Розрахунок корисною пропускну здатність мережі - інформатика, програмування
3.1 Розрахунок корисною пропускну здатність мережі.
В даний час термін Ethernet використовується для опису всіх локальних мереж, що використовують режим колективного доступу до середовища передачі даних з упізнанням несучої і виявленням колізій. Цей метод використовується в мережах, побудованих за логічною топології із загальною шиною. При такій топології всі комп'ютери локальної мережі мають безпосередній доступ до фізичної середовищі передачі даних (загальна шина), тому вона може бути використана для обміну даними між двома будь-якими вузлами мережі.
Одночасно (з урахуванням затримки поширення сигналу по фізичному середовищу) всі комп'ютери мережі мають можливість отримувати дані, які будь-який з комп'ютерів почав передавати на загальну шину. Кабель, до якого підключені всі комп'ютери, працює в режимі колективного доступу. У конкретний момент часу передавати дані на загальну шину може тільки один комп'ютер в мережі. При цьому всі комп'ютери мережі мають рівні права доступу до середовища. Щоб упорядкувати доступ комп'ютерів до загальної шині, використовується метод колективного доступу з упізнанням несучої і виявленням колізій (CSMA / CD).
Метод складається з двох частин:
Перша частина - CSMA визначає, яким чином комп'ютер отримує доступ до середовища. Для того щоб передати дані на загальну шину, комп'ютер спочатку слухає мережу, щоб визначити, чи не передаються в даний момент будь-які дані. У стандарті Ethernet ознакою вільної лінії є «тиша», тобто відсутність несучої. Якщо робоча станція виявляє має сигнал, то для неї це є ознакою зайнятості шини та передача даних відкладається, тобто станція переходить в режим очікування.
У стандарті Fast Ethernet ознакою вільного стану середовища є не відсутність сигналів на шині, а передача по ній спеціального Idle-символу відповідного надлишкового коду.
Після закінчення передачі кадру всі вузли мережі зобов'язані витримати паузу, звану міжкадрових інтервалом (Inter Packet Gap, IPG). Ця пауза необхідна для забезпечення рівних прав всіх станціях на передачу даних, то естьто є для запобігання монопольного захоплення однією станцією загальної шини і для приведення мережних адаптерів в початковий стан. Після закінчення паузи станції мережі визначають середу як вільну і можуть почати передачу даних. Тривалість межкадрового інтервалу для 10-мегабітного Ethernet становить 9,6 мкс, а для 100-мегабітного Fast Ethernet - в 10 разів менше, тобто 0,96 мкс. Міжкадровий інтервал в точності дорівнює часу, необхідному для передачі 12 байт або 96 біт. Якщо визначити в якості одиниці вимірювання тимчасового інтервалу час, необхідне для передачі одного біта - бітовий інтервал (bt), то міжкадровий інтервал дорівнює 96 bt. Такий спосіб визначення тимчасових інтервалів не залежить від швидкості передачі даних і часто використовується в стандарті Ethernet.
При описаному способі колективного доступу до середовища передачі даних можлива ситуація, коли кілька станцій одночасно вирішать, що шина є вільною, і почнуть передавати по ній свої дані. Така ситуація називається колізією (collision). При цьому вміст кадрів зіштовхується на загальній шині і відбувається спотворення інформації. В принципі, коллізія- це нормальна і неминуча ситуація в мережах Ethernet.
Колізія виникає не тільки в тому випадку, коли дві або більше станцій починають абсолютно одночасно передавати кадр на загальну шину, що практично нереально, але і коли одна станція починає передачу кадру, а до іншої станції цей кадр ще не встиг поширитися, і, вирішивши, що шина вільна, інша станція також починає передачу.
Коллізія- це наслідок розподіленого характеру мережі. Чим більше діаметр мережі, тобто відстань між двома найбільш віддаленими одна від одної станціями, тим більша ймовірність виникнення колізії в такій мережі.
Друга частина методу CSMA / CD - collision detect служить для вирішення конфліктних ситуацій, що виникають при колізіях. Всі вузли мережі повинні бути здатні розпізнати виникає колізію. Чітке розпізнавання колізій усіма станціями мережі є необхідною умовою коректної роботи мережі Ethernet. Якщо яка-небудь передавальна станція не розпізнає колізію і вирішить, що кадр даних переданий нею вірно, то цей кадр даних буде загублений.
Через накладення сигналів при колізії інформація кадру спотвориться і він буде відбракований приймаючої станцією (можливо, через розбіжність контрольної суми).
Швидше за все, перекручена інформація буде повторно передана яким-небудь протоколом верхнього рівня, наприклад транспортним або прикладним, працюючим із установленням з'єднання.
Але повторна передача повідомлення протоколами верхніх рівнів відбудеться через значно більш тривалий інтервал часу в порівнянні з мікросекундними інтервалами, якими оперує протокол Ethernet. Тому якщо колізії НЕ будуть надійно розпізнаватися вузлами мережі Ethernet, то це призведе до помітного зниження корисної пропускної здатності даної мережі.
Для того щоб мати можливість розпізнати колізію, кожна станція прослуховує мережу під час і після передачі пакета. Виявлення колізії засноване на порівнянні посилається станцією сигналу і реєстрованого сигналу. Якщо реєстрований сигнал відрізняється від переданого, то станція визначає цю ситуацію як колізію.
При виявленні колізії передавальною станцією вона перериває процес передачі кадру і посилає в мережу спеціальний 32-бітний сигнал, званий jam-послідовністю. Призначення цієї послідовності -повідомив всіх вузлів мережі про наявність колізії.
Після виникнення колізії станція, її виявила, робить паузу, після якої робить наступну спробу передати кадр. Пауза після колізії є випадкової і вибирається за наступним правилом:
t- інтервал відстрочки рівний 512bt, що при швидкості 100 Мбіт / с складе 5.12 мкс.
L- ціле випадкове число, вибране з діапазону []
N- номер повторної спроби передачі даного кадру.
Після першої спроби пауза може або відсутні, або складати один або два інтервали відстрочки. Після другої спроби пауза може або бути відсутнім, або бути рівною одному, двох, трьох або чотирьох інтервалах відстрочки. Після 10-ї спроби інтервал, з якого вибирається пауза, не збільшується. Таким чином, після десятої спроби передачі кадру випадкова пауза може приймати значення від 0 до 1024 512 bt = 524 288 bt.
Для стандарту Fast Ethernet це відповідає тимчасовому діапазону від 0 до 5.24 мс.
Передавач робить всього 16 послідовних спроб передачі кадру. Якщо всі спроби завершилися невдало, викликавши колізію, то передавач припиняє спроби передати даний кадр. Для надійного розпізнання колізій необхідно, щоб колізія була виявлена в процесі передачі кадру. У гіршому варіанті в конфлікт можуть вступити дві найбільш віддалені одна від одної станції.
Нехай перша станція, вирішивши, що шина вільна, починає передачу кадру. До найвіддаленішої від неї станції цей кадр дійде не миттєво, а через деякий проміжок часу t. Якщо в цей момент часу віддалена станція, також вирішивши, що шина вільна, починає передачу свого кадру, то виникає колізія. Спотворена інформація дійде до першої станції також через час t. Тому колізія буде виявлена першою станцією через час 2t після початку передачі нею кадру. До моменту виявлення колізії станція не повинна закінчити передачу кадру.
Звідси виходить просте співвідношення між часом, необхідним для передачі кадру мінімальної довжини і затримкою сигналу при розповсюдженні в мережі:
t- час поширення сигналу по мережі Ethernet.
Подвоєне час поширення сигналу називають часом подвійного обороту (Path Delay Value, PDV). Час подвійного обороту в мережі визначається максимальною довжиною мережі, а також пристроями (концентраторами, повторителями), що вносять затримку в поширення сигналу. Мінімальний час, необхідний для передачі кадру Ethernet, залежить від швидкості передачі і довжини кадру. Всі параметри протоколу Ethernet підібрані таким чином, щоб при нормальній роботі вузлів мережі колізії завжди чітко розпізнавалися.
Так, для мереж Fast Ethernet, побудованих на кручений парі і концентраторі, максимальна відстань між станцією і концентратором не повинно перевищувати 100м, а між будь-якими двома станціями мережі повинно бути не більше чотирьох концентраторів (правило чотирьох хабів).
З опису методу колективного доступу до загальної шини і механізму реагування на колізії видно, що ймовірність того, що станція може отримати в своє розпорядження загальну шину для передачі даних, залежить від завантаженості мережі, тобто від того, наскільки часто виникає потреба у станцій в передачі кадрів. При значну завантаженість мережі зростає ймовірність виникнення колізій, і корисна пропускна здатність мережі Ethernet падає через повторні спроб передачі одних і тих же кадрів. Слід зазначити, що метод доступу CSMA / CD взагалі не гарантує станції, що вона коли-небудь зможе отримати доступ до середовища. Звичайно, при невеликому мережевому трафіку ймовірність такого повороту подій невелика, але якщо мережевий трафік наближається до максимальної пропускної здатності мережі, подібне стає дуже ймовірним. Для характеристики завантаженості мережі вводять поняття коефіцієнта завантаженості (використання) мережі. Коефіцієнт завантаженості мережі визначається як відношення трафіку, що передається по мережі, до її максимальної пропускної здатності.
Для мереж Fast Ethenet максимальна пропускна здатність дорівнює 100Мбит / с (200 Мбіт / с в повнодуплексному режимі), а трафік, що передається по мережі, дорівнює сумі інтенсивностей трафіків, що генеруються кожним клієнтом мережі.
Відмінність корисної пропускної здатності від повної пропускної здатності залежить від довжини кадру.
Так як частка службової інформації завжди одна і та ж, то, чим менше загальний розмір кадру, тим вище «накладні витрати». Службова інформація в кадрах Ethernet становить 18 байт (без преамбули), а розмір поля даних кадру змінюється від 46 до 1500 байт.
Сам розмір кадру змінюється:
від 46 + 18 = 64 байт до 1500 + 18 = 1518 байт.
Тому для кадру мінімальної довжини корисна інформація становить всього лише 46/64 = 0,72 від загальної переданої інформації, а для кадру максимальної довжини 1500/1518 = 0,99 від загальної інформації.
Щоб розрахувати корисну пропускну здатність мережі для кадрів максимального і мінімального розміру, необхідно врахувати різну частоту проходження кадрів. Природно, що, чим менше розмір кадрів, тим більше таких кадрів буде проходити по мережі за одиницю часу, переносячи з собою більшу кількість службової інформації.
Так, для передачі кадру мінімального розміру, який разом з преамбулою має довжину 72 байта, або 576 біт, буде потрібно час, рівне 576 bt, а якщо врахувати міжкадровий інтервал в 96 bt то отримаємо, що період проходження кадрів складе 672 bt.
При швидкості передачі в 100 Мбіт / с це відповідає часу 6,72 мкс. Тоді частота проходження кадрів, тобто кількість кадрів, що проходять по мережі за 1 секунду, складе 1 / 6,72 мкс = 148 809 кадр / с.
При передачі кадру максимального розміру, який разом з преамбулою має довжину тисяча п'ятсот двадцять шість байт або 12208 біт, період проходження становить 12 208 bt + 96 bt = 12 304 bt, а частота кадрів при швидкості передачі 100 Мбіт / с складе 1 / 123,04 мкс = 8127 кадр / с.
Знаючи частоту проходження кадрів і розмір корисної інформації, яку переносять кожним кадром, неважко розрахувати корисну пропускну здатність мережі.
Для кадру мінімальної довжини корисна пропускна здатність дорівнює 46 байт / кадр 148 809 кадр / с = 54,76 Мбіт / с, що становить лише трохи більше половини від загальної максимальної пропускної здатності мережі.
Для кадру максимального розміру корисна пропускна здатність мережі дорівнює 1500 байт / кадр 8127 кадр / с = 97,52 Мбіт / с.
Таким чином, в мережі Fast Ethernet корисна пропускна здатність може змінюватися в залежності від розміру переданих кадрів від 54,76 до 97,52 Мбіт / с, а частота проходження кадрів змінюється в діапазоні від 8127 до 148 809 кадр / с.
Інформація про роботу «Проектування локально-обчислювальної мережі»
на основі TCP / IP, інформація передається у вигляді дискретних блоків, званих IP-пакетами (IP packets) або IP-дейтаграммами (IP datagrams). Завдяки програмному забезпеченню TCP / IP всі комп'ютери, підключені до обчислювальної мережі, стають "близькими родичами". По суті воно приховує маршрутизатори та базову архітектуру мереж і робить так, що все це виглядає як одна велика мережа.
у технології Fast Ethernet існує зворотна сумісність, яка дозволяє використовувати різні конфігурації Ethernet спільно в одній мережі, в ряді випадків навіть не змінюючи існуючу кабельну систему. 2.4 Логічне проектування ЛВС Щоб ЛВС управління систем зв'язку і телекомунікацій виконувала всі завдання, метою яких стала створення мережі, була обрана топологія "пасивна.
волоконно - оптичний кабель для зовнішньої прокладки бронир. 4 жив 50/125 многомод. ММ. Спосіб прокладки підземний. Розрахуємо довжину кабелю: L = 95 + 100 + 24 = 219м Комплектація сервера освітнього закладу. Kraftway Express Lite модель EL21 Конфігурація сервера Сервер побудований на основі серверної архітектури Intel з використанням серверного чіпсета Intel 3000 з частотою.
Switch'ей вибрано найбільш оптимальним способом, тобто так, щоб прокладка проектованої ЛВС була дешевше. 2.3 Перелік і характеристики обладнання, пов'язаного з прокладанням кабелів СКС, його розміщенням Структурована кабельна система (Structured Cabling System, SCS) - це набір комутаційних елементів (кабелів, роз'ємів, конекторів, кросових панелей і шаф), а також методика їх.