Максимальная производительность сети Ethernet

Список ключевых слов: номинальная скорость протокола, полезная пропускная способность протокола, Ethernet, битовая скорость, скорость в кадрах в секунду, кадр минимальной длины, кадр максимальной длины, коэффициент использования сети.

Производительность сети зависит от скорости передачи кадров по линиям связи и скорости обработки этих кадров коммуникационными устройствами, передаю­щими кадры между своими портами, к которым эти линии связи подключены. Скорость передачи кадров по линиям связи зависит от используемых протоко­лов физического и канального уровней, например Ethernet 10 Мбит/с, Ethernet 100 Мбит/с, Token Ring или FDDI.

Скорость, с которой протокол передает биты по линии связи, называется номинальной скоростью протокола.

Скорость обработки кадров коммуникационным устройством зависит от произ­водительности его процессоров, внутренней архитектуры и других параметров.

Очевидно, что скорость коммуникационного устройства должна соответствовать скорости работы линии. Если она меньше скорости работы линии, то кадры бу­дут стоять в очередях и отбрасываться при их переполнении. С другой стороны, нет смысла применять устройство, которое в сотни раз производительнее, чем того требует скорость подключаемых к нему линий.

Для оценки требуемой производительности коммуникационных устройств, имею­щих порты Ethernet, необходимо оценить производительность сегмента Ethernet, но не в битах в секунду (ее мы знаем — это 10 Мбит/с), а в кадрах в секунду, так как именно этот показатель помогает оценить требования к производительности коммуникационных устройств. Это объясняется тем, что на обработку каждого кадра, независимо от его длины, мост, коммутатор или маршрутизатор тратит примерно равное время, которое уходит на просмотр таблицы продвижения па­кета, формирование нового кадра (для маршрутизатора) и т. п.

При постоянной битовой скорости количество кадров, поступающих на комму­никационное устройство в единицу времени, является, естественно, максималь­ным при их минимальной длине. Поэтому для коммуникационного оборудова­ния наиболее тяжелым режимом является обработка потока кадров минимальной длины.

Используя параметры, приведенные в табл. 12.1, рассчитаем максимальную про­изводительность сегмента Ethernet в таких единицах, как число переданных кад­ров (пакетов) минимальной длины в секунду.

ПРИМЕЧАНИЕ -----------------------------------------------------------------------------------------------------

При указании производительности сетей термины «кадр» и «пакет» обычно используются как синонимы. Соответственно, аналогичными являются и единицы измерения произво­дительности кадры в секунду (кадр/с) и пакеты в секунду (пакет/с).

Для расчета максимального количества кадров минимальной длины, проходя­щих по сегменту Ethernet, вспомним, что подсчитанное нами ранее время, затра­чиваемое на передачу кадра минимальной длины (576 бит), составляет 57,5 мкс. Прибавив межкадровый интервал в 9,6 мкс, получаем, что период следования кадров минимальной длины составляет 67,1 мкс (рис. 12.10). Отсюда максимально возможная пропускная способность сегмента Ethernet составляет 14 880 кадр/с. (Естественно, что наличие в сегменте нескольких узлов снижает эту величину за счет ожидания доступа к среде, а также за счет коллизий.)

Рис. 12.10. К расчету пропускной способности протокола Ethernet

Кадры максимальной длины технологии Ethernet имеют поле данных 1500 байт, что вместе со служебной информацией дает 1518 байт, а с преамбулой составля­ет 1526 байт, или 12 208 бит. Максимально возможная пропускная способность
сегмента Ethernet для кадров максимальной длины составляет 813 кадр/с. Оче­видно, что при работе с большими кадрами нагрузка на мосты, коммутаторы и маршрутизаторы довольно ощутимо снижается.

Теперь рассчитаем, какой максимально полезной пропускной способностью, из­меряемой в битах в секунду, обладают сегменты Ethernet при использовании кадров разного размера.

Полезной пропускной способностью протокола называется максимальная скорость не-_: редачй гюльзожтпьскт 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:

В = 14880 х 46 х 8 = 5,48 Мбит/с.

Это несколько меньше, чем 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 имеет небольшое отношение.

Для кадров максимальной длины полезная пропускная способность равна:

В_и = 813 х1500 х 8 = 9,76 Мбит/с.

При использовании кадров среднего размера с полем данных в 512 байт пропу­скная способность протокола составит 9,29 Мбит/с.

В двух последних случаях пропускная способность протокола оказалась доста­точно близкой к предельной пропускной способности в 10 Мбит/с, однако сле­дует учесть, что при расчете мы предполагали, что двум взаимодействующим станциям «не мешают» никакие другие станции сети, то есть отсутствуют колли­зии и ожидание доступа.

Таким образом» при отсутствии коллизий коэффициент использования сети зависит отраз- мера поля данных кадра и имеет максимальное значение 0*976 при передаче кадров м$кси~ маяыкой дмны* • '-"X' ' '. V