Сравнительный анализ производительности протоколов доступа к каналу типов "Token Ring" и "Ethernet"

Четкое распознавание коллизий всеми станциями сети как необходимое условие корректной работы сети Ethernet. Программы, имитирующие работу станции в компьютерной сети стандарта Ethernet и Token Ring. Имитация работы сетей, из пропускной способности.

Рубрика Программирование, компьютеры и кибернетика
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 24.06.2013
Размер файла 36,6 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

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


Подобные документы

  • Особенности технологии Token Ring. Свойство отказоустойчивости, процедуры контроля работы сети, использующие обратную связь кольцеобразной структуры. Маркерный метод доступа к разделяемой среде. Формат маркера сети Token Ring, байта управления доступом.

    курсовая работа [755,3 K], добавлен 21.07.2012

  • Обзор и анализ возможных технологий построения сети: Ethernet, Token Ring, FDDI, Fast Ethernet. Основные виды кабелей и разъемов. Выбор архитектуры, топологии ЛВС; среды передачи данных; сетевого оборудования. Расчет пропускной способности локальной сети.

    дипломная работа [476,4 K], добавлен 15.06.2015

  • Анализ работы ТОО "Эммануил", план и помещений и размещение сервера. Анализ существующей сети на предприятии. Технология монтажа и развертывания СКС. Характеристика стандарта 8P8C и стандарта RJ 11. Описание методов доступа: Ethernet, Arcnet и Token Ring.

    отчет по практике [2,4 M], добавлен 16.01.2013

  • Token ring как технология локальной вычислительной сети (LAN) кольца с "маркерным доступом" - протокол локальной сети на канальном уровне (DLL) модели OSI. Логическая организация станций Token ring в кольцевую топологию с данными. Описание метода доступа.

    лекция [168,8 K], добавлен 15.04.2014

  • Роль компьютерных сетей, принципы их построения. Системы построения сети Token Ring. Протоколы передачи информации, используемые топологии. Способы передачи данных, средства связи в сети. Программное обеспечение, технология развертывания и монтажа.

    курсовая работа [279,7 K], добавлен 11.10.2013

  • Основная цель и модели сети. Принцип построения ее соединений. Технология клиент-сервер. Характеристика сетевых архитектур Ethernet, Token Ring, ArcNet: метод доступа, среда передачи, топология. Способы защиты информации. Права доступа к ресурсам сети.

    презентация [269,0 K], добавлен 26.01.2015

  • Характеристика сетевых технологий Ethernet, FDDI и Token Ring. Описание топологий соединения "общая шина", "звезда" и "кольцо". Выбор активного, пассивного и вспомогательного оборудования, протоколов, схем адресации с целью разработки вычислительной сети.

    курсовая работа [134,8 K], добавлен 30.07.2010

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.