3.3.2. Максимальна продуктивність мережі Ethernet

Кількість оброблюваних кадрів Ethernet у секунду часто указується виробниками мостів/комутаторів і маршрутизаторів як основна характеристика продуктивності цих пристроїв. У свою чергу, цікаво знати чисту максимальну пропускну здатність сегмента Ethernet у кадрах у секунду в ідеальному випадку, коли в мережі немає колізій і немає додаткових затримок, внесених мостами і маршрутизаторами. Такий показник допомагає оцінити вимоги до продуктивності комунікаційних пристроїв, тому що в кожен порт пристрою не може надходити більше кадрів в одиницю часу, чим дозволяє це зробити відповідний протокол.

Для комунікаційного устаткування найбільш важким режимом є обробка кадрів мінімальної довжини. Це пояснюється тим, що на обробку кожного кадру міст, комутатор чи маршрутизатор витрачає приблизно той саме час, який зв'язаний з переглядом таблиці просування пакета, формуванням нового кадру (для маршрутизатора) і т.п. А кількість кадрів мінімальної довжини, що надходять на пристрій в одиницю часу, природно більше, ніж кадрів будь-якої іншої довжини. Інша характеристика продуктивності комунікаційного устаткування — біт у секунду — використовується рідше, тому що вона не говорить про те, якого розміру кадри при цьому обробляє пристрій, а на кадрах максимального розміру досягти високої продуктивності, вимірюваної в бітах у секунду набагато легше.

Використовуючи параметри, наведені в табл. 3.1, розрахуємо максимальну продуктивність сегмента Ethernet у таких одиницях, як число переданих кадрів (пакетів) мінімальної довжини в секунду.

Примітка
При вказівці пропускної здатності мереж терміни кадр і пакет вважаємо аналогічними й одиниці виміру продуктивності frames-per-second, fps і pockets-per-second, pps.

Для розрахунку максимальної кількості кадрів мінімальної довжини, що проходять по сегменту Ethernet, зауважимо, що розмір кадру мінімальної довжини разом із преамбулою складає 72 байт чи 576 біт (мал. 3.5.), тому на його передачу витрачається 57,5 мкс. Додавши міжкадровий інтервал у 9,6 мкс, отримаємо, що період проходження кадрів мінімальної довжини складає 67,1 мкс. Звідси максимально можлива пропускна здатність сегмента Ethernet складає 14 880 кадр/с.

Мал.3.5. До розрахунку пропускної здатності Ethernet

Відомо, що наявність у сегменті декількох вузлів знижує цю величину за рахунок чекання доступу до середовища, а також за рахунок колізій, що приводять до необхідності повторної передачі кадрів.

Кадри максимальної довжини технології Ethernet мають поле довжиною 1500 байт, що разом зі службовою інформацією дає 1518 байт, а з преамбулою складає 1526 байт чи 12 208 біт. Максимально можлива пропускна здатність сегмента Ethernet для кадрів максимальної довжини складає 813 кадр/с. Очевидно, що при роботі з великими кадрами навантаження на мости, комутатори і маршрутизатори досить відчутно знижується.

Тепер розрахуємо, якою максимальною корисною пропускною здатністю в бітах у секунду володіють сегменти Ethernet при використанні кадрів різного розміру.

Під корисною пропускною здатністю протоколу розуміється швидкість передачі даних користувачів, які переносяться полем даних кадру. Ця пропускна здатність завжди менше номінальної бітової швидкості протоколу Ethernet за рахунок декількох факторів:

Для кадрів мінімальної довжини корисна пропускна здатність дорівнює:

Сп = 14880 х 46 х 8 = 5,48 Мбіт/с.

Це набагато менше 10 Мбіт/с, але варто врахувати, що кадри мінімальної довжини використовуються в основному для передачі квитанцій, так що до передачі власне даних файлів ця швидкість відношення не має.

Для кадрів максимальної довжини корисна пропускна здатність дорівнює:

Сп = 813 х 1500 х 8 = 9,76 Мбіт/с,

що дуже близько до номінальної швидкості протоколу.

Ще раз підкреслимо, що такої швидкості можна досягти тільки в тому випадку, коли двом взаємодіючим вузлам у мережі Ethernet інші вузли не заважають,  що буває вкрай рідко.

При використанні кадрів середнього розміру з полем даних у 512 байт пропускна здатність мережі складе 9,29 Мбіт/с, що теж досить близько до граничної пропускної здатності в 10 Мбіт/с.

УВАГА !
Відношення поточної пропускної здатності мережі до її максимальної пропускної здатності називається коефіцієнтом використання мережі (network utilization). При цьому при визначенні поточної пропускної здатності приймається до уваги передача по мережі будь-якої інформації, як користувацької, так і службової. Коефіцієнт є важливим показником для технологій поділюваних середовищ, струм як при випадковому характері методу доступу високе значення коефіцієнта використання часто говорить про низьку корисну пропускну здатність мережі (тобто швидкості передачі користувацьких даних) — занадто багато часу вузли витрачають на процедуру одержання доступу і повторні передачі кадрів після колізій.

При відсутності колізій і чекання доступу коефіцієнт використання мережі залежить від розміру поля даних кадру і має максимальне значення 0,976 при передачі кадрів максимальної довжини. Очевидно, що в реальній мережі Ethernet середнє значення коефіцієнта використання мережі може значно відрізнятися від цієї величини. Більш складні випадки визначення пропускної здатності мережі з урахуванням чекання доступу і відпрацьовування колізій будуть розглянуті нижче.


Попередня Перша Наступна