Э. Таненбаум - Компьютерные сети. (4-е издание) (PDF) (1130118), страница 83
Текст из файла (страница 83)
После 16 столкновений подряд контроллер признает свое поражение и возвращает компьютеру ошибку. Дальнейшим восстановлением занимаются болеевысокие уровни.Этот алгоритм, называемый двоичным экспоненциальным алгоритмом отката, был выбран для динамического учета количества станций, пытающихся осуществить передачу. Если выбрать интервал рандомизации равным 1023, то вероятность повторного столкновения будет пренебрежимо мала, однако среднеевремя ожидания составит сотни тактов, в результате чего среднее время задержки будет слишком велико. С другой стороны, если каждая станция будет выбирать время ожидания всего из двух вариантов, 0 и 1, то в случае столкновениясотни станций они будут продолжать сталкиваться снова и снова до тех пор, пока 99 из них не выберут 1, а одна станция — 0. Такого события можно будетждать годами.
Экспоненциально увеличивая интервал рандомизации по меревозникновения повторных столкновений, алгоритм обеспечивает небольшое время задержки при столкновении небольшого количества станций и одновременногарантирует, что при столкновении большого числа станций конфликт будетразрешен за разумное время.Как следует из приведенного описания, в системе CSMA/CD нет подтверждений. Поскольку простое отсутствие столкновений еще не гарантирует, чтобиты не были искажены всплесками шума в кабеле, для надежной связи необходимо проверять контрольную сумму и, если она правильная, посылать отправителю кадр подтверждения.
С точки зрения протокола это будет еще один обычный кадр, которому так же придется бороться за канал, как и информационномукадру. Однако несложная модификация алгоритма борьбы за канал позволит ускорить пересылку подтверждения успешного приема кадра (Tokoro and Tamaru,1977). Все, что для этого требуется, — зарезервировать первый временной интервал после успешной передачи кадра за получившей этот кадр станцией.
К сожалению, стандарт не предусматривает такой возможности.Производительность сети стандарта 802.3Оценим производительность Ethernet в условиях большой постоянной загрузки,то есть когда k станций постоянно готовы к передаче. Строгий анализ алгоритмадвоичного экспоненциального отката довольно сложен. Вместо этого мы после-Сеть Ethernet327дуем за рассуждениями Меткалфа (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 р, то вероятность того, что какой-либо станции удастся завладетьканалом,равна1A = kp(l-py- .(4.5)Значение А будет максимальным, когда р = 1/k. При k, стремящемся к бесконечности, А будет стремиться к 1/е. Вероятность того, что период соревнованияза канал будет состоять ровно из j интервалов, будет равна с, следовательно,среднее число интервалов борьбы за канал будет равноТак как длительность каждого интервала времени равна 2т, средняя продолжительность периода борьбы будет составлять w = 2т/Л.
При оптимальном значении вероятности р среднее количество интервалов за период борьбы никогдане будет превосходить е, таким образом, средняя продолжительность периодаборьбы будет равна 2те » 5,4т.Если среднее время передачи кадра составляет Р секунд, то эффективностьканала при его сильной загруженности будет равнарЭффективность канала =.(4.6)Р + 2х/АВ этой формуле мы видим, как максимальная длина кабеля влияет на производительность, и становится очевидным недостаток топологии сети, показаннойна рис. 4.14, а. Чем длиннее кабель, тем более долгим становится период борьбыза канал.
Из этих рассуждений становится понятно, почему стандарт Ethernetнакладывает ограничение на максимальное расстояние между станциями.Полезно переформулировать уравнение (4.6) в терминах длины кадра F, пропускной способности сети В, длины кабеля L и скорости распространения сигнала с для оптимального случая: е интервалов столкновений на кадр.
При Р = F/Bуравнение (4.6) примет видЭффективность канала =.(4.7)^l + 2BLe/cFЕсли 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 наувеличение этого произведения. Пользователи хотят большой скорости прибольших расстояниях (что обеспечивают, например, оптоволоконные региональные сети), следовательно, для данных приложений стандарт Ethernet будет нелучшим решением.На рис. 4.18 показана зависимость эффективности канала от числа готовыхстанций для 2т = 51,2 мкс и скорости передачи данных, равной 10 Мбит/с.
Для328Глава 4. Подуровень управления доступом к средеСеть Ethernetрасчетов используется уравнение (4.7). При 64-байтном временном интервале64-байтные кадры оказываются неэффективными, и это неудивительно. С другой стороны, если использовать кадры длиной 1024 байта, то при асимптотическом значении е периода состязания за канал, равном 64-байтовому интервалу,то есть 174 байтам, эффективность канала составит 85 %.1,01024-байтовые кадры0,90,80,70,60,50,40,30,20,10124816_L32J_64_L128329количества пакетов в каждую секунду минуты. Следствием этого открытия является то, что большинство моделей сетевого трафика не соответствуют реальной работе сетей и поэтому должны восприниматься весьма критически.Коммутируемые сети EthernetПри добавлении станций к Ethernet трафик сначала будет расти.
Наконец, локальная сеть насытится. Одним из решений в данном случае является увеличение скорости передачи данных — например, переход с 10 Мбит/с на 100 Мбит/с.Однако доля мультимедийных данных в общем потоке становится все заметнее, идаже 100-мегабитные и гигабитные версии Ethernet могут перестать справлятьсясо своей задачей.К счастью, возможно не столь радикальное решение, а именно, коммутированная локальная сеть Ethernet, показанная на рис. 4.19.
Сердцем системы является коммутатор, содержащий высокоскоростную плату, в слоты которой обычно вставляются от 4 до 32 контроллеров линий, в каждом из которых от одногодо восьми разъемов. Чаще всего к разъему подключается витая пара 10Base-T,соединяющая коммутатор с единственным хостом.КоммутаторРазъемК хостам256Число станций, пытающихся передаватьК хостамРис. 4.18. Эффективность сетей стандарта 802.3 на скорости 10 Мбит/сс 512-битовыми интервалами времениЧтобы определить среднее количество станций, готовых к передаче в условиях сильной загрузки, можно воспользоваться следующей грубой моделью. Каждый передаваемый кадр занимает канал на период состязания и на время передачи кадра, что составляет в сумме Р + w секунд.
Таким образом, за секунду поканалу передается 1/(Р + w) кадров. Если каждая станция формирует кадры сосредней скоростью "к кадров в секунду, то при нахождении системы в состоянииk суммарная входная скорость k незаблокированных станций составит kX кадровв секунду. Поскольку в состоянии равновесия входная скорость должна бытьравна выходной, мы можем приравнять эти две скорости и решить уравнение относительно к. (Обратите внимание: w является функцией от k.) Более подробный анализ см.
в (Bertsekas and Gallager, 1992).Следует отметить, что теоретическому анализу производительности сетейEthernet (и других сетей) было посвящено много работ. Практически во всех этихисследованиях предполагается, что трафик подчиняется пуассоновскому распределению. Когда же исследователи рассмотрели реальные потоки данных, то обнаружилось, что сетевой трафик редко распределен по Пуассону, а чаще бываетавтомодельным (Paxson and Floyd, 1994; Willinger и др., 1995). Это означает, чтопри увеличении периода усреднения трафик не сглаживается. Дисперсия среднего количества пакетов в каждую минуту часа не меньше дисперсии среднегоК хостамСоединение10Base-TК хостамРис. 4.19. Простой пример коммутируемой сети EthernetКогда станция хочет передать кадр Ethernet, она посылает стандартный кадрв коммутатор. Плата в коммутаторе, получив кадр, проверяет, не адресован лиэтот кадр станции, подсоединенной к той же плате.
Если да, то кадр пересылается ей. В противном случае кадр пересылается по объединительной плате карте, ккоторой подключена станция-получатель. Объединительная плата обычно работает на скорости в несколько гигабит в секунду с использованием собственногопротокола.Что произойдет, если две машины, присоединенные к одной и той же картекоммутатора, одновременно станут передавать кадры? Результат зависит от конструкции карты. Одним из вариантов может быть объединение всех портов карты вместе с образованием на карте небольшой локальной сети.
Столкновения втакой сети обнаруживаются и обрабатываются так же, как и в любой другой сети330Глава 4. Подуровень управления доступом к средеCSMA/CD — при помощи повторных передач кадров с использованием алгоритма двоичного экспоненциального отката. При использовании такого типа карт вкаждый момент времени возможна передача только одной станции из подключенных к карте, но все карты могут передавать или принимать данные параллельно. При такой схеме коммутатора каждая карта образует свое пространствостолкновений, независимое от других. Наличие только одной станции в пространстве столкновений исключает собственно столкновения и повышает производительность.Возможна также и другая разновидность карт — с буферизацией данных,приходящих на каждый вход, в оперативной памяти карты. При этом все входные порты могут передавать и принимать кадры одновременно в дуплексном режиме, что далеко не всегда удается реализовать в моноканале с применениемCSMA/CD.
После приема кадра карта может проверить, кому он предназначается. Если адресатом является какой-то из портов текущей карты, то кадр сразу жетуда и направляется. Если же нужно передать данные на порт другой карты, тоэто делается с помощью объединительной платы. При этом каждый порт обладает отдельным пространством коллизий, поэтому столкновения не возникают.Общая производительность системы может быть повышена на порядок по сравнению с 10Base5, поскольку в последней используется единое пространствостолкновений.Так как коммутатор ожидает на каждом входном порту кадры Ethernet, можно использовать некоторые из этих портов в качестве концентраторов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
