Э. Таненбаум, Д. Уэзеролл - Компьютерные сети (1114668), страница 90
Текст из файла (страница 90)
Вместо этого мыпоследуем за рассуждениями Меткальфа (Metcalfe) и Боггса (Boggs) (1976) и предположим, что вероятность повторной передачи в каждом интервале времени постоянна.Если каждая станция передает в течение одного интервала времени с вероятностью p,то вероятность того, что какой-либо станции удастся завладеть каналом, равнаA = kp(1 – p)k–1.(4.5)Значение A будет максимальным, когда p = 1/k. При k, стремящемся к бесконечности, A будет стремиться к 1/e.
Вероятность того, что период соревнования за каналбудет состоять ровно из j интервалов, будет равна A(1 – A) j–1, следовательно, среднеечисло интервалов борьбы за канал будет равно"# jA(1 ! A)j =0j !1=1.A312 Глава 4. Подуровень управления доступом к средеТак как длительность каждого интервала времени равна 2τ, средняя продолжительность периода борьбы будет составлять w = 2τ/A. При оптимальном значениивероятности p среднее количество интервалов за период борьбы никогда не будетпревосходить e, таким образом, средняя продолжительность периода борьбы будетравна 2τe ≈ 5,4τ.Если среднее время передачи кадра составляет P с, то эффективность канала приего сильной загруженности будет равна:PЭффективность канала =(4.6).P + 2π/A ЍѝВ этой формуле мы видим, как максимальная длина кабеля влияет на производительность.
Чем длиннее кабель, тем более долгим становится период борьбы за канал.Из этих рассуждений становится понятно, почему стандарт Ethernet накладываетограничение на максимальное расстояние между станциями.Полезно переформулировать выражение (4.6) в терминах длины кадра F, пропускной способности сети B, длины кабеля L и скорости распространения сигнала c дляоптимального случая: e интервалов столкновений на кадр.
При P = F/B выражение(4.6) примет вид:1Эффективность канала =(4.7)1 + 2BLe/cF ЍѝЕсли второе слагаемое делителя велико, эффективность сети будет низкой. В частности, увеличение пропускной способности или размеров сети (произведение BL)уменьшит эффективность при заданном размере кадра. К сожалению, основные исследования в области сетевого оборудования нацелены именно на увеличение этогопроизведения. Пользователи хотят большой скорости при больших расстояниях (чтообеспечивают, например, оптоволоконные региональные сети), следовательно, дляданных приложений стандарт Ethernet будет не лучшим решением.
Другие реализацииEthernet мы увидим в следующем разделе.На рис. 4.16 показана зависимость эффективности канала от числа готовых станций для 2τ = 51,2 мкс и скорости передачи данных, равной 10 Мбит/с. Для расчетовиспользуется выражение (4.7). При 64-байтном временном интервале 64-байтныекадры оказываются неэффективными, и это неудивительно. С другой стороны, еслииспользовать кадры длиной 1024 байта, то при асимптотическом значении e периодасостязания за канал, равном 64-байтовому интервалу, то есть 174 байтам, эффективность канала составит 85 %.
Это намного лучший результат, чем 37 % в системе ALOHAс дискретными интервалами.Следует отметить, что теоретическому анализу производительности сетей Ethernet(и других сетей) было посвящено много работ. Большинство результатов следует воспринимать с долей (или, лучше, с тонной) скептицизма по двум причинам. Во-первых,практически во всех этих теоретических исследованиях предполагается, что трафикподчиняется пуассоновскому распределению. Когда же исследователи рассмотрелиреальные потоки данных, то обнаружилось, что сетевой трафик редко распределенпо Пуассону, а чаще включает множество пиков (Paxson and Floyd, 1994; Leland и др.,1994). Это означает, что при увеличении периода усреднения трафик не сглаживается.4.3.
Сеть Ethernet 313Помимо использования сомнительных моделей, многие из этих работ фокусируютсяна «интересных» случаях, то есть считают, что канал всегда очень сильно загружен.Боггс и др. (1988 год) на практике доказали, что Ethernet хорошо работает в реальныхусловиях, даже когда загрузка относительно высока.Рис. 4.16. Эффективность сетей стандарта 802.3 на скорости 10 Мбит/сс 512-битовыми интервалами времени4.3.4.
Коммутируемые сети EthernetОчень скоро Ethernet стал отходить от архитектуры с одним длинным кабелем, которая использовалась в классическом варианте. Проблема поиска обрывов или ведущихв пустоту соединений привела к новому способу подключения, в котором каждаястанция соединяется с центральным концентратором (hub) отдельным кабелем.Концентратор просто соединяет все провода в электрическую схему, как если бы онибыли спаяны вместе.
Такая конфигурация показана на рис. 4.17, а.Рис. 4.17. Конфигурация Ethernet: а — концентратор; б — коммутатор314 Глава 4. Подуровень управления доступом к средеДля соединения использовалась витая пара, проложенная телефонной компанией,так как большинство офисных зданий и так было хорошо охвачено кабелем, а пустыхпар было достаточно. Такой вариант использования был весьма выгодным, но онограничивал максимальную длину кабеля между компьютером и концентратором до100 м (или 200 при условии качественной витой пары категории 5). В подобной конфигурации было легко удалять и добавлять станции, также несложно было находитьразрывы кабеля.
Благодаря преимуществам использования существующей кабельнойразводки и простоте обслуживания концентраторы на витой паре вскоре стали ведущей формой реализации сетей Ethernet.Однако концентраторы не увеличивают емкость, так как логически они эквивалентны одному длинному кабелю классической сети Ethernet. При добавлении станцийдоля каждой из них в общей фиксированной емкости канала уменьшается.
Наконец,локальная сеть насытится. Одним из решений в данном случае является увеличениескорости передачи данных — например, переход с 10 на 100 Мбит/с, 1 Гбит/с илидаже больше. Однако доля мультимедийных данных мощных серверов в общем потоке становится все заметнее, и даже гигабитные версии Ethernet могут перестатьсправляться со своей задачей.К счастью, возможно не столь радикальное решение, а именно коммутируемая локальная сеть Ethernet.
Сердцем системы является коммутатор (switch), содержащийвысокоскоростную плату, объединяющие все порты (см. рис. 4.17, б). Снаружи коммутатор ничем не отличается от концентратора. Это обычные коробки, оборудованныенесколькими (от 4 до 48) стандартными разъемами RJ-45 для подключения витойпары. Каждый кабель соединяет коммутатор или концентратор с одним компьютером, как показано на рис. 4.18. У коммутатора есть все преимущества концентратора.Новую станцию легко добавить или удалить, подключив или отключив один провод.Большинство сбоев кабеля или портов легко обнаруживаются по неправильной работевсего лишь одной станции.
Общий компонент все же может подвести систему — речьидет о самом коммутаторе, — но если сеть пропадет на всех станциях, инженеры сразупоймут, в чем дело, и заменят устройство.Рис. 4.18. Коммутатор EthernetВнутри же коммутатора происходит нечто совсем иное. Коммутаторы отдают кадрытолько на те порты, для которых эти кадры предназначены.
Когда на порт коммутатораприходит кадр Ethernet со станции, коммутатор проверяет адреса Ethernet и узнает,на какой порт этот кадр нужно отдать. Для данного шага требуется, чтобы коммутатор умел сопоставлять номера портов и адреса; этот процесс мы обсудим далее, когдабудем рассматривать подключение нескольких коммутаторов друг к другу. Пока что4.3. Сеть Ethernet 315предположим, что коммутатор знает порт получателя кадра.
Он пересылает кадрпо своей высокоскоростной плате на порт получателя. Скорость платы составляетнесколько гигабит в секунду; а используемый протокол стандартизировать не требуется, так как никуда за пределы коммутатора он не выходит. Порт получателя затемотправляет кадр станции назначения по соединяющему их проводу. Другие порты обэтом кадре даже не подразумевают.Что произойдет, если две машины или два порта одновременно станут передаватькадры? И снова поведение коммутаторов отличается от концентраторов. Внутриконцентратора все станции находятся в одном и том же пространстве столкновений(collision domain).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
