектов некоторым образом обслуживается: пассажир покупает билет в кассе, а кадр данных преобразуется из формата Ethernet в формат кадра данных протокола канального уровня в маршрутизаторе или мосте (после такого преобразования кадр данных можно передавать через глобальную сеть).

Такая система носит название одноканальной однофазной системы очередей. Она состоит из одной очереди и одного устройства обслуживания. Термин "одноканальная" говорит о том, что к устройству обслуживания ведет только один путь; термин "однофазная" означает, что обслуживание совершается в одном месте и в одну стадию. Например, двухпортовый мост, один порт которого подключен к локальной сети, а другой - к глобальной сети, представляет собой пример одноканальной однофазной системы очередей.

СДВИГ ПО ФАЗЕ

Информационная структура, где две локальные сети соединены между собой каналом связи глобальной сети, больше похожа на систему очередей другого типа, именуемого одноканальной двухфазной системой. На Рис. 1 показана схема соединения двух локальных сетей при помощи мостов или маршрутизаторов. Обратите внимание, что для передачи кадра данных от одной локальной сети к другой он должен быть обслужен двумя устройствами (в данном случае двумя мостами или двумя маршрутизаторами), поэтому такая схема может быть описана в рамках одноканальной многофазной модели. (Описание потока данных от одной локальной сети к другой в рамках одноканальной многофазной модели является математически корректным, однако так ли уж необходимо работать именно в рамках такой модели? Ответить на этот вопрос помогает анализ потока данных от одной сети к другой.)

(1х1)

Рисунок 1.
Наиболее узкое место информационного потока между двумя удаленными друг от друга локальными сетями - канал связи глобальной сети, пропускная способность которого обычно существенно меньше скорости работы локальной сети.

Возвращаясь к Рис. 1, представим себе, что рабочая станция сети Token Ring передает кадр данных в сеть Ethernet. Передаваемый кадр вначале "путешествует" из сегмента сети к мосту или маршрутизатору с той скоростью, на которой работает сеть (4 или 16 Мбит/с). Попав в маршрутизатор или мост, кадр копируется из сети в буфер устройства, преобразуется в другой формат, а затем (при наличии свободного канала) передается через глобальную сеть со скоростью, гораздо меньшей, чем та, с которой кадр передавался из локальной сети на устройство маршрутизации. Если непосредственно перед текущим кадром на сетевое устройство попал другой кадр, то нашему кадру придется подождать (в буфере), до тех пор пока предыдущий кадр не будет обслужен. Время обслуживания текущего кадра зависит от того, сколько кадров пришло на сетевое устройство непосредственно перед текущим: чем больше таких кадров, тем дольше время ожидания.

Рассмотрим теперь, как выполняется обслуживание кадра на противоположном конце канала глобальной сети. Поступая из глобальной сети на мост/маршрутизатор, кадр преобразуется к формату локальной сети и передается в локальную сеть. Поскольку скорость передачи информации по глобальной сети всегда ниже скоростей передачи кадров в локальной, никаких очередей при таком обслуживании не возникает, стало быть основной вклад во время обслуживания кадра на втором мосте/маршрутизаторе вносит само устройство. И это лишь малая доля от времени задержки кадров на первом мосте/маршрутизаторе. Отсюда следует, что для описания двухточечных линий связи между локальными сетями можно спокойно использовать одноканальную однофазную модель.

ПРИМЕНЕНИЕ ТЕОРИИ МАССОВОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ

Используя математический аппарат теории массового обслуживания, можно вычислить зависимость времени передачи кадров от скорости работы глобальной сети без подключения к реальным каналам. Такие вычисления позволяют ответить на множество вопросов относительно производительности сети; благодаря им становится понятным, каково среднее время задержки кадров на мосте/маршрутизаторе, как может повлиять на величину этих задержек рост скорости работы канала связи глобальной сети и при каких условиях рост скорости обмена информацией по каналам глобальной сети не приводит к существенному увеличению производительности моста/маршрутизатора. Рассмотрим конкретный пример, показывающий, как теория массового обслуживания позволяет ответить на эти вопросы.

Представьте себе, что вам необходимо соединить две удаленные друг от друга локальные сети (одна из которых - Token Ring, а другая - Ethernet) при помощи двух маршрутизаторов (см. Рис. 1). Согласно оценкам, суммарный трафик между сетями составляет 16000 кадров в день, а средняя длина кадра равна 1250 байтам.

Чтобы использовать теорию массового обслуживания, необходимо знать соотношение между скоростью поступления "заказов" и скоростью обслуживания. Скорость поступления заказов может быть вычислена исходя из интенсивности трафика. Например, если обе локальные сети находятся в одном и том же часовом поясе, а продолжительность рабочего дня составляет восемь часов, то трафик интенсивностью 16000 кадров в день соответствует интенсивности поступления заказов, равной 0,556 кадров в секунду. В нашем случае скорость поступления заказов характеризует среднюю скорость поступления кадров на устройство обслуживания.

Преобразование кадров к формату глобальной сети обычно состоит в добавлении заголовка и хвостовой части к кадрам формата локальной сети. Для примера предположим, что к среднему кадру локальной сети добавляется 25 байт, в результате средняя длина кадра глобальной сети составит 1275 байт.

Для подсчета скорости обслуживания следует задаться определенным значением скорости работы глобальной сети. При этом совершенно неважно, насколько близка к оптимальной взятая в качестве начального приближения скорость обмена информацией по глобальной сети, поскольку все вычисления легко повторить для другого значения скорости. Для начала примем скорость обмена информацией равной 19200 бит/с. Тогда время, необходимое для передачи одного кадра длиной 1275 байт, составит 0,53 секунды.

Время передачи кадра отождествляется с ожидаемым временем обслуживания. Ожидаемое время обслуживания равно 0,53 секунды, откуда получаем, что средняя скорость обслуживания (величина, обратная к ожидаемому времени обслуживания) составляет 1,887 кадров в секунду (см. Рис. 2).

(1х1)

Рисунок 2.
Среднее время обслуживания зависит от средней длины кадра и скорости работы линии.

Продолжим рассмотрение нашего примера. Если 16000 кадров за восьмичасовой рабочий день - это максимальный трафик, который можно ожидать для любого из двух направлений, то требуемая скорость работы глобальной сети рассчитывается на основе информации о трафике, передаваемом в любом из двух направлений. Поскольку в полнодуплексной линии связи скорости передачи информации в обоих направлениях равны друг другу, то нам не придется повторять расчет для передачи данных в обратном направлении. Таким образом, подсчитав скорость работы канала связи, необходимую для обработки ожидаемого максимального трафика, мы автоматически определим требуемое значение скорости передачи информации в обоих направлениях.

Если средняя скорость обслуживания превосходит среднюю скорость поступления заказов (как это имеет место в нашем случае), то никаких очередей не возникает: канал связи глобальной сети, работающий со скоростью 19200 бит/с, для нашей конфигурации более чем достаточен. Не следует, однако, забывать, что скорость поступления заказов - это средняя по времени величина. Бывает (например при передаче файлов), что рабочие станции выдают данные крупными порциями, интенсивность которых превосходит возможности маршрутизатора. Когда такое случается, маршрутизатор копирует все необходимые кадры из сети в свой буфер, где они и пребывают до тех пор, пока маршрутизатор не преобразует их в кадры глобальной сети и не передаст по глобальной сети. Теория массового обслуживания позволяет оценить задержку проходящих через маршрутизатор кадров, исходя из скорости работы линии связи; при необходимости, скорость передачи данных по линии можно изменить.

Степень использования технических возможностей обслуживающего устройства (в нашем случае степень использования маршрутизатора или моста - P) в одноканальной однофазной системе можно определить, поделив среднюю скорость поступления заказов на среднюю скорость обслуживания. В предыдущем примере P равно частному от деления 0,556 на 1,887, то есть 0,295. Таким образом, при использовании канала связи пропускной способностью 19200 бит/с средняя степень применения обслуживающего устройства составляет примерно 30%. Зная степень использования обслуживающего устройства, довольно легко определить вероятность отсутствия заказов (обслуживаемых кадров) в данный момент времени. Эта вероятность, обозначенная нами как P0, равна единице минус степень использования канала (P0 = 1 - P).

Подставляя числа, полученные для маршрутизатора, подключенного к каналу с пропускной способностью 19300 Кбит/с (P0 = 1 - 0,295 = 0,695), определяем, что вероятность отсутствия очереди кадров в маршрутизаторе составляет 69,5%.

ОБНАРУЖЕНИЕ КАДРОВ

Получив некоторые сведения относительно степени использования обслуживающего устройства, выясним теперь, каким образом кадры скапливаются в очередях и как влияют связанные с этими очередями задержки на процесс передачи кадров от одной локальной сети к другой.

В теории массового обслуживания среднее число объектов (unit) в системе обычно обозначается L, а среднее число объектов в очереди - Lq. Для одноканальной однофазной системы, L равняется средней скорости поступления заказов, деленной на разность между средней скоростью обслуживания и скоростью поступления заказов.

В нашем примере значение L дает ожидаемое число кадров, находящихся в маршрутизаторе или передаваемых по глобальной сети. Поделим скорость поступления заказов (0,556) на разность между скоростью поступления заказов и скоростью обслуживания (1,887 - 0,556). В этом случае значение L равно 0,418.

Таким образом, в буфере маршрутизатора и линии связи в любой момент находится чуть больше 40% одного кадра. Чтобы определить среднее число объектов в очереди (Lq), перемножим степень использования обслуживающего устройства (P = 0,295) на число объектов в системе (L = 0,418). Наша система обрабатывает кадры данных, поэтому длина очереди равна 0,123 кадра.

Итак, в любой момент времени в очереди маршрутизатора нашей сети (пропускная способность глобальной сети 19200 бит/с, интенсивность трафика 16000 кадров в день) находится 0,123 кадра. Чуть выше мы выяснили, что общее число кадров в системе составляет 0,418, поэтому разность этих величин (0,418 минус 0,123), равная 0,295, дает нам число кадров, передаваемых в данный момент времени по каналу глобальной сети.

РАСЧЕТ ВРЕМЕНИ

Теория массового обслуживания позволяет рассчитать среднее время нахождения объекта в системе (W) и среднее время ожидания в очереди (Wq).

Среднее время нахождения в системе представляет собой величину, обратную разнице между скоростью обслуживания и скоростью поступления заказов. Подставив числа из нашего примера, найдем, что в данном случае каждый кадр проводит в системе в среднем 0,75 секунд.

Таким образом, можно ожидать, что вызванная наличием очередей задержка кадров при передаче по линии пропускной способностью 19200 бит/с составит в среднем 0,75 секунд. Хорошо это или плохо? Все зависит от того, какого рода информацию переносят кадры. Например, если канал связи используется преимущественно для передачи электронной почты или загрузки файлов, то такая задержка будет, скорее всего, совершенно незаметна. С другой стороны, если речь идет об интерактивном обмене запросами и ответами, то задержка в три четверти секунды довольно существенна. Заметим вдобавок, что подсчитанная нами задержка кадров при передаче составляет лишь часть полного времени ответа удаленной системы. Чтобы вычислить этот параметр, надо ко времени задержки при передаче добавить время доступа к данным на удаленном компьютере и задержку, связанную с передачей ответа на запрос.

Очереди в системе можно охарактеризовать еще одним параметром, а именно временем ожидания. В нашем случае значение Wq равно произведению времени ожидания в системе на степень использования обслуживающего устройства. Таким образом, для нашей сети Wq равно 0,221 секунд.

Как было подсчитано выше, ожидаемое время нахождения кадра в системе составляет 0,75 секунд. Сюда входит время ожидания в очереди и время передачи по линиям связи. Только что мы видели, что время ожидания равно 0,221 секунд. Разность между этими значениями (0,75 минус 0,221, или примерно 0,53) дает время, затрачиваемое на передачу одного кадра по каналу глобальной сети пропускной способностью 19200 бит/с.

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА

Далеко не каждый будет рад предложению много раз проделать одни и те же выкладки. К счастью, расчеты по теории массового обслуживания легко поддаются автоматизации. В частности, для автоматизации расчетов можно использовать электронные таблицы Lotus (см. Таблицу 1, где приведены значения восьми параметров теории массового обслуживания для 14 скоростей работы канала связи). Пользователь должен ввести значения трех переменных. В нашем случае пришлось задать число кадров в день (16000), среднюю длину кадра (1275) и продолжительность рабочего дня в часах (8).

Рассмотрим вначале колонку "Скорость линии в бит/с". Отметим, что значения 9600 и 19200 бит/с соответствуют наиболее распространенным аналоговым и цифровым арендованным линиям, в то время как скорости выше 56000 бит/с соответствуют цифровым линиям разных типов; все они представляют собой неполные каналы T-1. Поскольку часть общей пропускной способности T-1 (1,544 Мбит/с) используется для передачи служебной информации, в наших расчетах мы принимали пропускную способность этого канала равной 1536000 бит/с.

Каждая из прочих колонок по-своему интересна, однако поговорим пока только о трех из них. Содержимое двух из этих трех колонок, а именно "Степень использования канала" и "Вероятность отсутствия кадров в системе", позволит нам глубже вникнуть в суть процесса выбора оптимальной скорости работы канала. Для начала определим суммарное время ожидания: при 19200 бит/с этот параметр равен 0,75 секунд, при 64 Кбит/с - 0,17 секунд, а при 128 Кбит/с - 0,08 сек. Повышение пропускной способности глобальной сети с 19200 до 56000 бит/с приводит к снижению времени ожиданияпримерно на 0,55 секунд. С другой стороны, повышение пропускной способности с 64000 до 128000 бит/с уменьшает время ожидания всего на 0,09 секунд. В результате увеличение пропускной способности свыше 64000 бит/с приводит к незначительному выигрышу во времени ожидания.

Данные, содержащиеся в колонках "Степень использования канала" и "Вероятность отсутствия кадров в системе" Таблицы 1, представлены графически на Рис. 3. Эти графики со всей очевидностью указывают на то, что по мере уменьшения степени использования канала вероятность отсутствия кадров в системе быстро растет. Хорошо видно также, что при скоростях работы канала выше 128000 бит/с степень использования канала близка к нулю, а вероятность отсутствия кадров в системе равна практически единице.

(1x1)

Рисунок 3.
Закономерное уменьшение выигрыша во времени ожидания по мере роста пропускной способности особенно хорошо видно при сравнении производительности глобальной сети для каналов с разной пропускной способностью. При увеличении пропускной спосбности канала связи выше пятого уровня (128000 бит/с) вероятность отсутствия кадров в системе практически не растет.

Приведенный график иллюстрирует снижение выигрыша от установки скоростных линий с пропускной способностью выше 64000 бит/с. Подмеченная закономерность существенно упрощает выбор оптимальной пропускной способности канала глобальной сети. Ясно, что в нашем случае любой администратор сети выберет канал пропускной способностью не выше 128000 бит/с - в противном случае говорить о разумном использовании ресурсов глобальной сети не приходится. Тем не менее стоит запомнить, что теория массового обслуживания не панацея от всех бед - она просто позволяет оценить влияние пропускной способности канала глобальной сети на производительность локальной сети с учетом особенностей последней.

1. Условие задачи по вариантам представлено в таблице 3.3.

№ варианта	Размер поля данных	Тип кадра
Ethernet SNAP
802.3/LLC
Raw 802.3
Ethernet DIX
802.3/LLC
Raw 802.3
Ethernet SNAP
802.3/LLC
Ethernet DIX
Raw 802.3

2. Рассчитать производительность сети Ethernet при данных значениях размеров служебных полей кадра и поля данных.

3. Пример расчета пропускной способности сети Ethernet.

Условие: Тип кадра Raw 802.3

Размер поля данных 304

При размере поля данных 304 размер кадра вместе с преамбулой:

1) Размер кадра в байтах без поля данных (зависит от типа кадра):

6 байт DA + 6 байт SA + 2 байта L + 4 байта FCS + 7 байт преамбулы + 1 байт начального ограничителя = 26 байт

2) Размер кадра в байтах вместе с полем данных:

304 + 26 = 330 (байт)

3) Размер кадра в битах:

330 * 8 = 2640 (бит)

4) Период следования кадров:

2640 * 0,1 + 9,6 = 273,6 (мкс)

где 9,6 мкс – межкадровый интервал;

0,1 мкс – время передачи одного бита.

5) Количество кадров в секунду (максимально возможная пропускная способность):

1000000 / 273,6 = 3654,97 (кадр/с)

1 сек * 10 6 = 1000000 мкс

6) Максимально полезная пропускная способность в битах в секунду при данном размере кадра:

СП = 3654,97 * 304 * 8 = 8888887,04 (бит/с) = 8,8 (Мбит/с).

7) Коэффициент использования сети:

Ответ: При использовании кадров среднего размера с полем данных в 304 байт пропускная способность сети составит 8,8 Мбит/с, что близко к предельной пропускной способности в 10 Мбит/с.

Контрольные вопросы

Поясните различия кадров RAW 802.3 и DIX ___________

Какая информация помещается в поле DA?, для чего?

Какая информация помещается в поле DSAP?, для чего?

Какой аналог полей DSAP и SSAP в кадре Ethernet II ____

Поясните назначение преамбулы

Поясните назначение межкадрового интервала

Минимальный размер поля данных в кадре

Работа зачтена ______________ 20__ г

Задача №4

1. Выполнить расчет подсетей по варианту задания из таблицы 4.1 и доказать целесообразность их использования для сетей класса В и С.

Вариант	Сеть класса В	Сеть класса С
173.15.0.0	192.168.10.0
175.40.0.0	192.168.25.0
170.90.0.0	192.168.36.0
170.15.0.0	192.168.15.0
179.13.0.0	192.168.1.0
176.10.0.0	192.168.70.0
180.16.0.0	195.186.38.0
183.15.0.0	192.168.14.0
166.13.0.0	192.168.130.0
175.19.0.0	193.18.1.0
173.80.0.0	192.168.55.0
177.15.0.0	192.168.13.0
171.10.0.0	192.168.100.0
172.99.0.0	192.168.3.0

2. Каждая сеть разделена на 4 подсети соединенные маршрутизаторами, в каждой подсети 25 РС (узлов).

3. Определить IP-адреса подсетей, маску подсети.

4. Определить диапазон адресов в каждой подсети.

5. Вычислить широковещательные адреса каждой подсети.

6. Вычислить максимально возможное количество узлов в одной подсети.

7. Пример расчета подсетей для сети класса С.

1)Алгоритм решения задачи начинающего сетевого администратора

Записать условие задачи (сколько подсетей - n, компьютеров в каждой подсети - m, IP-адрес и класс адреса).
Вычислить количество бит для заданного количества подсетей.

где A – количество бит для заданного количества подсетей,

n – количество подсетей,

k – степень двойки;

2 – подсети, которые нельзя использовать: нулевая подсеть и подсеть «все единицы».

Записать адрес сети в двоичном виде, определить часть номера подсети.
Записать адрес n-ой подсети в двоичном и десятеричном представлении.
Вычислить и записать адрес 1-ого устройства (хоста).
Вычислить и записать адрес m-ого устройства.
Вычислить и записать адрес широковещания (в двоичном и десятеричном представлении).
Повторить пункты 4-7 для оставшихся подсетей.
Вычислить и записать маску подсети. Добавить к номеру подсети номер маски подсети.
Вычислить максимально возможное число узлов в каждой подсети.

где 32 – общее количество бит в IP-адресе;

2 – адреса, не использующиеся для адресации: адрес сети и адрес широковещания

№ подсети	Адрес подсети	Адрес 1-го хоста	Адрес m-го хоста	Адрес широковещания	Маска подсети	Максимально возможное число узлов в подсети
…	…	…	…	…	…	…

Компания получила возможность создать LAN класса «С» с IP-адресом 192.168.1.0.

Компании требуется, чтобы данная сеть была разделена на 2 подсети, соединенных маршрутизаторами, в каждой из которых было бы, как минимум, 60 PC.

Количество бит для заданного количества подсетей:

11000000 10101000 00000001 00000000

№ сети для класса С № узла

биты под подсеть (2 бита)

11000000 10101000 00000001 01000000

Адрес 1-ой подсети в десятичном представлении:

Адрес 1-ого устройства (хоста):

65 + (m – 1) = 65 + 59 = 124

Адрес 60-ого устройства (хоста):

Адрес широковещания в двоичном представлении (в № узла все единицы):

11000000 10101000 00000001 01111111

Адрес широковещания в десятеричном представлении:

11000000 10101000 00000001 10000000

Адрес 2-ой подсети в десятичном представлении:

Вычисление адреса 1-ого устройства (узла, хоста):

Адрес 1-ого устройства (хоста):

Вычисление адреса 60-ого устройства (узла, хоста):

129 + (m – 1) = 129 + 59 = 188

Адрес 60-ого устройства (хоста):

Адрес широковещания в двоичном представлении (в № узла все единицы):

11000000 10101000 00000001 10111111

Адрес широковещания в десятеричном представлении:

Вычисляем маску подсети (подсчитываем количество бит, которое отводится на номер подсети):

Сеть класса С имеет маску 24 бита, добавляем ещё 2 бита под подсеть, получаем число маски N равное 26 бит:

Маска подсети в двоичном представлении (в номере подсети – все единицы, в номере узла – все нули):

11111111 11111111 11111111 11000000

Маска подсети в десятичном представлении:

Максимально возможное число узлов в каждой подсети (двойку возводим в степень, равную количеству битов, отведенных для номера узла, и отнимаем 2 адреса – адрес сети (все нули) и адрес широковещания (все единицы)):

m = 2 32-26 – 2 = 2 6 – 2 = 64 – 2 = 62.

Контрольные вопросы к выполненной задаче:

1.Сколько бит необходимо выделить для создания адреса 4 подсетей возможных для использования?____

2.Какое максимальное число подсетей может быть получено в этом случае?_________________

3.Какое максимальное количество подсетей может быть использовано?_____________________

Читайте также: