CC BY
54
VI. HI-TECH
УДК 004.72(075)
1 2 В. А. Игнатюк , Е. А. Сторожок
ОПТИМИЗАЦИЯ ДОСТУПА В ЛОКАЛЬНЫХ СЕТЯХ
ETHERNET
Рассмотрены вопросы оптимизации доступа в локальной сети. Расчеты проведены для сети Ethernet. Рассмотрены возможности коррекции протоколов Ethernet с целью повышения эффективности работы сети в условиях высокой интенсивности передаваемого трафика. Локальная сеть, построенная с использованием топологии «пассивная звезда», представляется как одноканальная система массового обслуживания с ожиданием. В рамках данной статьи проводятся исследования возможностей коррекции протоколов Ethernet с целью повышения эффективности работы локальной сети.
1 © Виктор Александрович Игнатюк, Профессор кафедры Электроники Института информационных систем и компьютерных технологий Владивостокского государственного университета экономики и сервиса, ул. Гоголя, 41, г. Владивосток, Приморский край, 690014, Россия, E-mail: viktor. ignatyuk@vvsu. ru.
2 © Евгений Анатольевич Сторожок, доцент кафедры информационных технологий Тихоокеанского военно-морского института им. С.О. Макарова, пер. Камский, 5, г. Владивосток, Приморский край, 690014, Россия, E-mail: storea@mail.ru.
- 161 -
Ключевые слова: удаленный доступ, локальные сети, сети-Ethernet, передача данных, пропускная способность.
Лидирующее положение среди технологий, используемых при создании локальных сетей, принадлежит технологии Ethernet. Данная технология предусматривает использование метода доступа к единой среде передачи данных CSMA/CD. Метод носит вероятностный характер, который не гарантирует успешность передачи сообщения в случае высокой интенсивности сетевого трафика. В статье исследована зависимость вероятности возникновения коллизии от выбора момента начала передачи сообщения, рассмотрены возможности коррекции протоколов Ethernet с целью повышения эффективности работы сети в условиях высокой интенсивности передаваемого трафика. Локальная сеть, построенная с использованием топологии «пассивная звезда», представляется как одноканальная система массового обслуживания с ожиданием. В рамках данной работы проводятся только исследования возможностей коррекции протоколов Ethernet. Сама же возможность коррекции предусматривает разработку программы, которая отслеживает момент, когда процент потерь передаваемых сообщений превышает установленный порог и включает временное разделение среды передачи данных.
Основной топологией локальной сети, построенной по технологии Fast Ethernet, является топология «пассивная звезда». На рис. 1 приведён пример структуры такой сети, объединяющей десять компьютеров.
Отдельные физические сегменты сети, объединённые при помощи концентратора, представляют собой общую среду передачи данных, разделяемую конечными узлами сети. Метод CSMA/CD предполагает прослушивание станциями канала связи на предмет наличия в нём несущей, что является признаком его занятости. Вследствие распределённого характера сети несущая частота передаваемого сообщения не одновременно достигает всех узлов сети. Поэтому возможна ситуация, когда станция начинает передачу своего сообщения в то время, когда среда передачи уже занята. В результате происходит столкновение передаваемых кадров и их искажение. Это явление получило название коллизии. Вероятности возникновения явления коллизии в сетях Fast Ethernet в зависимости от расстояния между конфликтующими станциями, а также в зависимости от интервала времени между моментами начала передачи сообщений этими станциями могут быть представлены в виде матрицы вероятностей (рис. 2). Оцениваемый интервал времени разбит на n битовых интервалов. Ширина области битовых интервалов с ненулевой вероятностью зависит от расстояния между конфликтующими станциями и тем больше, чем больше это расстояние.____________________________________
Ц ■ Ц! рс, - 1 2 ■ ■ ■ i n
1 Рп Е%: ... 2 ...
2 Р-П ■ ■ ■ ' 2i
... \ ■ ■ ■
] is / Pji
... ... ... \ ... ...
п Рш Р п2 SPni
Рис. 2. Матрица вероятностей Вероятность коллизии будет нулевой, если выполняется условие: Н > ( La + УV, (1) где:
I- номер битового интервала — начала передачи кадра станцией а; ]- номер битового интервала — начала передачи кадра станцией Ь;
Ьа — длина физического сегмента станции а;
Ьь — длина физического сегмента станции Ь;
V — скорость распространения сигнала по каналу связи.
Если предположить, что вероятность передачи кадра каждой станцией на оцениваемом интервале времени равна 0.5, то вероятность начала передачи кадра на I ( ] ) битовом интервале равна 0.5/ п. Вероятность коллизии в клетке матрицы, принадлежащей области ненулевых коллизий, определяется по формуле:
Ру=0.25/и2 (2)
Каждой возможной паре конфликтующих станций соответствует своя матрица вероятностей. Очевидно, что количество матриц 2 может быть подсчитано по формуле:
2=ш2-ш, (3)
где ш- количество станций в сети.
Полная вероятность коллизии с учётом вероятностей для всех возможных пар конфликтующих станций будет определяться по формуле:
Рг1Ркк , (4)
где Ру - вероятность возникновения коллизии для к- той пары конфликтующих станций.
Сеть ЕШегпе! может быть представлена как одноканальная система массового обслуживания с ожиданием (рис. 3). В табл. 1 приведены характеристики состояний системы.
Рис. 3. Сеть ЕШегпе^ как система массового обслуживания
Таблица 1
Состояния системы Предельные вероятности состояний
80 — канал свободен — II 0 рц
81 — канал занят, очереди нет — II
82 — канал занят, одна заявка в очереди г ю II р —
8к — канал занят, к-1 заявок в очереди — к' II
Источник: Абчук В.А. Справочник по исследованию операций.-М.: Воениздат,1975.
Так как потоки событий (поступления заявок и выполнения заявок) в случае локальной сети Ethernet являются стационарными, то есть вероятность появления n событий на интервале времени (t, t+x) не зависит от времени t, а зависит только от длинны этого участка, интенсивности лямбда и ню (рис. 3) могут быть подсчитаны как среднее число событий в единицу времени X(t) = X = const.
Библиография
Абчук В. А. Справочник по исследованию операций.- М.:
Воениздат,1975.С. 157.
Клейинрок Л. Теория массового обслуживания. .- М.: ВШ, 1999. С. 259. Овчаров Л. А. Прикладные задачи теории массового обслуживания.- М.: ВШ, 1969. С. 207.
Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети.- СПб.: Питер, 2009. С. 550.
