Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Краткая теория

1.1. Ethernet

22 мая 1973 года Роберт Метклаф, сотрудник Научно-исследовательского центра фирмы Xerox в Пало-Альто, написал докладную записку с изложением принципов, которые легли в основу нового типа ЛВС. В данном документе впервые встречается слово Ethernet. Вскоре IBM, Xerox и DEC взялись реализовать новую сеть на своих мини-ЭВМ, а в сентябре 1980 года они выпустили стандарт на эту сеть, которую сейчас называют Ethernet версии 1. Вторая версия Ethernet увидела свет в ноябре 1982 года.

Название Ethernet первоначально использовалось для сетей, реализованных в соответствии со стандартом версии 1, и лишь впоследствии распространилось на другие его версии. В стандарте версии 1 определены: физическая среда (толстый коаксиальный кабель), метод управления доступом (множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов (CSMA/CD - Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)) и скорость передачи (10 Мбит/с). Кроме того, стандартом версии 1 регламентируется размер (от 75 до 1526 байтов), содержимое Ethernet-пакета и метод кодирования данных (манчестерский код).

Вскоре после появления Ethernet в одном из комитетов Института инженеров по электротехнике и радиоэлектроники (IEEE) началось обсуждение вопроса о разработке международного неофициального стандарта на локальные сети. Получившийся стандарт, а именно IEEE 802.3, настолько близок к Ethernet версии 2, что его часто называют стандартом Ethernet, несмотря на некоторые различия между ними.

Метод CSMA/CD определяет основные временные и логические соотношения, гарантирующие корректную работу всех станций в сети. Во-первых, если какая-либо станция хочет начать передачу данных, то она производит проверку несущей, или прослушивание канала на предмет наличия в нем передаваемых сообщений. Если канал свободен, то станция может инициировать передачу данных.

Между двумя последовательно передаваемыми по общей шине кадрами информации должна выдерживаться пауза в 9.6 мкс; эта пауза нужна для приведения в исходное состояние сетевых адаптеров узлов, а также для предотвращения монопольного захвата среды передачи данных одной станцией.

Свободная инициация процесса передачи данных, несомненно, является эффективным решением для задачи наиболее полного использования пропускной способности сети. Однако, такая свобода действий может породить некоторые трудности. Например, одна станция, обнаружив канал свободным, начинает передачу. Тем временем другая станция, находящаяся в значительном удалении от первой, проверяет канал и, видя, что тот свободен (так как сообщение первой станции еще не успело достаточно распространиться), также начинает процесс передачи. Естественно, эти два сообщения накладываются друг на друга и взаимно искажаются. Такая ситуация называется коллизией.

При обнаружении коллизии (условия ее обнаружения зависят от применяемой физической среды) станция выдает в среду специальную 32-х битную последовательность (jam-последовательность), усиливающую явление коллизии для более надежного распознавания ее всеми узлами сети.

После обнаружения коллизии каждый узел, который передавал кадр и столкнулся с коллизией, после некоторой задержки пытается повторно передать свой кадр. Узел делает максимально 16 попыток передачи этого кадра информации, после чего отказывается от его передачи. Величина задержки выбирается как равномерно распределенное случайное число из интервала, длина которого экспоненциально увеличивается с каждой попыткой. Такой алгоритм выбора величины задержки снижает вероятность коллизий и уменьшает интенсивность выдачи кадров в сеть при ее высокой загрузке.

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, так как информация кадра исказится из-за наложения сигналов при коллизии, он будет отбракован принимающей станцией (скорее всего из-за несовпадения контрольной суммы). Конечно, скорее всего, искаженная информация будет повторно передана каким-либо протоколом верхнего уровня, например, транспортным или прикладным, работающим с установлением соединения и нумерацией своих сообщений. Но повторная передача сообщения протоколами верхних уровней произойдет через гораздо более длительный интервал времени (десятки 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.

Все параметры протокола Ethernet подобраны таким образом, чтобы при нормальной работе узлов сети коллизии всегда четко распознавались. Именно для этого минимальная длина поля данных кадра должна быть не менее 46 байт (что вместе со служебными полями дает минимальную длину кадра в 72 байта или 576 бит). Длина кабельной системы выбирается таким образом, чтобы за время передачи кадра минимальной длины сигнал коллизии успел бы распространиться до самого дальнего узла сети. Поэтому для скорости передачи данных 10 Мб/с, используемой в стандартах Ethernet, максимальное расстояние между двумя любыми узлами сети не должно превышать 2500 метров.

С увеличением скорости передачи кадров, что имеет место в новых стандартах, базирующихся на том же методе доступа CSMA/CD, например, Fast Ethernet, максимальная длина сети уменьшается пропорционально увеличению скорости передачи. В стандарте Fast Ethernet она составляет 210 м, а в гигабитном Ethernet ограничена 25 метрами.

Независимо от реализации физической среды, все сети Ethernet должны удовлетворять двум ограничениям, связанным с методом доступа:

- максимальное расстояние между двумя любыми узлами не должно превышать 2500 м;

- в сети не должно быть более 1024 узлов.

Кроме того, каждый вариант физической среды добавляет к этим ограничениям свои ограничения, которые также должны выполняться.

1.2 Token Ring

Технология сетей Token Ring была впервые представлена IBM в 1982 г. и в 1985 г. была включена IEEE (Institute for Electrical and Electronic Engineers) как стандарт 802.5. Token Ring по прежнему является основной технологией IBM для локальных сетей (LAN), уступая по популярности среди технологий LAN только Ethernet/IEEE 802.3. Сети Token Ring работают с двумя битовыми скоростями - 4 Мб/с и 16 Мб/с. Первая скорость определена в стандарте 802.5, а вторая является новым стандартом де-факто, появившимся в результате развития технологии Token Ring.

В Token Ring кабели подключаются по схеме «звезда», однако он функционирует как логическое кольцо.

В логическом кольце циркулирует маркер (небольшой кадр специального формата, называемый иногда токеном), когда он доходит до станции, то она захватывает канал, т.е. обладание маркером означает право на передачу данных в сеть. Маркер всегда циркулирует в одном направлении. Узел, получающий маркер у ближайшего вышерасположенного активного соседа передает его нижерасположенному. Каждая станция в кольце получает данные из занятого маркера и отправляет их (в точности повторяя маркер) соседнему узлу сети. Таким способом данные циркулируют по кольцу до тех пор, пока не достигнут станции - адресата. В свою очередь эта станция сохраняет данные и передает их протоколам верхнего уровня, а кадр передает дальше (поменяв в нем два бита - признак получения). Когда маркер достигает станции-отправителя - он высвобождается, и далее процесс продолжается аналогично.

Другими словами, каждое передаваемое сообщение делает один полный круг по всему кольцу, возвращаясь к отправителю с подтверждением об успешном приеме. Только после этого генерируется новый маркер и передается дальше по кольцу, чтобы следующая станция могла начать передачу. Таким образом, коллизии, связанные с «наложениями» сообщений по времени передачи, полностью исключаются.

Из-за ошибок передач и сбоев оборудования могут возникать проблем с передачей маркера. Стандарт Token Ring четко определяет методы разрешения подобных коллизий.

Важной для разрешения коллизий является возможность станций «слушать» после передачи.

В случае, если станция передает маркер соседней, а та в это время отключается (например, из-за аппаратного сбоя), то если не последует передач кадра или маркера, то маркер посылается вторично.

Другой вид проблем возникает, когда останавливается держатель маркера и маркер исчезает из кольца. Эта проблема решается запуском процедуры инициализации кольца. У каждой станции есть таймер, который сбрасывается каждый раз, когда маркер появляется. Если значение этого таймера превысит некоторой заранее установленное значение (time out), то станция генерирует специальный кадр, запускающий алгоритм инициализации.

В сетях Token Ring 16 Мб/с используется несколько другой алгоритм доступа к кольцу, называемый алгоритмом «раннего освобождения маркера» (Early Token Release). В соответствии с ним станция передает маркер доступа следующей станции сразу же после окончания передачи последнего бита кадра, не дожидаясь возвращения по кольцу этого кадра с битом подтверждения приема. В этом случае пропускная способность кольца используется более эффективно и приближается к 80% от номинальной.

Когда информационный блок циркулирует по кольцу, маркер в сети отсутствует (если только кольцо не обеспечивает «раннего освобождения маркера»), поэтому другие станции, желающие передать информацию, вынуждены ожидать. Следовательно, по сети может в один момент времени передаваться только один пакет, что не является оптимальным вариантом использования канала связи.

Сети Token Ring используют сложную систему приоритетов, которая позволяет некоторым станциям с высоким приоритетом, назначенным пользователем, более часто пользоваться сетью. Блоки данных Token Ring содержат два поля, которые управляют приоритетом: поле приоритетов и поле резервирования. Только станции с приоритетом, который равен или выше величины приоритета, содержащейся в маркере, могут завладеть им. После того, как маркер захвачен и изменен (в результате чего он превратился в информационный блок), только станции, приоритет которых выше приоритета передающей станции, могут зарезервировать маркер для следующего прохода по сети. При генерации следующего маркера в него включается более высокий приоритет данной резервирующей станции. Станции, которые повышают уровень приоритета маркера, должны восстановить предыдущий уровень приоритета после завершения передачи.

2. Постановка задачи

Написать 2 программы, одна из которых должна имитировать работу станции в компьютерной сети стандарта Ethernet, а другая - работу станции в сети стандарта Token Ring. При этом должны выполняться следующие условия:

- Топология сети - звезда;

- Считать, что устройств-посредников между станциями нет;

- Все станции равноудалены от головной части;

- Ни станция-передатчик, ни станция-приемник кадра не может быть головной станцией сети;

- В сети Token Ring, как и в Ethernet, все станции равноправны, т.е. отсутствуют схема приоритетов;

- Время распространения сигнала по каналу связи 5 мкс/км.

При разработке программы имитации работы станции в сети стандарта Ethernet принимается, что при посылке каждого кадра вероятность успеха (отсутствия коллизии) одинакова, даже при повторных передачах. Эта вероятность рассчитывается по формуле:

Формула 1

, где

n - количество станций (включая головную).

Эта вероятность вычисляется, исходя из соображения, что одна станция намеревается передавать в промежутке времени 2 с вероятностью 1/n, где - это время, в течение которого 1 кадр идет от станции А к станции В.

Также считается, что при обнаружении коллизии станция прекращает передачу и переходит в состояние ожидания, равное 2, после чего возобновляет попытку передачи. А точнее, производит проверку несущей, при этом вероятность того, что канал связи свободен рассчитывается по формуле 1. После успешной проверки несущей станция осуществляет повторную передачу кадра, которая будет считаться успешной. Если проверка несущей не увенчалась успехом, то станция переходит вновь в состояние ожидания на время 2, после чего осуществляет повторную проверку.

При моделировании работы станции в сети Token Ring считается, что коллизий там не происходит и схема с ранним высвобождением маркера не используется, т.е. каждый кадр проходит полный «круг», возвращаясь к отправителю, и только после этого другая станция получает право на передачу своих данных в сеть. Вероятность того, что у станции есть в данный момент маркер, рассчитывается по формуле 1.

При выполнении моделирования в обеих программах необходимо найти:

- Время, необходимое для передачи всего набора кадров;

- Среднее время, необходимое для передачи кадра;

- Нормированную производительность протокола передачи;

- Подсчитать количество коллизий.

Необходимо выполнить программы и получить результаты при следующих исходных данных:

- Обработать наборы из 1000, 10000, 100000 кадров.

- Удаление пользователя от головной части: 20, 40, 60, 100 м;

- Количество пользователей: 5, 10, 100, 300;

Результаты оформить в виде таблицы. Сравнить результаты работы программ. Оценить эффективность методов. Произвести анализ работы.

3. Решение задачи

3.1 Модель Ethernet

Для того, чтобы смоделировать реальные сетевые процессы как можно правдоподобнее, нельзя использовать программы, которые выполняются последовательно, и в которых отсутствует элемент случайности. Ведь настоящая сеть - это совокупность целого ряда факторов (как физических, так и программных), которые очень сложно взаимодействуют между собой. Имеет огромное значение физическая реализация сети (концентраторы, сетевые адаптеры, соединительные кабели, топология сети и т.д.), определяющая во многом скорость работы сети, ее надежность, количество возникающих коллизий, распределение ресурсов. Программная среда также не менее важна (протоколы передачи, операционные системы, сетевое программное обеспечение и т.д.), так она тоже оказывает воздействие на скорость сети, ее загруженность, эффективность использования, и что немаловажно удобство использования.

Таким образом, каждая компьютерная сеть - весьма сложная структура и, как правило, индивидуальная, т.е. полностью не похожая на другие сети. Естественно, в таких условиях весьма трудно создать правдоподобную программную модель сетевой станции. Но это и не является основной задачей. Главное определить разницу между сетями стандартов Ethernet и Token Ring, выявить их достоинства и недостатки, поэтому достаточно построить упрощенную модель работы станции в сети, но с использованием реальных данных о физических особенностях рассматриваемой сетевой архитектуры.

Итак, построим программу-модель станции в сети Ethernet, предусмотрев соответствующий пользовательский интерфейс для ввода исходных данных (количества пользователей сети, расстояния станции от головной части, количества посылаемых кадров) и вывода результатов работы (листинг 1).

Рассмотрим приведенную программу.

Константа Т хранит скорость распространения сигнала, которая была задана при постановке задачи.

Функция step (a: Real; s: Byte) предназначена для возведения аргумента a в степень s. Она будет использоваться при расчете вероятности коллизии, которая вычисляется после ввода пользователем всех исходных данных о параметрах сети.

Вероятность сохраняется в переменной р для последующего использования.

Вместе с р рассчитываются также (переменная tau) и m (переменная m).

- это время, за которое сообщение доходит от отправителя до адресата. Рассчитывается как произведение расстояния между станциями на скорость распространения сигнала (рис. 1).

m - длительность 1 кадра во времени при посылке.

Далее в основном цикле For имитируется посылка всех кадров с использованием счетчиков времени и коллизий для получения требуемых данных. Вероятность коллизии при посылке каждого конкретного кадра определяется генератором случайных чисел Randomize. Полученное с его помощью случайное число записывается в переменную v и сравнивается затем с ранее посчитанной вероятностью успешной посылки (р). Повторная посылка данного кадра будет производиться только после выполнения условия v ? p.

Во внутреннем цикле While производится имитация ожидания станции после возникновения коллизии. Это ожидание будет длиться с периодичностью в 2, пока не освободится линия для возобновления передачи. Период в 2 выбран не зря, так как это максимальное время, необходимое для распознания коллизии всеми станциями. Сразу после получения сообщения о коллизии все станции в реальной сети выключают передачу и выдерживают случайно выбираемую паузу, после чего повторяют попытку. Конечно же, такой алгоритм значительно увеличивает вероятность успеха при повторной передаче. Однако в нашем случае эта вероятность фиксирована при первой попытке, а повторная попытка после освобождения канала передачи считается заведомо удачной. При осуществлении повторных посылок счетчик общего времени time увеличивается на длину сообщения и величину .

Если после посылки сообщения коллизии не произошло, то к счетчику времени прибавляется временная длина сообщения и время, за которое оно дойдет до адресата, после чего станция может осуществлять передачу следующего сообщения.

После окончания передачи последнего сообщения программа выводит результаты работы:

- Количество коллизий;

- Общее затраченное время на посылку всех кадров (сек);

- Количество кадров, которые были реально отправлены (включая коллизии);

- Среднее время посылки 1 «полезного» кадра (мкс);

- Производительность (кадр/с) с учетом повторных посылок;

- Нормированная производительность, рассчитываемая как отношение количества кадров, которые нужно послать к количеству всех посланных кадров.

3.2 Модель Token Ring

Программа по структуре практически не будет отличаться от предыдущей (листинг 1), так как, по сути, она должна выполнять те же функции.

Однако, смысловые различия будут весьма существенны. Во-первых, время посылки сообщения будет рассчитываться по-другому, потому что применяется иная схема посылки. Во-вторых, элемент случайности здесь будет связан не с возникновением коллизий, как это было в Ethernet, а с вероятностью наличия маркера у станции, как права на осуществление передачи.

Как уже говорилось в постановке задачи, схема с ранним высвобождением маркера использоваться не будет из-за сложности ее реализации, поэтому будет использован алгоритм «классического» Token Ring'а (листинг 2).

Некоторые детали программы следует пояснить.

В переменной р теперь сохраняется вероятность наличия маркера у станции, которая рассчитывается аналогично вероятности коллизии в Ethernet-модели. Значение переменной v по-прежнему устанавливается генератором случайных чисел и означает она теперь вероятность наличия маркера у станции при каждой конкретной попытке отправки кадра.

Если в какой-то момент маркера у станции нет, то она ждет случайно определяемое время кратное, как видно из программы, 2, а затем вероятность генерируется заново, что не означает на самом деле никаких действий при работе настоящей станции.

Как только выясняется, что маркер получен, сразу же без задержек отправляется очередной кадр, что означает увеличение счетчика времени на время, необходимое для прохождения кадром полного «круга» (рис. 2).

Как уже было сказано, коллизий, связанных со столкновениями сообщений, в такой системе быть не может, так как в каждый момент времени в сети может находиться только одно сообщение. Из-за этого скорость передачи оказывается, естественно, небольшой: каждый кадр находится в пути m*(N-1)*2 мкс в рассматриваемой топологии «звезда». Тем не менее надежность такой схемы гораздо выше, чем в Ethernet, так как вероятность того, кадр дойдет до адресата очень велика. В нашем случае она равна 1.

Входные данные программы те же, что и у представленной в листинге 1, но структура выходных данных несколько иная:

- Затраченное время (всего) - это время, понадобившееся для посылки всех кадров;

- Среднее время посылки одного кадра - отношение затраченного времени к количеству посланных за это время кадров;

- Производительность - среднее количество кадров, посланных за 1 сек.

- Нормированная производительность рассчитывается как отношение времени посылки всех кадров при монопольном владении станцией маркером к реально затраченному времени.

4. Результаты исследований

Таблица 1 - Результаты работы программ

Параметры	Ethernet	Token Ring
расстояние от станции до головной части, м	количество пользователей	количество отправленных кадров	Затраченное время (всего), с	Количество коллизий	Среднее время посылки 1 «полезного» кадра, мкс	Производительность, кадр/с	Нормированная производительность	Затраченное время (всего), с	Среднее время посылки 1 кадра, мкс	Производительность, кадр/с	Нормированная производительность
20	5	1000	4,0508	625	4,051	401,16	0,6154	16,6008	16,601	60,24	0,9638
20	5	10000	39,5344	5872	3,953	401,47	0,63	165,7904	16,579	60,32	0,9651
20	5	100000	396,1632	59196	3,962	401,84	0,6282	1657,7712	16,578	60,32	0,9652
20	10	1000	4,0208	601	4,021	398,18	0,6246	36,6188	36,619	27,31	0,9831
20	10	10000	40,4864	6101	4,049	397,69	0,6211	366,2844	36,628	27,3	0,9828
20	10	100000	405,03	61186	4,05	397,96	0,6204	3662,658	36,627	27,3	0,9829
20	100	1000	4,0712	610	4,071	395,46	0,6211	396,6512	396,651	2,52	0,9984
20	100	10000	41,2792	6290	4,128	394,63	0,6139	3966,6992	396,67	2,52	0,9983
20	100	100000	415,468	63343	4,155	393,15	0,6122	39668,782	396,688	2,52	0,9983
20	300	1000	4,1416	630	4,142	393,57	0,6135	1196,6816	1196,682	0,84	0,9994
20	300	10000	41,4544	6294	4,145	393,06	0,6137	11966,8664	1196,687	0,84	0,9994
20	300	100000	413,9932	62842	4,14	393,34	0,6141	119668,309	1196,683	0,84	0,9994
40	5	1000	7,7552	560	7,755	201,16	0,641	33,1152	33,115	30,2	0,9663
40	5	10000	79,128	5910	7,913	201,07	0,6285	331,488	33,149	30,17	0,9653
40	5	100000	791,8224	59235	7,918	201,1	0,628	3314,8824	33,149	30,17	0,9653
40	10	1000	8,0936	610	8,094	198,92	0,6211	73,2536	73,254	13,65	0,9829
40	10	10000	80,5104	6068	8,051	199,58	0,6224	732,2384	73,224	13,66	0,9833
40	10	100000	808,5176	60904	8,085	199,01	0,6215	7324,9016	73,249	13,65	0,9829
40	100	1000	8,3632	655	8,363	197,89	0,6042	793,3432	793,343	1,26	0,9983
40	100	10000	82,7744	6316	8,277	197,11	0,6129	7933,5104	793,351	1,26	0,9983
40	100	100000	828,308	63004	8,283	196,79	0,6135	79336,292	793,363	1,26	0,9983
40	300	1000	8,316	639	8,316	197,09	0,6101	2393,36	2393,36	0,42	0,9994
40	300	10000	82,5056	6290	8,251	197,44	0,6139	23933,3456	2393,335	0,42	0,9994
40	300	100000	829,4336	63312	8,294	196,9	0,6123	239336,186	2393,362	0,42	0,9994
60	5	1000	12,0708	613	12,071	133,63	0,62	49,7928	49,793	20,08	0,964
60	5	10000	118,6488	5909	11,865	134,08	0,6286	497,1948	49,719	20,11	0,9654
60	5	100000	1186,015	58953	11,86	134,02	0,6291	4972,29721	49,723	20,11	0,9653
60	10	1000	11,958	595	11,958	133,38	0,627	109,788	109,788	9,11	0,9837
60	10	10000	121,1508	6122	12,115	133,07	0,6203	1098,4188	109,842	9,1	0,9832
60	10	100000	1213,313	61008	12,133	132,7	0,6211	10987,2648	109,873	9,1	0,983
60	100	1000	12,552	642	12,552	130,82	0,609	1190,1	1190,1	0,84	0,9982

5. Анализ полученных результатов

При проведении исследования было выполнено по 48 запусков каждой из тестирующих программ с различными исходными данными, чтобы можно было полнее и достовернее сделать выводы о проделанной работе.

Теперь рассмотрим и проанализируем данные в таблице 1.

Можно заметить, что итоговое время посылки всех кадров как в Ethernet, так и в Token Ring, сильно зависит от всех исходных параметров, хотя наибольшая зависимость заключается, конечно, в количестве кадров в данных примерах, так как этот параметр меняется сразу на порядок (1000, 10000 и 100000 кадров).

Изменение расстояния накладывает на общее время посылок прямопропорциональную зависимость, т.е. в Ethernet при изменении расстояния с 20 до 40 м, время изменяется с 4,05 до 7,8 с, значит с увеличением расстояния в 2 раза время посылок увеличивается приблизительно тоже в 2 раза. Аналогичная ситуация и в Token Ring.

Теперь посмотрим, как на ту же величину влияет изменение количества пользователей. В Ethernet, как видно, о таком влиянии вообще не приходится говорить, так как при увеличении количества пользователей в 2,20 и в 60 раз при прочих равных условиях общее время посылки кадров практически одно и то же. Это говорит о том, что в Ethernet не столь важно количество пользователей, сколь важна их активность в сети, что полностью соответствует идеологии данной сетевой модели.

На общее время посылки в Ethernet прямое влияние оказывает количество коллизий, потому что каждая коллизия увеличивает время посылки одного кадра более чем в 2 раза. В нашем случае коллизии составляют примерно 62-63% от исходного количества кадров, которые необходимо послать, это связано с вероятностью успешной посылки, которая в рассматриваемом случае полностью зависит от количества пользователей в сети (считается, что все пользователи обладают одинаковой активностью).

При рассмотрении Token Ring модели оказывается, что количество пользователей имеет огромное влияние на среднее время посылки одного кадра и, конечно, на общее время всех посылок. Такая ситуация вполне закономерна: каждый кадр должен пройти через всех пользователей сети (полный «круг») и с увеличением числа пользователей увеличивается путь кадра, а значит и время.

Теперь сравним производительность рассматриваемых схем. Если говорить о производительности, как о количестве кадров, посланных в единицу времени, то здесь у Ethernet непоколебимое преимущество, так как отношение скорости посылки кадров в Ethernet к аналогичной скорости в Token Ring достигает 450. Хотя это отношение и не характеризует «полезную» производительность, но цифра сама по себе очень внушительная. Чтобы оценить скорости с учетом эффективности передачи, рассмотрим отношение времени посылки кадра в Token Ring ко времени посылки одного «полезного» кадра в Ethernet-модели. Эта величина будет характеризовать эффективную производительность систем, которая, как правило, всегда является основным параметром оценки. В нашем случае максимума она достигает в предпоследнем опыте и составляет 291, а среднее ее значение будет равняться 99,47.

Таким образом, при заданных нами условиях производительности протоколов в среднем различаются почти в 100 раз!

Конечно, в реальных условиях не будет такого превосходства, так как при моделировании было сделано несколько принципиальных допущений, касающихся условий работы программных моделей сетевых станций. Но в реальных сетях такие условия могут наступать далеко не всегда, поэтому сразу нужно оговориться, что мы оценивали упрощенные модели.

Если рассматривать нормированную производительность, которая характеризует отношение теоретических возможностей протокола к практически достигнутым, то здесь несколько иная ситуация. В Ethernet эта величина составила в среднем 0,61 (из-за большого количества коллизий), тогда как в Token Ring она достигла 0,98, что подтверждает, естественно, высокую надежность Token Ring'а.

В данной работе были рассмотрены и проанализированы две принципиально различные схемы работы локальной сети. Цели функционирования этих систем одни: добиться надежной передачи данных, максимально использовать пропускную способность сети для достижения наибольших скоростей передачи, обеспечить надежную работу при большом сетевом трафике. Однако алгоритмы достижения этих целей совершенно различны.

Для сравнения производительности и надежности систем были составлены программы, имитирующие работу станций в сетях Ethernet и Token Ring, которые используют данные о параметрах реальных сетей. Это позволило составить достаточно объективный анализ без тестирования реальных сетей. Конечно, все это было сделано с определенными допущениями и теоретическими предположениями, так как каждая локальная сеть уникальна сама по себе. Она имеет свою топологию, свой сетевой трафик, свое количество пользователей и т.д., поэтому были приняты несколько усредненные и наиболее распространенные параметры для проведения тестирования. Так, например, в данной работе рассматривалась только одна сетевая топология - звезда, когда все компьютеры сети подсоединены к одной центральной серверной машине, а также для простоты было принято, что расстояние всех станций от головной машины одинаково. Таким образом, созданные программные модели оказались несколько усредненными и упрощенными и полученные с их помощью результаты нельзя считать абсолютно достоверными.

Тем не менее, полученные результаты весьма интересны. Во-первых, удалось выяснить некоторые принципиальные зависимости. Например, оказалось, что количество пользователей в сети Ethernet практически не влияет на производительность, так как сообщение всегда проходит по кратчайшему пути от отправителя к адресату, здесь куда более важнее активность пользователей в сети, которая оказывает самое прямое воздействие на производительность. В Token Ring же все наоборот: увеличение числа пользователей увеличивает путь сообщения, а значит пагубно сказывается на производительности.

Во-вторых, при различных вариантах физической длины сети, числа пользователей и количества посылаемых станцией сообщений была рассчитана производительность. И как оказалось, в среднем по результатам наших тестов Ethernet оказался почти в 100 раз быстрее Token Ring'а. Это хоть и теоретический, но весомый результат.

сеть ethernet token компьютерный

Литература

1. В.И. Лойко, М.И. Семенов, Т.П. Барановская. Компьютерные системы и сети. Краснодар: КубГАУ, 2000.

2. В.Г. Олифер, Н.А. Олифер. Сетевые операционные системы. Санкт-Петербург: «Питер», 2001.

3. А.И. Марченко, Л.А. Марченко. Программирование в среде Turbo Pascal 7.0. - Киев: Век+, 2000.

4. В.Г. Олифер, Н.А. Олифер. Компьютерные сети. Санкт-Петербург: «Питер», 2001.

Приложение

Листинг 1 - Программная модель Ethernet-станции

Uses Crt;

Const

T = 5; {signal speed / mks/km}

Var

N: Word;

FRAMES, col, i: Longint;

L, tau, m: single;

p, v: Byte;

time: Extended;

Function step (a: Real; s: Byte): Extended;

var

i: Integer;

st: Extended;

Begin

st:= 1;

For i:=1 to s do

st:= st*a;

step:= st;

End;

BEGIN

Clrscr;

Randomize;

time:= 0;

col:= 0;

Writeln (» Введите исходные данные');

Write ('Расстояние станции от головной части (км)? ');

Readln(L);

Write ('Количество пользователей? ');

Readln(N);

Write ('Количество кадров? ');

Readln(FRAMES);

p:= Round (step(1-1/N, N-1) * 100);

tau:= (L*2) * T;

m:= 10 * tau; {длина сообщения (мкс)}

Writeln ('tau = ', tau: 8: 3);

Writeln ('p = ', p, ' % ');

For i:= 1 to FRAMES Do

begin

v:= random(100)+1; {текущая вероятность успеха посылки}

If v > p Then {если произошла коллизия}

begin

col:= col + 1;

time:= time + m; {посылка столкнувшегося сообщения}

end;

While v > p Do {пока линия занята}

begin

time:= time + 2*tau; {ожидание}

v:= random(100)+1;

end;

time:= time + m + tau; {успешная посылка}

end;

Writeln (' Результаты ');

Writeln ('Затраченное время (всего): ', (time/1000): 8: 5, ' c');

Writeln ('Количество коллизий: ', col);

Writeln ('Всего послано кадров: ', col + FRAMES);

Writeln ('Среднее время посылки 1 кадра: ', time/FRAMES: 8: 3, ' мкс');

Writeln ('Производительность: ', (col+FRAMES)/(time/1000): 8: 2, ' кадр/с');

Writeln ('Нормированная производительность: ', FRAMES/(FRAMES+col): 5: 4);

Readln;

END.

Листинг 2 - Программная модель Token Ring-станции

uses Crt;

const

T = 5; {signal speed / mks/km}

var

N: Word;

FRAMES, i: Longint;

L, tau, m: single;

p, v: Byte;

time: Extended;

function step (a: Real; s: Byte): Extended;

var

i: Integer;

st: Extended;

begin

st:= 1;

For i:=1 to s do

st:= st*a;

step:= st;

end;

BEGIN

Clrscr;

Randomize;

time:= 0;

writeln (' Введите исходные данные ');

write ('Расстояние станции от головной части (км)? ');

readln(L);

write ('Количество пользователей? ');

readln(N);

write ('Количество кадров? ');

readln(FRAMES);

p:= Round (step(1-1/N, N-1) * 100); {вероятность наличия маркера}

tau:= (L*2) * T;

m:= 10 * (L*2) * T; {длина сообщения (мкс)}

Writeln ('m = ', m: 8: 3, ' мкс');

Writeln ('p = ', p, ' % ');

for i:=1 to FRAMES do

begin

v:= random(100)+1; {текущая вероятность наличия маркера}

While v > p do {пока маркера нет…}

begin

time:= time + 2*tau;

v:= random(100)+1;

end;

time:= time + m*(N-1)*2; {кадр отправлен}

end;

Writeln (' Результаты: ');

Writeln ('Затраченное время (всего): ', (time/1000): 8: 5, ' c');

Writeln ('Среднее время посылки 1 кадра: ', time/FRAMES: 8: 3, ' мкс');

Writeln ('Производительность: ', FRAMES/(time/1000): 8: 2, ' кадр/с');

Writeln ('Нормированная производительность: ', FRAMES*m*

(N-1)*2/time: 5: 4);

Readln;

END. Размещено на Allbest.ru