Відмінності між версіями «Вплив на продуктивність мережі типу комунікаційного протоколу і його параметрів»

Версія за 10:04, 11 грудня 2009

Завдання вибору комунікаційних протоколів може вирішуватися відносно незалежно для канального рівня із одного боку (Ethernet, TokenRing, FDDI, FastEthernet, ATM) і пари "мережевий - транспортний протокол" з іншого боку(IPX/SPX, TCP/IP, NetBIOS).

Кожен протокол має свої особливості, кращі області застосування і настроювані параметри, що й дає можливість за рахунок вибору і настроювання протоколу впливати на продуктивність і надійність мережі. Настройка протоколу може включати в себе зміну таких параметрів як:

• максимально припустимий розмір кадру,

• величини тайм-аутів (у тому числі час життя пакета),

• для протоколів, із встановленням сполук - розмір вікна непідтверджених пакетів, а також деяких інших.

Номінальна та ефективна пропускна здатність протоколу

При настройкі мережі необхідно розрізняти номінальну і ефективну пропускну здатість протоколу. Під номінальною пропускною здатністю зазвичай розуміється бітова швидкість передачі даних, підтримувана на інтервалі передачі одного пакета. Ефективна пропускна здатність протоколу - це середня швидкість передачі користувацьких даних, тобто даних, в полі даних кожного пакета. Загалом ефективна пропускна здатність протоколу буде нижчою за номінальну через існування в пакеті службової інформації, а також через паузу між передачею окремих пакетів.

Розглянемо докладніше різницю між номінальною та ефективною пропускною здатністю на прикладі протоколу Ethernet.

На малюнку 2.1 наведена тимчасова діаграма передачі кадрів Ethernet мінімальної довжини. Номінальна пропускна здатність протоколу Ethernet становить 10 Мб/с, що означає, що біти всередині кадру передаються з інтервалом в 0.1 мкс. Кадр з 8 байт преамбули, 14 байт службової інформації - заголовка, 46 байт користувацьких даних і 4 байт контрольної суми, всього - 72 байта чи 576 біт. При номінальній пропускній здатності 10 Мб/c час передачі одного кадру мінімальної довжини становить 57.6 мкс.

Мал. 2.1. Часова діаграма передачі кадрів Ethernet

За стандартом між кадрами повинна витримуватися технологічна пауза в 9.6 мкс. Тому період повторення кадрів складає 57.6 + 9.6 = 67.2 мкс. Звідси ефективна пропускна спроможність протоколу Ethernet при використовуванні кадрів мінімальної довжини складає 46 х 8/67.2 = 5.48 Мб/с.

Реальна пропускна спроможність за призначеними для користувача даними в мережі може бути тільки менше приведеного вище значення 5.48 Мб/с (для кадрів даного розміру). Відношення реальної пропускної спроможності сегменту, каналу або пристрою до його ефективної пропускної спроможності називається коефіцієнтом використання (utilization) сегменту, каналу або пристрою відповідно.

Ефективна пропускна спроможність істотно відрізняється від номінальної пропускної спроможності протоколу, що говорить про необхідність орієнтації саме на ефективну пропускну спроможність при виборі типу протоколу для того або іншого сегменту мережі. Наприклад, для протоколу Ethernet ефективна пропускна спроможність складає приблизно 70% від номінальної, а для протоколу FDDI - близько 90%.

Пропускна спроможність протоколу часто вимірюється і в кількості кадрів, переданих в секунду. неважко підрахувати, що для протоколу Ethernet ця характеристика для кадрів мінімальної довжини складає 14880 К/с. Зрозуміло, що при вимірюванні пропускної спроможності в кадрах в секунду, немає змісту розмежовувати номінальну і ефективну пропускну спроможність.

Майже всі протоколи канального рівня локальних мереж підтримують одну фіксовану номінальну пропускну спроможність: Ethernet - 10 Мб/с, TokenRing - 16 Мб/с (4 Мб/с може підтримуватися для сумісності із старим устаткуванням), FDDI, FastEthernet і 100VG-AnyLAN - 100 Мб/с. Тільки протокол АТМ може працювати з різними номінальними бітовими швидкостями - 25, 155 і 622 Мб/с, хоча перехід від однієї швидкості до іншої вимагає заміни мережних адаптерів або інтерфейсів комутаторів або маршрутизаторів.

Тому, якщо для поліпшення роботи мережі ми хочемо варіювати номінальною пропускною спроможністю протоколу, то для цього нам буде потрібно замінювати один протокол на іншій - міра можлива, але вимагає значних матеріальних і фізичних витрат.

Вплив на продуктивність алгоритму доступу до середовища, що розділяється, і коефіцієнта використання

Час доступу до середовища визначається як логікою самого протоколу, так і ступенем завантаженості мережі. В локальних мережах поки домінують середовища передачі даних, що розділяються, які вимагають виконання певної процедури для отримання права передачі кадру. В протоколах Ethernet і FastEthernet використовується алгоритм випадкового доступу з виявленням колізій CSMA/CD, а в протоколах TokenRing і FDDI - алгоритм, заснований на детермінованій передачі токена доступу. Новий стандарт 100VG-AnyLAN використовує алгоритм доступу DemandPriority, при якому рішення про надання доступу ухвалюється центральним елементом, - концентратором.

Час доступу до середовища складається з номінального часу доступу і часу очікування доступу. Номінальний час доступу визначається як час доступу до незавантаженого середовища, коли вузол не конкурує з іншими вузлами. Номінальний час доступу до незайнятого середовища протоколів TokenRing і FDDI в 5 - 10 разів перевищує відповідний час протоколу Ethernet, оскільки в незайнятій мережі Ethernet станція практично миттєво дістає доступ, а в мережі TokenRing вона повинна дочекатися приходу маркера доступу.

Інша складова часу доступу до середовища - час очікування - залежить від затримок, що виникають через розділення передаючого середовища між декількома одночасно працюючими станціями. Час очікування залежить як від алгоритму доступу, так і від ступеня завантаженості середовища, причому залежність часу очікування від ступеня завантаження (коефіцієнта використання) мережі для більшості протоколів носить експоненціальний характер.

Найбільш чутливий до завантаженості середовища метод доступу протоколу Ethernet, для якого різке зростання часу очікування починається вже при величинах коефіцієнта використання в 30% - 50%. Тому для нормальної роботи мережі сегменти Ethernet не рекомендується навантажувати понад 30% (мал. 2.2). Навіть якщо середнє значення коефіцієнта використання знаходиться в нормі, але є пікові значення, що перевищують 60%, то це є свідченням того, що мережа працює ненормально і вимагає проведення додаткових досліджень.

Мал. 2.2. Характеристики пропускної спроможності мережі Ethernet

Мережі TokenRing і FDDI можна експлуатувати і при великих значеннях коефіцієнта використання - до 60%, а іноді і до 80%. Компанія Hewlett-Packard, що просуває на ринок технологію 100VG-AnyLAN, вважає, що ці мережі можуть нормально працювати і при завантаженні в 95%.

На малюнку 2.3 поміщені графіки залежності середнього часу очікування доступу до середовища для протоколів Ethernet і TokenRing від коефіцієнта використання мережі. Графіки показують, що при близькому загальному характері залежності різке зростання часу очікування наступає в мережах Ethernet набагато раніше, ніж в мережах TokenRing.

Мал. 2.3. Порівняння затримок доступу до середовища в мережах Ethernet і TokenRing