А. Б. Демуськов, С. Ф. Маслович компьютерные сети: технологии локальных сетей


НазваниеА. Б. Демуськов, С. Ф. Маслович компьютерные сети: технологии локальных сетей
страница2/5
Дата публикации18.09.2014
Размер0.81 Mb.
ТипЛитература
referatdb.ru > Информатика > Литература
1   2   3   4   5

^ 2.3 Время двойного оборота и распознавание коллизий

Четкое распознавание коллизий всеми станциями сети является необходимым условием корректной работы сети Ethernet. Если какая-либо передающая станция не распознает коллизию и решит, что кадр данных ею передан верно, то этот кадр данных будет утерян. Из-за наложения сигналов при коллизии информация кадра исказится, и он будет отбракован принимающей станцией (возможно, из-за несовпадения контрольной суммы). Скорее всего, искаженная информация будет повторно передана каким-либо протоколом верхнего уровня, например транспортным или прикладным, работающим с установлением соединения. Но повторная передача сообщения протоколами верхних уровней произойдет через значительно более длительный интервал времени (иногда даже через несколько секунд) по сравнению с микросекундными интервалами, которыми оперирует протокол Ethernet. Поэтому если коллизии не будут надежно распознаваться узлами сети Ethernet, то это приведет к заметному снижению полезной пропускной способности данной сети.

Для надежного распознавания коллизий должно выполняться следующее соотношение:

Tmin >=PDV,

где Тmin - время передачи кадра минимальной длины, a PDV - время, за которое сигнал коллизии успевает распространиться до самого дальнего узла сети.

Так как в худшем случае сигнал должен пройти дважды между наиболее удаленными друг от друга станциями сети (в одну сторону проходит неискаженный сигнал, а на обратном пути распространяется уже искаженный коллизией сигнал), то это время называется временем двойного оборота (Path Delay Value, PDV).

При выполнении этого условия передающая станция должна успевать обнаружить коллизию, которую вызвал переданный ее кадр, еще до того, как она закончит передачу этого кадра.

Очевидно, что выполнение этого условия зависит, с одной стороны, от длины минимального кадра и пропускной способности сети, а с другой стороны, от длины кабельной системы сети и скорости распространения сигнала в кабеле (для разных типов кабеля эта скорость несколько отличается).

Все параметры протокола Ethernet подобраны таким образом, чтобы при нормальной работе узлов сети коллизии всегда четко распознавались. При выборе параметров, конечно, учитывалось и приведенное выше соотношение, связывающее между собой минимальную длину кадра и максимальное расстояние между станциями в сегменте сети.

В стандарте Ethernet принято, что минимальная длина поля данных кадра составляет 46 байт (что вместе со служебными полями дает минимальную длину кадра 64 байт, а вместе с преамбулой - 72 байт или 576 бит). Отсюда может быть определено ограничение на расстояние между станциями.

Итак, в 10-мегабитном Ethernet время передачи кадра минимальной длины равно 575 битовых интервалов, следовательно, время двойного оборота должно быть меньше 57,5 мкс. Расстояние, которое сигнал может пройти за это время, зависит от типа кабеля и для толстого коаксиального кабеля равно примерно 13 280 м. Учитывая, что за это время сигнал должен пройти по линии связи дважды, расстояние между двумя узлами не должно быть больше 6 635 м. В стандарте величина этого расстояния выбрана существенно меньше, с учетом других, более строгих ограничений.

Одно из таких ограничений связано с предельно допустимым затуханием сигнала. Для обеспечения необходимой мощности сигнала при его прохождении между наиболее удаленными друг от друга станциями сегмента кабеля максимальная длина непрерывного сегмента толстого коаксиального кабеля с учетом вносимого им затухания выбрана в 500 м. Очевидно, что на кабеле в 500 м условия распознавания коллизий будут выполняться с большим запасом для кадров любой стандартной длины, в том числе и 72 байт (время двойного оборота по кабелю 500 м составляет всего 43,3 битовых интервала). Поэтому минимальная длина кадра могла бы быть установлена еще меньше.

Повторители увеличивают мощность передаваемых с сегмента на сегмент сигналов, в результате затухание сигналов уменьшается и можно использовать сеть гораздо большей длины, состоящую из нескольких сегментов. В коаксиальных реализациях Ethernet разработчики ограничили максимальное количество сегментов в сети пятью, что в свою очередь ограничивает общую длину сети 2500 метрами.

Даже в такой многосегментной сети условие обнаружения коллизий по-прежнему выполняется с большим запасом (сравним полученное из условия допустимого затухания расстояние в 2500 м с вычисленным выше максимально возможным по времени распространения сигнала расстоянием 6635 м). Однако в действительности временной запас является существенно меньше, поскольку в многосегментных сетях сами повторители вносят в распространение сигнала дополнительную задержку в несколько десятков битовых интервалов. Естественно, небольшой запас был сделан также для компенсации отклонений параметров кабеля и повторителей.

В результате учета всех этих и некоторых других факторов было тщательно подобрано соотношение между минимальной длиной кадра и максимально возможным расстоянием между станциями сети, которое обеспечивает надежное распознавание коллизий. Это расстояние называют также максимальным диаметром сети.

С увеличением скорости передачи кадров, что имеет место в новых стандартах, базирующихся на том же методе доступа CSMA/CD, например Fast Ethernet, максимальное расстояние между станциями сети уменьшается пропорционально увеличению скорости передачи. В стандарте Fast Ethernet оно составляет около 210 м, а в стандарте Gigabit Ethernet оно было бы ограничено 25 метрами, если бы разработчики стандарта не предприняли некоторых мер по увеличению минимального размера пакета.

В таблице 1 приведены значения основных параметров процедуры передачи кадра стандарта 802.3, которые не зависят от реализации физической среды.
Таблица 1 – Параметры уровня MAC Ethernet

Битовая скорость

10 Мб/c

Интервал отсрочки

512 битовых интервалов

Межкадровый интервал

9.6 мкс

Максимальное число попыток передачи

16

Максимальное число возрастания диапазона паузы

10

Длина jam-последовательности

32 бита

Максимальная длина кадра (с преамбулой)

1518 (1526) байт

Минимальная длина кадра (с преамбулой)

64 (72) байта

Длина преамбулы

8 байт

Минимальная/максимальная длина случайной паузы после коллизии

0/524 000 битовых интервала

Максимальное расстояние между станциями в сети

2500 м

Максимальное число станций в сети

1024

Вопросы для самоконтроля

  1. Если какая-либо передающая станция не распознает коллизию и решит, что кадр данных передан ею верно, то что будет этим кадром?

  2. Какое соотношение должно выполняться для надежного распознавания коллизий?

  3. От чего зависит соотношение выполнимое для надежного распознавания коллизий?

  4. Чему в 10-мегабитном Ethernet равно?

  5. Какие устройства увеличивают мощность передаваемых с сегмента на сегмент сигналов?

  6. Что такое максимальный диаметром сети?

  7. Перечислите основные параметры уровня MAC Ethernet и их значения.

^ 2.4 Производительность сети Ethernet

Учитывая приведенные параметры, нетрудно рассчитать максимальную производительность сегмента Ethernet в таких единицах, как число переданных пакетов минимальной длины в секунду (packets-per-second, pps). Количество обрабатываемых пакетов Ethernet в секунду часто используется при указании внутренней производительности мостов и маршрутизаторов, вносящих дополнительные задержки при обмене между узлами. Поэтому интересно знать чистую максимальную производительность сегмента Ethernet в идеальном случае, когда на кабеле нет коллизий и нет дополнительных задержек, вносимых мостами и маршрутизаторами. На рисунке 3 приведен формат MAC-кадра Ethernet, а также временные параметры его передачи по сети для скорости 10 Мб/с.



Рисунок 3 – Формат MAC-кадра и времена его передачи

Минимальная длина кадра для стандарта Ethernet составляет 72 байта = 72*8 = 576 бит. Скорость передачи 1 бита будет равна 0,1 мкс. Тогда. для передачи 1 кадра минимальной длины необходимо 0,1*576= 57,6 мкс. Между кадровый интервал в стандартом Ethernet устанавливается равным 9,6 мкс. Период следования кадров минимальной длины будет равен 57,6 + 9,6=67,2 мкс. Откуда следует, что максимальная пропускная способность сети Ethernet будет составлять 14880 кадров/с. (1000 000 / 67,2).

Теперь рассчитаем, какой максимальной полезной пропускной способностью в бит в секунду обладают сегменты Ethernet при использовании кадров разного размера.

Под полезной пропускной способностью протокола понимается скорость передачи пользовательских данных, которые переносятся полем данных кадра. Эта пропускная способность всегда меньше номинальной битовой скорости протокола Ethernet за счет нескольких факторов:

  • служебной информации кадра;

  • межкадровых интервалов (IPG);

  • ожидания доступа к среде.

Для кадров минимальной длины полезная пропускная способность равна:

СП =14880 * 46 *8 = 5,48 Мбит/с.

Это намного меньше 10 Мбит/с, но следует учесть, что кадры минимальной длины используются в основном для передачи квитанций, так что к передаче собственно данных файлов эта скорость отношения не имеет.

Для кадров максимальной длины полезная пропускная способность равна:

СП = 813 *1500 * 8 =9,76 Мбит/с, что весьма близко к номинальной скорости протокола.

Еще раз подчеркнем, что такой скорости можно достигнуть только в том случае, когда двум взаимодействующим узлам в сети Ethernet другие узлы не мешают, что бывает крайне редко,

При использовании кадров среднего размера с полем данных в 512 байт пропускная способность сети составит 9,29 Мбит/с, что тоже достаточно близко к предельной пропускной способности в 10 Мбит/с.

Отношение текущей пропускной способности сети к ее максимальной пропускной способности называется коэффициентом загрузки (использования) сети (network utilization). При этом при определении текущей пропускной способности принимается во внимание передача по сети любой информации, как пользовательской, так и служебной. Коэффициент является важным показателем для технологий разделяемых сред, так как при случайном характере метода доступа высокое значение коэффициента использования часто говорит о низкой полезной пропускной способности сети (то есть скорости передачи пользовательских донных) - слишком много времени узлы тратят на процедуру получения доступа и повторные передачи кадров после коллизий.

Для сети Ethernet, работающей на скорости 10 Мбит/с, стандарт определяет четыре основных типа сегментов сети, ориентированных на различные среды передачи информации:

  • 10BASE5 (толстый коаксиальный кабель);

  • 10BASE2 (тонкий коаксиальный кабель);

  • 10BASE-T (витая пара);

  • 10BASE-FL (оптоволоконный кабель).

Наименование сегмента включает в себя три элемента: цифра "10" означает скорость передачи 10 Мбит/с, слово BASE – передачу в основной полосе частот (то есть без модуляции высокочастотного сигнала), а последний элемент – допустимую длину сегмента: "5" – 500 метров, "2" – 200 метров (точнее, 185 метров) или тип линии связи: "Т" – витая пара (от английского "twisted-pair"), "F" – оптоволоконный кабель (от английского "fiber optic"). В таблице 2. приведены параметры спецификаций физического уровня для стандарта Ethernet

Таблица 2 – Параметры спецификаций физического уровня для стандарта Ethernet




10Base-5


10Base-2


10Base-Т

10Base-F

Кабель


толстый
коаксиальный кабель RG-8 или RG-11

тонкий коаксиальный кабель RG-58


неэкранированная витая пара UTP Cat3,4,5

многомодовый волоконно-оптический кабель

Максимальная длина сегмента

500 м


185 м


100 м


2000 м


Максимальное расстояние между узлами сети
(при использовании повторителей)



2500 м


925 м


500 м


2500 м
(2740 м для 10Base-FB)


Максимальное число станций в сегменте

100


30


1024


1024


Максимальное число повторителей между любыми станциями сети

4

4

4

4

(5 для
0 Base-FB)


Вопросы для самоконтроля

  1. Что понимается под полезной пропускной способностью протокола?

  2. За счет каких факторов пропускная способность сети всегда меньше номинальной битовой скорости протокола Ethernet?

  3. Чему равна полезная пропускная способность для кадров минимальной длины?

  4. Чему равна полезная пропускная способность для кадров максимальной длины?

  5. Что такое коэффициентом загрузки (использования) сети (network utilization)?

  6. Какие существуют типы сегментов сети, ориентированные на различные среды передачи информации для сети Ethernet?

  7. Опишите параметры спецификаций физического уровня для стандарта Ethernet

^ 2.5 Методика расчета конфигурации сети Ethernet

Чтобы сеть Ethernet, состоящая из сегментов различной физической природы, работала корректно, необходимо выполнение четырех основных условий:

  • количество станций в сети не более 1024;

  • максимальная длина каждого физического сегмента не более величины, определенной в соответствующем стандарте физического уровня;

  • время двойного оборота сигнала (Path Delay Value, PDV) между двумя самыми удаленными друг от друга станциями сети не более 575 битовых интервала;

  • сокращение межкадрового интервала IPG (Path Variability Value, PVV) при прохождении последовательности кадров через все повторители должно быть не больше, чем 49 битовых интервала. Так как при отправке кадров конечные узлы обеспечивают начальное межкадровое расстояние в 96 битовых интервала, то после прохождения повторителя оно должно быть не меньше, чем 96 - 49 = 47 битовых интервала.

Соблюдение этих требований обеспечивает корректность работы сети даже в случаях, когда нарушаются простые правила конфигурирования, определяющие максимальное количество повторителей и общую длину сети в 2500 м.
1   2   3   4   5

Похожие рефераты:

А. Б. Демуськов, С. Ф. Маслович "компьютерные сети" практическое...
Программное обеспечение информационных технологий, 1-31 03 03-01 Прикладная математика
А. Б. Демуськов, С. Ф. Маслович "компьютерные сети" практическое...
Программное обеспечение информационных технологий, 1-31 03 03-01 Прикладная математика
С. Ф. Маслович, А. Б. Демуськов компьютерные сети: организация подсетей и маршрутизация
Программное обеспечение информационных технологий; 1-31 03 03-01 Прикладная математика (научно-производственная деятельность); 1-31...
Вопросы к экзамену «Компьютерные сети»
Назначение сетей. Основные определения и термины. Преимущества использования сетей
Вопросы к экзамену по дисциплине компьютерные сети для студентов...
Архитектуры сетей. Локальные и глобальные сети. Деление сетей по степени территориальной распределенности: глобальные (wan), городские...
Вопросы к экзамену по дисциплине компьютерные сети для студентов...
Архитектуры сетей. Локальные и глобальные сети. Деление сетей по степени территориальной распределенности: глобальные (wan), городские...
Учебно-методический комплекс дисциплины «Компьютерные сети»
Лекция Эволюция вычислительных сетей. Часть От машины Чарльза Бэбиджа до первых глобальных сетей 4
Вопросы к экзамену «Компьютерные сети»
Назначение компьютерных сетей. Основные определения и термины. Преимущества использования компьютерных сетей
Построение защищенных виртуальных сетей Общие сведения
Безопасность информационного взаимодействия локальных сетей и отдельных компьютеров через общедоступные сети (к примеру, через Интернет),...
Экзаменационная программа по курсу ”компьютерные сети” Компьютерные сети. Основные понятия
Базовая конфигурация сети в ос unix (настройка интерфейсов, dns, таблица маршрутизации)

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
referatdb.ru
referatdb.ru
Рефераты ДатаБаза