МАКСИМАЛЬНА ПРОДУКТИВНІСТЬ МЕРЕЖІ ETHERNET
Для комунікаційного устаткування найбільш важким режимом є обробка кадрів мінімальної довжини. Це зумовлено тим, що на обробку кожного кадру міст, комутатор чи маршрутизатор, витрачає приблизно той же час, пов'язаний з переглядом таблиці просування пакета, формуванням нового кадру (для маршрутизатора) і т.п. А кількість кадрів мінімальної довжини, що надходять на пристрій за одиницю часу, природно більша, ніж кадрів будь-якої іншої довжини. Інша характеристика продуктивності комунікаційного устаткування – біт за секунду – використовується рідше, тому що вона не говорить про те, якого розміру кадри при цьому обробляв пристрій, а на кадрах максимального розміру досягти високої продуктивності, вимірюваної в бітах за секунду набагато легше.
Використовуючи параметри, наведені в табл. 1, розрахуємо максимальну продуктивність сегмента Ethernet у таких одиницях, як число переданих кадрів (пакетів) мінімальної довжини в секунду.
При зазначенні пропускної здатності мереж терміни “кадр” і “пакет” звичайно використовуються як синоніми. Відповідно, аналогічними є й одиниці виміру продуктивності frаmes-per-second, fps і packets-per-second, pps.
Для розрахунку максимальної кількості кадрів мінімальної довжини, що проходять сегментом Ethernet, відзначимо, що розмір кадру мінімальної довжини разом із преамбулою складає 72 байта, або 576 біт, тому на його передачу витрачається 57,5 мкс. Додавши міжкадровий інтервал у 9,6 мкс, одержимо, що період проходження кадрів мінімальної довжини складає 67,1 мкс. Звідси максимально можлива пропускна здатність сегмента Ethernet складає 14 880 кадр/с.
Природно, що наявність у сегменті декількох вузлів знижує цю величину за рахунок очікування доступу до середовища, а також за рахунок колізій, що приводять до необхідності повторної передачі кадрів.
Кадри максимальної довжини технології Ethernet мають поле даних довжиною 1500 байт, що разом зі службовою інформацією дає 1518 байт, а з преамбулою складає 1526 байт, або 12 208 біт. Максимально можлива пропускна здатність сегмента Ethernet для кадрів максимальної довжини складає 813 кадр/с. Очевидно, що при роботі з великими кадрами навантаження на мости, комутатори і маршрутизатори досить відчутно знижується.
Тепер розрахуємо, якою максимальною корисною пропускною здатністю в бітах за секунду володіють сегменти Ethernet при використанні кадрів різного розміру.
Під корисною пропускною здатністю протоколу розуміється швидкість передачі користувацьких даних, що переносяться полем даних кадру. Ця пропускна здатність завжди менша номінальної бітової швидкості протоколу Ethernet за рахунок декількох факторів:
• службової інформації кадру;
• міжкадрових інтервалів (IPG);
• чекання доступу до середовища.
Для кадрів мінімальної довжини корисна пропускна здатність дорівнює:
Смін = 14880 х 46 х 8 = 5,48 Мбіт/с.
Це набагато менше 10 Мбіт/с, але варто врахувати, що кадри мінімальної довжини використовуються в основному для передачі квитанцій, так що до передачі файлів ця швидкість стосунку не має.
Для кадрів максимальної довжини корисна пропускна здатність дорівнює:
Смакс = 813 х 1500 х 8 = 9,76 Мбіт/с.,
що дуже близько до номінальної швидкості протоколу.
Ще раз підкреслимо, що такої швидкості можна досягти тільки в тому випадку, коли двом взаємодіючим вузлам у мережі Ethernet інші вузли не заважають, а це буває вкрай рідко.
При використанні кадрів середнього розміру з полем даних у 512 байт пропускна здатність мережі складе 9,29 Мбіт/с, що теж досить близько до граничної пропускної здатності в 10 Мбіт/с.
Відношення поточної пропускної здатності мережі до її максимальної пропускної здатності називається коефіцієнтом використання мережі (network utilization). При цьому при визначенні поточної пропускної здатності береться до уваги передача мережею будь-якої інформації, як користувацької, так і службової. Коефіцієнт є важливим показником для технологій розподілених середовищ, тому що при випадковому характері методу доступу високе значення коефіцієнта використання часто говорить про низьку корисну пропускну здатність мережі (тобто швидкості передачі користувацьких даних) – занадто багато часу вузли витрачають на процедуру одержання доступу і повторні передачі кадрів після колізій.
При відсутності колізій і чекання доступу коефіцієнт використання мережі залежить від розміру поля даних кадру і має максимальне значення 0,976 при передачі кадрів максимальної довжини. Очевидно, що в реальній мережі Ethernet середнє значення коефіцієнта використання мережі може значно відрізнятися від цієї величини.
