1.1 Технология Ethernet

Технология Ethernet была разработана в исследовательском центре компании Xerox в 70-х годах и достигла своего нынешнего лидирующего положения в 80-х. Впервые термин Ethernet был использован Робертом Меткалфом в заметке, написанной им в этом исследовательском центре в мае 1973 года.

В настоящее время самой распространённой сетевой технологией является именно Ethernet. По данным IDC, в 1997 году более 80% всех сетей были построены на базе Ethernet. Все популярные операционные системы и стеки протоколов (TCP/IP, IPX, DECNet и многие другие ) поддерживают Ethernet. Причинами такого господства Ethernet в сетевом мире являются высокая надёжность, доступность инструментов управления, масштабируемость, гибкость, низкая стоимость и лёгкость внедрения.

Технология Ethernet достаточно бурно эволюционировала с момента своего зарождения.

Технология Ethernet стала базой спецификации IEEE 802.3, которая была опубликована в 1980 году. Вскоре после этого, компании Digital Equipment (DEC), Intel и Xerox разработали и приняли вторую версию спецификации Ethernet, совместимую с IEEE 802.3. В настоящее время термин Ethernet чаще всего используют для описания всех локальных сетей, работающих в соответствии с принципами CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection) - множественного доступа с контролем несущей и обнаружением коллизий, что соответствует спецификации Ethernet IEEE 802.3. В модели OSI протокол CSMA/CD относится к доступу к среде. На этом уровне определяется формат, в котором информация передаётся по сети, и способ, с помощью которого сетевое устройство получает доступ к сети (или управление сетью) для передачи данных.

Изначально технология Ethernet была ограничена тем, что пользователи конкурировали за право пользования одной полосой пропускания в 10 Мбит/с. Однако со временем были найдены интересные решения, частично снимающие эту проблему. В их основе лежит использование коммутаторов, которые, в отличии от традиционных мостов, имеют большое количество портов и обеспечивают передачу кадров между несколькими портами одновременно. Это позволяет эффективно применять коммутаторы и для таких сетей, в которых трафик между сегментами практически не отличается от трафика, циркулирующего в самих сегментах. Технология Ethernet после появления коммутаторов перестала казаться совершенно бесперспективной, так как появилась возможность соединить низкую стоимость устройств Ethernet с высокой производительностью сетей, построенных на основе коммутаторов. Используя технологию коммутируемого Ethernet, каждое устройство получает выделенный канал между собой и портом коммутатора. Технология коммутации прижилась в сетях очень быстро. Обеспечивая передачу данных со скоростью канала связи между различными сегментами локальной сети (иными словами, между портами коммутатора), коммутация позволяет создавать крупные сети с эффективной системой управления. Кроме того, эта технология стала толчком к созданию концепции виртуальных локальных вычислительных сетей (ВЛВС).

Однако, необходимость организации магистрали сети, к которой подключаются отдельные коммутаторы, не отпала. Если множество сегментов сети работает со скоростью 10Мбит/с, то магистраль должна иметь скорость значительно большую. В начале 90-х годов начала ощущаться недостаточная пропускная способность Ethernet. Для компьютеров на процессорах Intel 80286 или 80386 с шинами ISA (8 Мбайт/с) или EISA (32 Мбайт/с ) пропускная способность сегмента Ethernet составляла 1/8 или 1/32 часть канала "память - диск" и хорошо согласовывалась с соотношением между объёмами локальных и внешних данных, циркулирующих в компьютере. Теперь же у мощных клиентских станций с процессорами Pentium или Pentium Pro и шиной PSI (133 Мбайт/с) эта доля упала до 1/133, что явно недостаточно. Поэтому многие сегменты Ethernet на 10 Мбит/с стали перегруженными, время реакции серверов и частота возникновения коллизий в таких сегментах значительно возросли, ещё более уменьшая реальную пропускную способность. В ответ на эти требования была разработана технология Fast Ethernet, являющаяся 100-мегабитной версией Ethernet.

Следует отметить, что увеличение скорости в 10 раз приводит к уменьшению максимального расстояния между узлами. Сначала было предложено простое решение задачи построения магистрали - несколько коммутаторов Ethernet связывались вместе по витой паре или волоконно-оптическому кабелю - так называемая коллапсированная магистраль. Но возникла проблема, когда потребовалось связать коммутаторы, находящиеся на больших расстояниях. Она была решена с помощью организации выделенного, свободного от коллизий оптоволоконного канала связи в этом случае коммутаторы могли связываться напрямую на расстоянии до 2 километров. Как видно, технология Fast Ethernet обеспечила достаточно всеобъемлющее решение для построения сетей масштаба одного или нескольких зданий. Одобрение стандарта на технологию Fast Ethernet в 1995 году стало важным событием для сообщества производителей сетевого оборудования, так как появилась гибкая, быстрая и масштабируемая технология передачи данных.

До разработки технологий коммутации и Fast Ethernet среди специалистов по сетевым технологиям господствовало мнение, что технологии ATM и FDDI будут оптимальным решением для организации магистрали сети. Однако в настоящее время, технология Fast Ethernet часто конкурирует с упомянутыми технологиями в этой области. Кроме того, активно разрабатывается и внедряется технология Gigabit Ethernet.

Протокол CSMA/CD состоит из двух частей: Carrier Sense Multiple Access и Collision Detection. Первая часть определяет, каким образом рабочая станция с сетевым адаптером "ловит" момент, когда ей следует послать сообщение. В соответствии с протоколом CSMA, рабочая станция вначале слушает сеть, чтобы определить, не передаётся ли в данный момент какое-либо другое сообщение. Если слышится несущий сигнал (carrier tone), значит, в данный момент сеть занята другим сообщением - рабочая станция переходит в режим ожидания и находится в нём до тех пор, пока сеть не освободится. Когда в сети наступает молчание, станция начинает передачу.

Все станции, подключенные к кабелю, могут распознать факт передачи кадра, и та станция, которая узнает собственный адрес в заголовках кадра, записывает его содержимое в свой внутренний буфер, обрабатывает полученные данные и посылает по кабелю кадр-ответ. Адрес станции-источника также включен в исходный кадр, поэтому станция-получатель знает, кому нужно послать ответ.

Вторая часть - Collision Detection - служит для разрешения ситуаций, когда две или более рабочие станции пытаются передавать сообщения одновременно. Если две станции начнут передавать свои пакеты одновременно, то передаваемые данные наложатся друг на друга и не одно из сообщений не дойдёт до получателя. Такую ситуацию называют конфликтом или коллизией (сигналы одной станции перемешиваются с сигналами другой). Collision Detection требует, чтобы станция прослушала сеть также и после передачи пакета. Если обнаруживается конфликт, станция повторяет передачу пакета через случайным образом выбранный промежуток времени. Затем она вновь проверяет, не произошёл ли конфликт. Термин "множественный доступ" подчёркивает тот факт, что все станции имеют одинаковое право на доступ к сети.

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. При коллизии уничтожаются все данные в сети. После коллизии станции пытаются передать данные повторно. Для того, чтобы предотвратить одновременную передачу, был разработан специальный механизм прерываний, который предписывает каждой станции выждать случайный промежуток времени перед повторной передачей. Станция, которой достался самый короткий период ожидания, первой получит право на очередную попытку передать данные, а остальные определят, что сеть занята и вновь будут ожидать. Единицей измерения времени ожидания является удвоенное время распространения сигнала из конца в конец отрезка кабеля, равное примерно 51.2 мс. После первого конфликта каждая станция ждёт 0 или 1 единицу времени, прежде, чем попытается возобновить передачу. Если снова произошёл конфликт, что может быть, если две станции выбрали одно и то же число, то каждая из них выбирает одно из четырёх случайных чисел в качестве времени ожидания: 0,1,2,3. Если и в третий раз произошёл конфликт, случайное число выбирается из интервала 0-7. Таким образом, вероятность новой коллизии уменьшается. После десяти последовательных конфликтов интервал выбора случайных чисел фиксируется и становится равным 0-1023. После шестнадцати конфликтов контроллер отказывается от дальнейших попыток передать кадр и сообщает об этом компьютеру. Все дальнейшие действия по выходу из сложившейся ситуации осуществляются под руководством протоколов верхнего уровня. Такой алгоритм позволяет разрешить коллизии, когда конфликтующих станций немного.

Обнаружение конфликтов основано на сравнении посланных сигналов и сигналов других рабочих станций. Аппаратное обеспечение станции должно во время передачи "прослушивать" кабель для определения факта коллизии. Если сигнал, который станция регистрирует, отличается от передаваемого ею, значит, произошла коллизия. Поэтому, должен существовать механизм, позволяющий различать сигналы в кабеле. Этот механизм был найден - им стало манчестерское кодирование и дифференциальное манчестерское кодирование сигнала.

При манчестерском кодировании каждый интервал времени, в течение которого происходит передача одного бита, разделяется на две половинки. Единичный бит кодируется высоким напряжением в первой половине и низким напряжением во второй. Нулевой бит кодируется противоположным образом. Изменение напряжения в середине интервала облегчает принимающей стороне синхронизацию с передающей станцией.

Дифференциальное манчестерское кодирование представляет собой разновидность обычного манчестерского кодирования. В этом случае единичный бит характеризуется отсутствием изменения напряжения (напряжения в обеих половинках равны). Изменение напряжения в начале бита означает, что это нулевой бит.

Недостатком схемы дифференциального манчестерского кодирования является необходимость удвоения ширины полосы пропускания по сравнению с прямым кодированием. Однако, вследствие своей простоты, манчестерское кодирование используется в стандарте 802.3. Уровни высокого и низкого напряжения составляют +0.85 В и -0.85 В. Прямое двоичное кодирование построено на кодировании нулевого бита нулевым напряжением (0 В) и единичного бита ненулевым напряжением (5 В).

Данные, передаваемые в сети Ethernet, разбиты на кадры. Практически каждой сетевой технологии (независимо от ее уровня) соответствует единица передачи данных: Ethernet-кадр, АТМ-ячейка, IP-дейтаграмма и т. д. Данные по сети в чистом виде не передаются. В сети Ethernet к единице данных «пристраивается» заголовок. В некоторых сетевых технологиях добавляется также окончание. Заголовок и окончание несут служебную информацию и состоят из определенных полей.

Следует отметить, что минимальная допустимая длина кадров Ethernet составляет 64 байта, а максимальная -- 1518 байт. Так как на служебную информацию в кадре отводится 18 байт, то поле «Данные» может иметь длину от 46 до 1500 байт. Если передаваемые по сети данные меньше допустимой минимальной длины, кадр будет автоматически дополняться до 46 байт. Столь жесткие ограничения на минимальную длину кадра введены для обеспечения нормальной работы механизма обнаружения коллизий.

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.

1.2 Алгоритм работы сети

Алгоритм передачи кадра по протоколу CSMA/CD представлен на рисунке 1.

1. Станция, собравшаяся передавать, прослушивает среду. И передает, если среда свободна. В противном случае (т.е. если среда занята) переходит к шагу 2. При передаче нескольких кадров подряд станция выдерживает определенную паузу между посылками кадров - межкадровый интервал, причем после каждой такой паузы перед отправкой следующего кадра станция вновь прослушивает среду (возвращение на начало шага 1);

2. Если среда занята, станция продолжает прослушивать среду до тех пор, пока среда не станет свободной, и затем сразу же начинает передачу;

3. Каждая станция, ведущая передачу прослушивает среду, и в случае обнаружения коллизии, не прекращает сразу же передачу а сначала передает короткий специальный сигнал коллизии - jam-сигнал, информируя другие станции о коллизии, и прекращает передачу;

4. После передачи jam-сигнала станция замолкает и ждет некоторое произвольное время в соответствии с правилом бинарной экспоненциальной задержки и затем возвращаясь к шагу 1.

Рисунок 1 - Алгоритм передачи по протоколу CSMA/CD

Алгоритм приема кадра по протоколу CSMA/CD представлен на рисунке 2.

Рисунок 2 - Алгоритм приема по протоколу CSMA/CD

Принимающая станция или другое сетевое устройство, например, концентратор или коммутатор первым делом синхронизируется по преамбуле и затем преобразовывает манчестерский код в бинарную форму (на физическом уровне). Далее обрабатывается бинарный поток.

На уровне MAC оставшиеся биты преамбулы сбрасываются, а станция читает адрес назначения и сравнивает его со своим собственным. Если адреса совпадают, то поля кадра за исключением преамбулы, SDF и FCS помещаются в буфер и вычисляется контрольная сумма, которая сравнивается с полем контрольной последовательности кадра FCS (используется метод циклического суммирования CRC-32). Если они равны, то содержимое буфера передается протоколу более высокого уровня. В противном случае кадр сбрасывается. Возникновение коллизии при приеме кадра обнаруживается либо по изменению электрического потенциала, если используется коаксиальный сегмент, либо по факту приема дефектного кадра, неверная контрольная сумма, если используется витая пара или оптическое волокно. В обоих случая принятая информация сбрасывается.

1.3 Аналитическое моделирование сети Ethernet

Механизм разделения среды протокола Ethernet упрощенно описывается простейшей моделью типа M/M/1 - одноканальной моделью с простейшим потоком заявок и показательным законом распределения времени обслуживания. Она хорошо описывает процесс обработки случайно поступающих заявок на обслуживание системами с одним обслуживающим прибором со случайным временем обслуживания и буфером для хранения поступающих заявок на время, пока обслуживающий прибор занят выполнением другой заявки. Передающая среда Ethernet представлена в этой модели обслуживающим устройством, а пакеты соответствуют заявкам.

Пусть на вход одноканальной СМО поступает простейший поток заявок с интенсивностью л, закон распределения времени обслуживания показательный с интенсивностью м (рисунок 4).

Входящий Очередь Устройство Выходящий

Поток , л м поток

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 4 - Одноканальная СМО

Отношение с = л/м называется коэффициентом загрузки, который определяет какую часть времени устройство было занято на протяжении всего времени наблюдения за СМО.

В этом случае формулы Полячека-Хинчина для определения средней длины очереди и среднего времени ожидания имеют вид

(1)

1.4 Имитационное моделирование сети Ethernet

В качестве базовой модели взята модель 10-мегабитной сети Ethernet, разработанной Minuteman Software и представленной в [8].

10-мегабитная сеть Ethernet с сотней подключенных в данный момент рабочих станций работает удовлетворительно. Было определено, что сетевой трафик состоит из двух классов со-общений, которые генерируются с одинаковой пропорцией во всех узлах.

Общая структура входящего потока сообщений в час пик может быть смоделирована как пуассоновский процесс со случайным выбором отдельных рабочих станций.

Сообщения поступают экспоненциально и бывают двух типов: короткие и длинные. Выбирается узел и удерживается в течение передачи сообщения и всех выдержек времени в случае коллизии. Каждый узел Ethernet может быть занят одним сообщением до тех пор, пока оно не будет отправлено или пока не произойдет некоторое количество коллизий (во время попыток передачи другими узлами), после чего объявляется постоянная ошибка и узел освобождается. Время измеряется в миллисекундах. Подразумевается, что отдельные узлы отстоят друг от друга на 2,5 м. При расчете окна коллизии для определения разделяющего расстояния используется идентификационный номер узла. Задержки распространения между смежными узлами равны 0,01 микросекунды. Каждый бит перемещается за 0,1 микросекунды. Межкадровый интервал моделируется путем задержки сети передающим узлом на некоторое дополнительное время, после того как он передал свое сообщение. Сообщения представлены транзактами GPSS. Узлы и сеть представлены устройствами GPSS. Дополнительное устройство используется во время передачи преднамеренных помех для предотвращения начала передачи нового сообщения. Коллизия возникает из-за нескольких одновременных попыток передачи 2 или более узлов. Задержка распространения сигнала препятствует одновременному распознаванию узлов друг другом, тем самым, приводя к возможности коллизии. Интервал времени, в течение которого сигнал из другого узла может быть обнаружен, называется «окном коллизии». Коллизия представлена лишением передающего транзакта права занимать Ethernet и отправкой его в подпрограмму выдержки времени. Новый занимающий транзакт передает преднамеренные помехи в Ethernet и затем сам выдерживает некоторый временной интервал. Когда отправляется сообщение транзакта, транзакт занимает устройство Ethernet с приоритетом 0 и может быть вытеснен (PREEMPT) только транзактом с приоритетом 1. Когда транзакт передает преднамеренные помехи, он занимает устройство Ethernet с приоритетом 1 и не может быть вытеснен.

сеть моделирование аналитический имитационный

2. ВЫПОЛНЕНИЕ ЗАДАНИЯ 2

GPSS World Simulation Report - 1_1.2.1

Tuesday, April 10, 2012 13:42:13

START TIME END TIME BLOCKS FACILITIES STORAGES

0.000 1000.000 35 102 0

NAME VALUE

BACKMIN 10011.000

BACKOFF 18.000

BACKOFF_DELAY 10009.000

BACKOFF_LIMIT 10.000

BACKRANDOM 10010.000

COLLIDE 10013.000

COLLISION 12.000

ERROR_COUNT UNSPECIFIED

ETHERNET 10022.000

FRACTION_SHORT_MSGS 600.000

FREE_NODE 29.000

GLOBAL_DELAYS 10017.000

INTERFRAME_TIME 0.010

INTERMESSAGE_TIME 1.000

JAM 10021.000

JAM_TIME 0.003

MAX_MSG 12144.000

MESSAGE_TIME 10019.000

MIN_MSG 512.000

MSGRAND 10015.000

MSGTIME 10014.000

MSG_DELAYS 10016.000

NODE_COUNT 100.000

NODE_ID 10018.000

NODE_SELECT 10012.000

RETRIES 10020.000

SLOT_TIME 0.051

START_XMIT 22.000

TRY_TO_SEND 7.000

XMIT_BEGIN 10024.000

XMIT_ERROR 32.000

XMIT_NODE 10023.000

LABEL LOC BLOCK TYPE ENTRY COUNT CURRENT COUNT RETRY

1 GENERATE 914 0 0

2 ASSIGN 914 0 0

3 ASSIGN 914 0 0

4 ASSIGN 914 0 0

5 QUEUE 914 0 0

6 SEIZE 914 0 0

TRY_TO_SEND 7 PRIORITY 920 0 0

8 SEIZE 920 0 0

9 RELEASE 920 0 0

10 TEST 920 0 0

11 TEST 440 0 0

COLLISION 12 PREEMPT 3 0 0

13 SEIZE 3 0 0

14 ADVANCE 3 0 0

15 RELEASE 3 0 0

16 RELEASE 3 0 0

17 PRIORITY 3 0 0

BACKOFF 18 ASSIGN 6 0 0

19 TEST 6 0 0

20 ADVANCE 6 0 0

21 TRANSFER 6 0 0

START_XMIT 22 SEIZE 917 0 0

23 SAVEVALUE 917 0 0

24 SAVEVALUE 917 0 0

25 PRIORITY 917 0 0

26 ADVANCE 917 0 0

27 ADVANCE 914 0 0

28 RELEASE 914 0 0

FREE_NODE 29 RELEASE 914 0 0

30 DEPART 914 0 0

31 TERMINATE 914 0 0

XMIT_ERROR 32 SAVEVALUE 0 0 0

33 TRANSFER 0 0 0

34 GENERATE 1 0 0

35 TERMINATE 1 0 0

FACILITY ENTRIES UTIL. AVE. TIME AVAIL. OWNER PEND INTER RETRY DELAY

1 17 0.012 0.718 1 0 0 0 0 0

2 10 0.010 1.010 1 0 0 0 0 0

3 11 0.010 0.873 1 0 0 0 0 0

4 10 0.015 1.535 1 0 0 0 0 0

5 10 0.012 1.155 1 0 0 0 0 0

6 6 0.009 1.488 1 0 0 0 0 0

7 4 0.003 0.773 1 0 0 0 0 0

8 9 0.011 1.253 1 0 0 0 0 0

9 8 0.007 0.858 1 0 0 0 0 0

10 9 0.007 0.743 1 0 0 0 0 0

11 10 0.009 0.886 1 0 0 0 0 0

12 7 0.009 1.262 1 0 0 0 0 0

13 8 0.008 0.964 1 0 0 0 0 0

14 8 0.007 0.935 1 0 0 0 0 0

15 8 0.014 1.718 1 0 0 0 0 0

16 13 0.019 1.481 1 0 0 0 0 0

17 10 0.007 0.692 1 0 0 0 0 0

18 10 0.006 0.558 1 0 0 0 0 0

19 10 0.009 0.870 1 0 0 0 0 0

20 9 0.007 0.728 1 0 0 0 0 0

21 7 0.004 0.616 1 0 0 0 0 0

22 14 0.011 0.801 1 0 0 0 0 0

23 10 0.012 1.158 1 0 0 0 0 0

24 11 0.017 1.577 1 0 0 0 0 0

25 8 0.009 1.090 1 0 0 0 0 0

26 2 0.002 0.832 1 0 0 0 0 0

27 12 0.015 1.234 1 0 0 0 0 0

28 13 0.008 0.606 1 0 0 0 0 0

29 15 0.014 0.917 1 0 0 0 0 0

30 11 0.012 1.048 1 0 0 0 0 0

31 16 0.008 0.503 1 0 0 0 0 0

32 9 0.008 0.939 1 0 0 0 0 0

33 10 0.012 1.199 1 0 0 0 0 0

34 5 0.004 0.881 1 0 0 0 0 0

35 12 0.012 0.963 1 0 0 0 0 0

36 10 0.005 0.496 1 0 0 0 0 0

37 11 0.010 0.947 1 0 0 0 0 0

38 4 0.003 0.651 1 0 0 0 0 0

39 7 0.008 1.113 1 0 0 0 0 0

40 8 0.007 0.881 1 0 0 0 0 0

41 11 0.009 0.790 1 0 0 0 0 0

42 5 0.006 1.170 1 0 0 0 0 0

43 7 0.008 1.162 1 0 0 0 0 0

44 11 0.012 1.055 1 0 0 0 0 0

45 18 0.012 0.677 1 0 0 0 0 0

46 9 0.005 0.501 1 0 0 0 0 0

47 8 0.006 0.720 1 0 0 0 0 0

48 10 0.012 1.168 1 0 0 0 0 0

49 5 0.007 1.350 1 0 0 0 0 0

50 6 0.006 0.979 1 0 0 0 0 0

51 3 0.005 1.584 1 0 0 0 0 0

52 10 0.009 0.870 1 0 0 0 0 0

53 4 0.004 1.012 1 0 0 0 0 0

54 13 0.019 1.460 1 0 0 0 0 0

55 13 0.017 1.310 1 0 0 0 0 0

56 11 0.016 1.442 1 0 0 0 0 0

57 5 0.006 1.153 1 0 0 0 0 0

58 6 0.004 0.630 1 0 0 0 0 0

59 9 0.008 0.838 1 0 0 0 0 0

60 6 0.005 0.862 1 0 0 0 0 0

61 6 0.006 1.057 1 0 0 0 0 0

62 8 0.006 0.723 1 0 0 0 0 0

63 10 0.009 0.866 1 0 0 0 0 0

64 10 0.010 1.003 1 0 0 0 0 0

65 7 0.004 0.531 1 0 0 0 0 0

66 5 0.004 0.758 1 0 0 0 0 0

67 9 0.010 1.074 1 0 0 0 0 0

68 8 0.008 1.030 1 0 0 0 0 0

69 6 0.007 1.241 1 0 0 0 0 0

70 10 0.010 1.049 1 0 0 0 0 0

71 8 0.005 0.615 1 0 0 0 0 0

72 10 0.012 1.208 1 0 0 0 0 0

73 10 0.009 0.873 1 0 0 0 0 0

74 7 0.004 0.512 1 0 0 0 0 0

75 7 0.006 0.900 1 0 0 0 0 0

76 10 0.011 1.124 1 0 0 0 0 0

77 12 0.010 0.814 1 0 0 0 0 0

78 11 0.005 0.430 1 0 0 0 0 0

79 11 0.015 1.358 1 0 0 0 0 0

80 15 0.011 0.751 1 0 0 0 0 0

81 11 0.008 0.758 1 0 0 0 0 0

82 11 0.011 0.992 1 0 0 0 0 0

83 3 0.003 0.860 1 0 0 0 0 0

84 9 0.011 1.174 1 0 0 0 0 0

85 8 0.008 1.038 1 0 0 0 0 0

86 14 0.017 1.239 1 0 0 0 0 0

87 10 0.009 0.925 1 0 0 0 0 0

88 9 0.004 0.427 1 0 0 0 0 0

89 8 0.007 0.844 1 0 0 0 0 0

90 8 0.015 1.870 1 0 0 0 0 0

91 14 0.011 0.802 1 0 0 0 0 0

92 7 0.004 0.583 1 0 0 0 0 0

93 9 0.007 0.727 1 0 0 0 0 0

94 10 0.019 1.874 1 0 0 0 0 0

95 8 0.006 0.747 1 0 0 0 0 0

96 7 0.007 0.999 1 0 0 0 0 0

97 10 0.007 0.695 1 0 0 0 0 0

98 8 0.008 0.941 1 0 0 0 0 0

99 9 0.007 0.761 1 0 0 0 0 0

100 9 0.009 0.947 1 0 0 0 0 0

JAM 923 0.000 0.000 1 0 0 0 0 0

ETHERNET 920 0.477 0.518 1 0 0 0 0 0

QUEUE MAX CONT. ENTRY ENTRY(0) AVE.CONT. AVE.TIME AVE.(-0) RETRY

GLOBAL_DELAYS 8 0 914 0 0.888 0.972 0.972 0

TABLE MEAN STD.DEV. RANGE RETRY FREQUENCY CUM.%

MSG_DELAYS 0.972 0.966 0

_ - 1.000 445 48.69

1.000 - 2.000 365 88.62

2.000 - 3.000 74 96.72

3.000 - 4.000 19 98.80

4.000 - 5.000 4 99.23

5.000 - 6.000 2 99.45

6.000 - 7.000 5 100.00

SAVEVALUE RETRY VALUE

XMIT_NODE 0 91.000

XMIT_BEGIN 0 999.843

FEC XN PRI BDT ASSEM CURRENT NEXT PARAMETER VALUE

916 0 1000.869 916 0 1

917 0 2000.000 917 0 34

2.3 Анализ результатов базовой модели

Проанализируем отчет. Двигаемся вниз к разделу, посвященному устройству, которое пред-ставляет сеть Ethernet. Оно использовалось в среднем на 47,7%. Посмотрим на количество входов в блок с меткой Collision. В течение процесса моделирования было 3 коллизии. То есть на одно сообщение приходится 0.003 коллизии.

Очевидно, что сеть действует удовлетворительно. Теперь посмотрим на эффект добавления N = 54 дополнительных рабочих станций.

Выбираем Command / CLEAR. Теперь мы изменим некото-рые параметры эксперимента. Мы сделаем это с помощью интерактивной команды. Сначала изменим количество рабочих станций. Выбираем Command / Custom..., наберите Node_Count EQU 54.

Теперь другой параметр - общий интервал между поступлением сообщений. Во второй стро-ке набираем Intermessage_Time EQU 1.0# (100/154).

Запустим процесс моделирования с новыми условиями. Выбираем Command / START. Так как нам нужен счетчик завершения, равный 1, в диалоговом окне нажимаем ОК.

Рисунок 6 - Журнал

Как мы видим в окне «Table» (Рисунок 7), очень большое количество сообщений задерживается из-за временных задержек в случае коллизий. Средняя задержка сообщения увеличивается до 2,531 миллисекунд.

Рисунок 7 - Q-таблица для 154 рабочих станций в сети

ОТЧЕТ

GPSS World Simulation Report - Untitled Model 1.1.2

Tuesday, April 10, 2012 13:44:47

START TIME END TIME BLOCKS FACILITIES STORAGES

0.000 1000.000 35 102 0

NAME VALUE

BACKMIN 10011.000

BACKOFF 18.000

BACKOFF_DELAY 10009.000

BACKOFF_LIMIT 10.000

BACKRANDOM 10010.000

COLLIDE 10013.000

COLLISION 12.000

ERROR_COUNT UNSPECIFIED

ETHERNET 10022.000

FRACTION_SHORT_MSGS 600.000

FREE_NODE 29.000

GLOBAL_DELAYS 10017.000

INTERFRAME_TIME 0.010

INTERMESSAGE_TIME 0.649

JAM 10021.000

JAM_TIME 0.003

MAX_MSG 12144.000

MESSAGE_TIME 10019.000

MIN_MSG 512.000

MSGRAND 10015.000

MSGTIME 10014.000

MSG_DELAYS 10016.000

NODE_COUNT 54.000

NODE_ID 10018.000

NODE_SELECT 10012.000

RETRIES 10020.000

SLOT_TIME 0.051

START_XMIT 22.000

TRY_TO_SEND 7.000

XMIT_BEGIN 10024.000

XMIT_ERROR 32.000

XMIT_NODE 10023.000

LABEL LOC BLOCK TYPE ENTRY COUNT CURRENT COUNT RETRY

1 GENERATE 1510 0 0

2 ASSIGN 1510 0 0

3 ASSIGN 1510 0 0

4 ASSIGN 1510 0 0

5 QUEUE 1510 0 0

6 SEIZE 1510 0 0

TRY_TO_SEND 7 PRIORITY 1700 0 0

8 SEIZE 1700 0 0

9 RELEASE 1700 0 0

10 TEST 1700 0 0

11 TEST 1336 0 0

COLLISION 12 PREEMPT 95 0 0

13 SEIZE 95 0 0

14 ADVANCE 95 0 0

15 RELEASE 95 0 0

16 RELEASE 95 0 0

17 PRIORITY 95 0 0

BACKOFF 18 ASSIGN 190 0 0

19 TEST 190 0 0

20 ADVANCE 190 0 0

21 TRANSFER 190 0 0

START_XMIT 22 SEIZE 1605 0 0

23 SAVEVALUE 1605 0 0

24 SAVEVALUE 1605 0 0

25 PRIORITY 1605 0 0

26 ADVANCE 1605 0 0

27 ADVANCE 1510 0 0

28 RELEASE 1510 0 0

FREE_NODE 29 RELEASE 1510 0 0

30 DEPART 1510 0 0

31 TERMINATE 1510 0 0

XMIT_ERROR 32 SAVEVALUE 0 0 0

33 TRANSFER 0 0 0

34 GENERATE 1 0 0

35 TERMINATE 1 0 0

FACILITY ENTRIES UTIL. AVE. TIME AVAIL. OWNER PEND INTER RETRY DELAY

1 32 0.062 1.945 1 0 0 0 0 0

2 21 0.043 2.047 1 0 0 0 0 0

3 30 0.064 2.144 1 0 0 0 0 0

4 35 0.066 1.877 1 0 0 0 0 0

5 20 0.053 2.673 1 0 0 0 0 0

6 23 0.055 2.381 1 0 0 0 0 0

7 28 0.066 2.340 1 0 0 0 0 0

8 27 0.079 2.940 1 0 0 0 0 0

9 27 0.080 2.946 1 0 0 0 0 0

10 31 0.077 2.497 1 0 0 0 0 0

11 21 0.057 2.705 1 0 0 0 0 0

12 36 0.080 2.229 1 0 0 0 0 0

13 29 0.078 2.691 1 0 0 0 0 0

14 20 0.061 3.034 1 0 0 0 0 0

15 26 0.039 1.496 1 0 0 0 0 0

16 33 0.080 2.439 1 0 0 0 0 0

17 27 0.073 2.716 1 0 0 0 0 0

18 29 0.064 2.191 1 0 0 0 0 0

19 33 0.090 2.734 1 0 0 0 0 0

20 32 0.067 2.098 1 0 0 0 0 0

21 35 0.091 2.591 1 0 0 0 0 0

22 30 0.064 2.140 1 0 0 0 0 0

23 32 0.082 2.567 1 0 0 0 0 0

24 39 0.103 2.629 1 0 0 0 0 0

25 23 0.043 1.867 1 0 0 0 0 0

26 37 0.096 2.594 1 0 0 0 0 0

27 31 0.083 2.665 1 0 0 0 0 0

28 29 0.052 1.793 1 0 0 0 0 0

29 20 0.043 2.134 1 0 0 0 0 0

30 17 0.029 1.713 1 0 0 0 0 0

31 29 0.053 1.831 1 0 0 0 0 0

32 34 0.063 1.839 1 0 0 0 0 0

33 27 0.070 2.575 1 0 0 0 0 0

34 27 0.059 2.177 1 0 0 0 0 0

35 23 0.059 2.565 1 0 0 0 0 0

36 28 0.066 2.362 1 0 0 0 0 0

37 45 0.107 2.382 1 0 0 0 0 0

38 34 0.078 2.292 1 0 0 0 0 0

39 22 0.055 2.513 1 0 0 0 0 0

40 25 0.060 2.405 1 0 0 0 0 0

41 20 0.057 2.871 1 0 0 0 0 0

42 31 0.060 1.929 1 0 0 0 0 0

43 28 0.071 2.543 1 0 0 0 0 0

44 24 0.063 2.622 1 0 0 0 0 0

45 24 0.053 2.197 1 0 0 0 0 0

46 29 0.067 2.303 1 0 0 0 0 0

47 22 0.056 2.537 1 0 0 0 0 0

48 29 0.061 2.098 1 0 0 0 0 0

49 29 0.070 2.409 1 0 0 0 0 0

50 22 0.065 2.936 1 0 0 0 0 0

51 22 0.076 3.472 1 0 0 0 0 0

52 27 0.052 1.916 1 0 0 0 0 0

53 29 0.071 2.441 1 0 0 0 0 0

54 27 0.070 2.585 1 0 0 0 0 0

55 0 0.000 0.000 1 0 0 0 0 0

56 0 0.000 0.000 1 0 0 0 0 0

57 0 0.000 0.000 1 0 0 0 0 0

58 0 0.000 0.000 1 0 0 0 0 0

59 0 0.000 0.000 1 0 0 0 0 0

60 0 0.000 0.000 1 0 0 0 0 0

61 0 0.000 0.000 1 0 0 0 0 0

62 0 0.000 0.000 1 0 0 0 0 0

63 0 0.000 0.000 1 0 0 0 0 0

64 0 0.000 0.000 1 0 0 0 0 0

65 0 0.000 0.000 1 0 0 0 0 0

66 0 0.000 0.000 1 0 0 0 0 0

67 0 0.000 0.000 1 0 0 0 0 0

68 0 0.000 0.000 1 0 0 0 0 0

69 0 0.000 0.000 1 0 0 0 0 0

70 0 0.000 0.000 1 0 0 0 0 0

71 0 0.000 0.000 1 0 0 0 0 0

72 0 0.000 0.000 1 0 0 0 0 0

73 0 0.000 0.000 1 0 0 0 0 0

74 0 0.000 0.000 1 0 0 0 0 0

75 0 0.000 0.000 1 0 0 0 0 0

76 0 0.000 0.000 1 0 0 0 0 0

77 0 0.000 0.000 1 0 0 0 0 0

78 0 0.000 0.000 1 0 0 0 0 0

79 0 0.000 0.000 1 0 0 0 0 0

80 0 0.000 0.000 1 0 0 0 0 0

81 0 0.000 0.000 1 0 0 0 0 0

82 0 0.000 0.000 1 0 0 0 0 0

83 0 0.000 0.000 1 0 0 0 0 0

84 0 0.000 0.000 1 0 0 0 0 0

85 0 0.000 0.000 1 0 0 0 0 0

86 0 0.000 0.000 1 0 0 0 0 0

87 0 0.000 0.000 1 0 0 0 0 0

88 0 0.000 0.000 1 0 0 0 0 0

89 0 0.000 0.000 1 0 0 0 0 0

90 0 0.000 0.000 1 0 0 0 0 0

91 0 0.000 0.000 1 0 0 0 0 0

92 0 0.000 0.000 1 0 0 0 0 0

93 0 0.000 0.000 1 0 0 0 0 0

94 0 0.000 0.000 1 0 0 0 0 0

95 0 0.000 0.000 1 0 0 0 0 0

96 0 0.000 0.000 1 0 0 0 0 0

97 0 0.000 0.000 1 0 0 0 0 0

98 0 0.000 0.000 1 0 0 0 0 0

99 0 0.000 0.000 1 0 0 0 0 0

100 0 0.000 0.000 1 0 0 0 0 0

JAM 1795 0.000 0.000 1 0 0 0 0 0

ETHERNET 1700 0.767 0.451 1 0 0 0 0 0

QUEUE MAX CONT. ENTRY ENTRY(0) AVE.CONT. AVE.TIME AVE.(-0) RETRY

GLOBAL_DELAYS 19 0 1510 0 3.821 2.531 2.531 0

TABLE MEAN STD.DEV. RANGE RETRY FREQUENCY CUM.%

MSG_DELAYS 2.531 2.770 0

_ - 1.000 412 27.28

1.000 - 2.000 429 55.70

2.000 - 3.000 220 70.26

3.000 - 4.000 153 80.40

4.000 - 5.000 90 86.36

5.000 - 6.000 65 90.66

6.000 - 7.000 36 93.05

7.000 - 8.000 30 95.03

8.000 - 9.000 24 96.62

9.000 - 10.000 11 97.35

10.000 - 11.000 12 98.15

11.000 - 12.000 6 98.54

12.000 - 13.000 4 98.81

13.000 - 14.000 3 99.01

14.000 - 15.000 4 99.27

15.000 - 16.000 2 99.40

16.000 - 17.000 2 99.54

17.000 - 18.000 3 99.74

18.000 - 19.000 2 99.87

19.000 - _ 2 100.00

SAVEVALUE RETRY VALUE

XMIT_NODE 0 26.000

XMIT_BEGIN 0 999.703

FEC XN PRI BDT ASSEM CURRENT NEXT PARAMETER VALUE

1512 0 1001.232 1512 0 1

1513 0 2000.000 1513 0 34

Таблица 2 - Результаты моделирования

Таким образом, увеличение узлов сети на 54 привело к росту числа коллизий (до 95), что объясняет рост коэффициента загрузки сети.

Ясно, что время, затраченное на ожидание перед повтором передачи при возникновении коллизий, составило большую часть от дополнительного времени задержки сообщений.

Можно заключить, что появление задержек приведет к серьезным проблемам с производительностью в сети, если подключить к сети дополнительно 54 рабочих станций.

3. ВЫПОЛНЕНИЕ ЗАДАНИЯ 3

Проведем испытания с разработанной моделью и получим зависимость y=f(x), где у -Time, х - Back. Проанализируем полученные результаты.

Back - максимально допустимое число повторов в случае коллизий;

Time - среднее время ожидания обслуживания.

Таблица 3.

Рисунок 8 - Зависимость среднего времени ожидания обслуживания от максимально допустимого числа повторов в случае коллизий.

Из графика видно, что среднее время ожидания обслуживания не зависит от максимально допустимого числа повторов в случае коллизий. Оно всегда постоянно.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной курсовой работе рассматривается 10-мегабитная сеть Ethernet. В результате моделирования базовой модели (100 рабочих станций) было обнаружено, что сеть функционирует удовлетворительно. Коэффициент использования не превышает 50%, а среднее время задержки сообщений меньше 1 мс (т. е. меньше среднего времени поступления сообщений в сеть). Соответственно и средняя длина очереди не превышает единицы.

При увеличении количества базовых станций на 54 единиц соответственно увеличивается и интенсивность поступления заявок. За 1 секунду моделирования поступило 1510 сообщения. При этом коэффициент использования составил 76.7%, количество коллизий - 95, а среднее время задержек - 2. 531 мс, что во много раз превышает среднее время поступления сообщений. Это приведет к значительным проблемам с производительностью в сети. Решением данной проблемы может быть либо увеличение количества узлов, либо увеличение скорости передачи сообщений.

При проведении испытания с разработанной моделью я получил зависимость y=f(x), где у -Time, х - Back и выяснил, что среднее время ожидания обслуживания не зависит от максимально допустимого числа повторов в случае коллизий. Оно всегда постоянно.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем. - М.: Высшая школа, 1998.

2. Ермаков С.М., Михайлов Г.А. Курс статистического моделирования - М.: Радио и связь, 1976.

3. Крылов В.В., Самохвалова С.С. Теория телетрафика и её приложения. - СПб.: БХВ - Петербург, 2005

4. Шварц М. Сети связи: Протоколы, моделирование и анализ. - М.: Наука, 1992

5. Боев В.Д. Моделирование систем. Инструментальные средства GPSS World: Учеб. пособие. - СПб.: БХВ-Петербург, 2004.

6. Кудрявцев Е.М. GPSS World. Основы имитационного моделирования различных систем. - М.: ДМК Пресс, 2004.

7. Томашевский В., Жданова Е. Имитационное моделирование в среде GPSS. - М.: Бестселлер, 2003.

8. Учебное пособие по GPSS World. - Казань: Изд-во «Мастер Лайн», 2002.

9. Руководство Пользователя по GPSS World. - Казань: Изд-во «Мастер Лайн», 2002.

Размещено на Allbest.ru